光通信演示实验装置的设计与制作.docx

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光通信演示实验装置的设计与制作

钦州　学　院

通信系统的课程设计报告

光通信演示实验装置的设计与制作

院系物理与电子工程学院

专业电子信息工程（通信）

光通信演示实验装置的设计与制作

摘要

光通信是以光波作为信息载体,以光作为传输媒介的一种通信方式。

伴随社会的进步与发展，以及人们日益增长的物质与文化需求，通信向大容量，长距离的方向发展已经是必然的发展趋势.光通信的诞生与发展史电信史上的一次重要革命。

近几年来，通信技术和Internet的高速发展对通信系统提出了超高码速、超宽带宽、超大容量等更高要求。

而20世纪末兴起的光通信技术为扩大通信网络传输的容量做出了巨大贡献，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放，光通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面。

已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。

现代光通信技术的历史及其发展。

关键词：

光通信技术发展历史发展趋势

目录

1课题设计4

1.1设计目的4

1.2设计要求4

2设计方案的选择4

2.1方案一：

4

2.1.1实验原理4

2.1.2制作方法5

2.2方案二：

7

2.2.1实验原理7

2.2.2制作方法7

3整体调试13

3.1准备调试13

3.2开始调试13

4总结14

参考文献15

1课题设计

1.1设计目的

激光通信是指通过激光技术探测到远处声音信号的内容，是近几年来新出现的新技术，在这里我们引用这一技术，用常用的激光笔，光电接收管，声音播放装置，来设计、制作了简单直观的光通信调制与解调装置，使学生能在这一过程中对光通信技术有所了解。

1.2设计要求

基本要求：

1.能传输语音信号；

2.人耳感觉不失真的通信距离不小于2m.

发挥部分：

1.采用标准耳机插孔，电池盒供电.

2.能在白天（光线较强环境）进行通信.

3.保证其他指标前提下，通信距离提高到20m.

2设计方案的选择

2.1方案一：

2.1.1实验原理

实验装置如图1所示，激光器发出的激光束被一片垂直粘在扬声器振膜上的轻质挡光片挡住一半，当扬声器输入音频信号后，挡光片随扬声器振膜而作上下运动，运动的挡光片使这束激光截面面积不断变化。

由于光电池的输出电压在入射光强一定的情况下，与受光面积成正比，则光电池输出电压的变化也就反映了扬声器振膜的振动规律，将此电压进行功率放大后即可推动耳机或扬声器发出声音。

图1实验装置示意图

2.1.2制作方法

实验装置按功能可以分为发射和接收两部分。

发射部分如图2所示，激光器选择出射光斑在远处较小的激光笔（激光束更接近于平行光，在远距离演示时可以取得较好效果）。

电池耗电约40mA,也可外接电源。

将激光笔拆开以后。

把两根细导线焊于电池盒的接线端，并把其开关用导线短路.同时调整激光束投射到挡光片上（图2所示的位置），以取得较大的动态范围。

图2中的两个22μF/16V电解电容反向串联后接入扬声器回路中，利用小电容对低频阻抗大的特点来降低扬声器的振幅，避免因振幅过大而影响接收到的音频信号的清晰度。

同时还要选择小口径的扬声器。

才能取得较清晰的声音。

图2发射部分示意图

图3整体框图

图4屏蔽筒

图5接收电路

图6接收电路实物

连接到收录机扬声器输出端的插头选用三芯立体声插头，并按图2连接,目的是如果收录机输出端使用的是立体声插座，本装置也适用接收部分整体结构如图3所示。

包括光电池、屏蔽筒、前置放大器、功率放大器、耳机输出插座以及电池盒等部分。

2.2方案二：

2.2.1实验原理

实验装置如图7所示，激光器发出的激光束被一片垂直粘在扬声器振膜上的轻质挡光片挡住一半，当扬声器输入音频信号后，挡光片随扬声器振膜而作上下运动，运动的挡光片使这束激光截面面积不断变化。

由于OPT101P的输出电压在入射光强一定的情况下，与受光面积成正比，则OPT101P输出电压的变化也就反映了扬声器振膜的振动规律，将此电压进行功率放大后即可推动耳机或扬声器发出声音。

图7实验装置示意图

2.2.2制作方法

实验装置按功能可以分为发射和接收两部分。

发射部分如图2所示，激光器选择出射光斑在远处较小的激光笔（激光束更接近于平行光，在远距离演示时可以取得较好效果）。

使用外接电源。

将激光笔拆开以后。

把两根细导线引出，并把其开关用导线短路.同时调整激光束投射到挡光片上（图2所示的位置），以取得较大的动态范围。

同时我们要选择大功率的功放电路，扬声器也要选择振膜振幅较大的，这样能够使光斑的面积有较为明显的变化，探测信号的时候也较为容易。

图8发射部分实物

图9OPT101P实物图

图10OPT101P内部电路图

图11OPT101P接线图

OPT101P是集成光电二极管和芯片内置的跨阻放大器，输出电压随着光强线性增大。

放大器为单电源或者双电源设计，使得能够用于电池操作设备。

集成光电二极管和跨阻放大器在单一芯片上，在离散设计中，能减少常见的问题，比如漏电流误差，噪声和由于杂散电容引起的增益峰值。

而且0.09*0.09inch的光电二极管工作在光导模式，能够有很好的线性度和极低的暗电流OPT101工作电压为2.7到36V，静态电流只有120uA。

图12OPT101P红光接收模块

信号放大电路的设计才用的是NE5532放大器。

图13NE5532引脚图

NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。

相比较大多数标准运算放大器，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。

这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。

如果噪音非常最重要的，因此建议使用5532A版，因为它能保证噪声电压指标。

图14是根据NE5532的电气特性来设计的一个信号放大电路，目的是把OPT101P探测到的微弱光震动信号转化成的微弱电压信号放大并输出。

图14信号放大电路

然后，根据图14的信号放大原理图，我们设计出了如图12所示的PCB电路板图。

图15信号放大电路PCB

图16信号放大电路实物

图17接收部分整体样图

电源的选择

在电源的选择上，我们本想全部使用干电池来供电，但是我们的信号放大电路是双电源的设计，而且干电池供电，激光笔的亮度不够，所以最后决定使用正负5V的线性直流电源来代替干电池。

图18线性直流电源

图19线性直流电源代替电池盒

根据理论和实际的综合论证，我们发现方案二可以大致实现我们想要的效果，而方案一却根本不能实现效果，所以，最后我们采用了方案一来设计、制作我们的作品。

3整体调试

3.1准备调试

在准备阶段，我们要先准备好一部能插普通通用耳机的手机用来播放音乐，也要把放大后的信号输出口插入一个普通的耳机，整个系统的电源线或者信号线全部要插好。

3.2开始调试

开始调试，给整个系统上电，同时开始播放音乐，打开激光笔，把激光笔对准接收芯片的接收面上，在耳机中能有节奏的声音时固定好发射与接收两部分，效果如图20所示。

图20整体调试

4总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼初中能力的重要环节，是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程，随着科学技术发展的日新月异，当今光通信应该在生活中可以说得是无处不在。

因此作为二十一世纪的大学来说掌握程序开发技术是十分重要的。

因此做好通信系统课程设计是十分必要的。

而此次课程设计中充分利用了光通信知识来完成相关的设计与制作。

虽然这次的课程设计期间遇到了不少问题，有时甚至不知该从何下手去解决，但通过多种途径让问题得到了圆满的解决，其中包括查阅书籍、询问老师等。

此次的课程设计，让我更进一步了解了链表的相关操作，进而将之前对链表的知识了解得更加透彻了，相关的知识也能够融会贯通地运用了。

通过分析、研究、设计、制作本系统，不仅使我们的知识更系统化，对计算机专业知识有了更深层次的学习，专业知识更加牢固，掌握的技术更先进。

经过此次的课程设计，不仅让我巩固了以前所学的知识，同时也学到了多书本上没有的知识；让我更清楚地懂得了理论与实践结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正地服务社会，从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力；更让我了解到了自己在程序设计这方面的不足，而且提高了我对程序设计的兴趣。

在后面的学习中，我会克制自己的缺点，完善自己的不足，相信一切都会更好的！

最后，感谢梁老师对我不厌其烦地指导，谢谢您一次又一次帮我纠正错误！

参考文献

[1]王晓颖，赵振明。

无线激光通信音频传输实验[J]。

物理实验,2008，28（7）:

5-8。

[2]罗海俊，朱晓。

激光技术的研究[J]。

激光与光电子学进展，2003，40（12）:

53-56。

[3]MorsePM。

振动与声[M]。

2版.北京:

科学出版社，1974:

194-203。