CN203984609U - 基于led可见光通信的无线音箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于LED可见光通信的无线音箱，包括音响壳体，所述音响壳体内设置有用于将LED灯光信号转化成音频信号的可见光接收装置；所述可见光接收装置包括依次连接的菲涅尔透镜、可见光接收机、音频解码模块、功率放大器、扬声器、以及用于给可见光接收机、音频解码模块、功率放大器、扬声器提供电源的电源模块。本实用新型技术成本低，在照明的同时兼顾通信，不存在电磁辐射，绿色安全，对人体无害，无需无线电频谱认证，与其他通信技术不易形成干扰，并且设备简单。

Description

基于LED可见光通信的无线音箱

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于LED可见光通信的无线音箱。

背景技术

生活中的电子产品越来越多地从有线变为无线，从开始的无线电收音机，到电视遥控、手机，再到无线路由器，WIFI无线网络，再发展到无线鼠标、无线键盘、无线耳机、无线音箱等终端产品。选用无线作为解决方案，其目的就在于可以自由的移动音源。而常规的音箱在使用时，由于导线的限制，其音源无法脱离音箱的一定范围。并且作为多功能便携设备来说，在进行声音输出时无法移动让使用者相当无助。

现有的无线音箱采用的无线技术主要包括FM、红外、蓝牙、WiFi、2.4G、kleer等。然而，这些技术中，较早的FM技术受到传输带宽的限制，FM无线技术普遍音质不佳，最高22kHz的采样率被称之为“收音机音质”，并且容易受到干扰，此外，FM无线技术极易受到干扰、出现串频现象，稳定性欠佳，保密性差；红外无线传输带宽高，但发射功率要求较高，距离最大也仅有10m左右；蓝牙传输数据量小；2.4G有延迟；WiFi功耗较大，硬件昂贵；Kleer还不成熟，并且成本高，很少有实用产品。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种音质优良、不易被干扰、功耗低、价格低廉的一种基于LED可见光通信的无线音箱。

一种基于LED可见光通信的无线音箱，包括音响壳体，所述音响壳体内设置有用于将LED灯光信号转化成音频信号的可见光接收装置；所述可见光接收装置包括依次连接的菲涅尔透镜、可见光接收机、音频解码模块、功率放大器、扬声器、以及用于给可见光接收机、音频解码模块、功率放大器、扬声器提供电源的电源模块。

进一步地，如上所述的基于LED可见光通信的无线音箱，所述音响壳体的内部通过隔板分上下两层，所述菲涅尔透镜安装在音响壳体的上表面，所述见光接收机和音频解码模块设置在音响壳体的上层，所述电源模块和功率放大模块设置在音响壳体的下层，所述扬声器镶嵌在音箱壳体的侧面。

进一步地，如上所述的基于LED可见光通信的无线音箱，所述见光接收机包括依次连接的光电二极管、低噪高速放大器、高通滤波放大器、三极管反相器，所述光电二极管安装于菲涅尔透镜的焦点位置附近。

进一步地，如上所述的基于LED可见光通信的无线音箱，所述音频解码模块包括单片机MCU、D/A转换器、低通滤波器、音频电压放大器。

进一步地，如上所述的基于LED可见光通信的无线音箱，所述菲涅尔透镜直径为130mm，焦距为50mm。

进一步地，如上所述的基于LED可见光通信的无线音箱，所述可见光接收装置的输入端连接用于根据二进制数字信号来调节LED灯光的LED可见光调制器，LED可见光调制器的输入端连接用于将音频信号转化成二进制数字信号的音频编码器。

进一步地，如上所述的基于LED可见光通信的无线音箱，所述音频编码器包括依次连接的低通滤波放大器、A/D转化器、单片机MCU。

进一步地，如上所述的基于LED可见光通信的无线音箱，所述LED可见光调制器包括依次连接的LED驱动恒流源、光电耦合器、MOSFET场效应管开关电路。

本实用新型的有益效果：

1、在照明的同时兼顾通信。

2、不存在电磁辐射，对人体无害，不会造成电磁波污染。

3、无需无线电频谱认证，与其他通信技术不易形成干扰，并且设备简单，成本低（可兼顾音箱和室内通信两方面的费用）。

附图说明

图1为本实用新型基于LED可见光的无线音箱内可见光接收装置结构图；

图2为本实用新型音频解码模块结构示意图；

图3为本实用新型无线音箱通信***结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型可见光接收装置结构示意图，如图1所示，本实用新型提供的基于LED可见光通信的无线音箱，包括音响壳体，所述音响壳体内设置有用于将LED灯光信号转化成音频信号的可见光接收装置；所述可见光接收装置包括依次连接的菲涅尔透镜11、可见光接收机12、音频解码模块13、功率放大器14、扬声器15、以及用于给可见光接收机12、音频解码模块13、功率放大器14、扬声器15提供电源的电源模块16。所述音响壳体的内部通过隔板分上下两层，所述菲涅尔透镜11安装在音响壳体的上表面，所述见光接收机12和音频解码模块13设置在音响壳体的上层，所述电源模块16和功率放大模块14设置在音响壳体的下层，所述扬声器15镶嵌在音箱壳体的侧面。所述的音箱用隔板分成上下两层，菲涅尔透镜11镶嵌在音响壳体上表面，让光可以透过菲尼尔透镜11照进音箱上层，菲涅尔透镜的作用是对灯光进行聚焦。

进一步地，如上所述的基于LED可见光通信的无线音箱，所述见光接收机12包括依次连接的光电二极管、低噪高速放大器、高通滤波放大器、三极管反相器，所述光电二极管安装于菲涅尔透镜的焦点位置附近。

具体地，安装于音箱壳体上层的可见光接收机包括以下器件：光电二极管、低噪高速放大器、高通滤波放大器、三极管反相器。其中，光电二极管安装于菲涅尔透镜的焦点位置附近，以致于光电二极管能接收到较大功率的可见光，光电二极管的阴极接电源正极(VCC)，阳极串接一个电阻到地(GND)。低噪高速放大器的输入信号从光电二极管的阳极引出，低噪高速放大器的输出端接高通滤波放大器的输入端，高通滤波放大器的输出端接三极管反相器的输入端。三极管反相器的输出端接音频解码模块的输入端。

进一步地，图2为本实用新型音频解码模块结构示意图，如图2所示，所述音频解码模块13包括单片机MCU131、D/A转换器132、低通滤波器133、音频电压放大器134。

具体地，所述音频解码模块13包括单片机MCU、D/A转换器、低通滤波器、音频电压放大器。三极管反相器输出的数字信号从单片机的串口输入到单片机内部进行处理，单片机控制D/A转换器将数字信号转换成模拟音频信号，经低通滤波器后接至音频电压放大器的输入端。

功率放大器14的输入端接音频电压放大器的输出端。功率放大器电路采用集成的音频功率放大芯片。功率放大器的输出端接至扬声器。电源模块将交流市电转换成直流电给整个音箱供电，包括电源变压器、桥式整流电路，电容滤波电路，集成稳压芯片电路等。

进一步地，如上所述的基于LED可见光通信的无线音箱，所述菲涅尔透镜11直径为130mm，焦距为50mm。

进一步地，图3为本实用新型无线音箱通信***结构示意图；如图3所示，所述可见光接收装置1的输入端连接用于根据二进制数字信号来调节LED灯光的LED可见光调制器2，LED可见光调制器2的输入端连接用于将音频信号转化成二进制数字信号的音频编码器1。所述音频编码器包括依次连接的低通滤波放大器、A/D转化器、单片机MCU。所述LED可见光调制器包括依次连接的LED驱动恒流源、光电耦合器、MOSFET场效应管开关电路。

具体地，所述的LED可见光调制器包括LED驱动恒流源、光电耦合器、场效应管MOSFET。LED驱动恒流源为一个双口网络，网络的功能为是将交流市电转换成能直接驱动LED恒流源。LED驱动恒流源输入口接交流市电，输出口为一个电流流出端和一个电流流进端，电流流出端和电流流进端之间串接一个控制开关（K）、LED灯、场效应管（Q）的漏极（D）、场效应管（Q）的源极（S）。光电耦合器起电气隔离和信号耦合的作用，其输入接待调制的数字信号，输出接场效应管（Q）的栅极（G），让场效应管(Q)的漏极(D)和源级(S)之间处于高速的开关状态。从而使二进制数字信号控制LED的高速闪烁，信号为“1”时灯亮，为“0”时灯灭，进而实现了数字信号的可见光开关键控（OOK）调制。由于灯的闪烁频率很快，人眼无法察觉灯的闪烁，不会引起人眼的不适。所述的音频编码器包括低通滤波放大器、A/D转换器、单片机(MCU)、数据输出接口。低通滤波放大器的输入端为输入音频信号，A/D转换器的输入端接低通滤波放大器的输出端。单片机(MCU)控制A/D转换器对滤波放大后的模拟音频信号进行采样，采样数据存储于单片机RAM中，开启单片机串口发送功能，读取RAM中的数据从单片机串口输出。

综上所述，所述音频编码器、LED可见光调制器、内置可见光接收机构成本实用新型无线音箱的通信***。语音、音乐等音频信号输入到音频编码器转换成二进制数字信号，数字信号输入到LED可见光调制器，灯光经过调制后辐射到空间中。音箱内置的可见光接收机将光信号转换成电信号后经过信号调理、判决重构送给音频解码器还原成模拟的音频信号，模拟的音频信号经过功率放大后送到扬声器进行播放。

下面通过具体实施例来阐述本实用新型：

所述的单片机使用MSP430F169，A/D转换器和D/A转换器均使用单片机内部的A/D转换器和D/A转换器。所述的低通滤波器均采用MAX295集成开关电容滤波芯片，MAX295低通滤波器的截止频率与其时钟信号频率成正比，比值为1:50，MAX295的时钟信号由单片机的PWM输出提供。

单片机对经低通滤波的音频信号以20KHz的采样频率进行采样，采样数据缓存于单片机RAM中，调用单片机异步串口程序，将数据从RAM中读出以400Kbps的速率从单片机串口输出。

LED可见光调制模块中的光电耦合器采用6N137高速光耦所，场效应管采用IRF830。数字信号从场效应管栅极输入，IRF830的漏极和源极处于高速开关状态，实现对数字信号的开关键控（OOK）调制。

菲涅尔透镜直径为130mm，焦距为50mm。

可见光接收机中的光电二极管使用SRD00111Z，低噪高速放大芯片采用OPA642，三极管反相器采用9018三极管搭建一个反相器，信号经一个电阻从三极管基级输入，从集电极输出。三极管集电极串接一电阻到电源正极。在基极电阻两端并联一个0.1微砝的加速电容。

三级管反相器输出的数字信号从单片机串口输入到单片机内部进行处理。单片机串口以400Kbps的速率接收。单片机接收到的数据再进行D/A转换和低通滤波即为音频解码过程。

解码后的音频信号送至音频电压放大器OPA2134进行电压放大。

经电压放大的音频信号送至TDA2030集成音频功率放大器进行功率放大再接至扬声器。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于LED可见光通信的无线音箱，包括音响壳体，其特征在于，所述音响壳体内设置有用于将LED灯光信号转化成音频信号的可见光接收装置；所述可见光接收装置包括依次连接的菲涅尔透镜、可见光接收机、音频解码模块、功率放大器、扬声器、以及用于给可见光接收机、音频解码模块、功率放大器、扬声器提供电源的电源模块；所述音响壳体的内部通过隔板分上下两层，所述菲涅尔透镜安装在音响壳体的上表面，所述见光接收机和音频解码模块设置在音响壳体的上层，所述电源模块和功率放大模块设置在音响壳体的下层，所述扬声器镶嵌在音箱壳体的侧面。 

2.根据权利要求1所述的基于LED可见光通信的无线音箱，其特征在于，所述见光接收机包括依次连接的光电二极管、低噪高速放大器、高通滤波放大器、三极管反相器，所述光电二极管安装于菲涅尔透镜的焦点位置附近。 

3.根据权利要求1所述的基于LED可见光通信的无线音箱，其特征在于，所述音频解码模块包括单片机MCU、D/A转换器、低通滤波器、音频电压放大器。 

4.根据权利要求1所述的基于LED可见光通信的无线音箱，其特征在于，所述菲涅尔透镜直径为130mm，焦距为50mm。 

5.根据权利要求1所述的基于LED可见光通信的无线音箱，其特征在于，所述可见光接收装置的输入端连接用于根据二进制数字信号来调节LED灯光的LED可见光调制器，LED可见光调制器的输入端连接用于将音频信号转化成二进制数字信号的音频编码器。 

6.根据权利要求1所述的基于LED可见光通信的无线音箱，其特征在于，所述音频编码器包括依次连接的低通滤波放大器、A/D转化器、单片机MCU。 

7.根据权利要求1所述的基于LED可见光通信的无线音箱，其特征在于，所述LED可见光调制器包括依次连接的LED驱动恒流源、光电耦合器、MOSFET场效应管开关电路。