一种模拟远距离激光通讯实验教学装置的制作方法

本实用新型涉及一种模拟远距离激光通讯实验教学装置。

背景技术：

由于模拟音频存在传输距离短，容易受到外界的电磁干扰等缺点，在音频通讯技术中开始使用数字音频传输方式，激光传输以其抗干扰能力强、信号带宽大等优势更是在音频领域得到了广泛的应用。

技术实现要素：

本实用新型要接解决的技术问题是提供一种方便安装、方便教师教学和学生操作的模拟远距离激光通讯实验教学装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型包括底板，在底板上设有音箱装置、建筑模型、发射端激光调制装置、激光发射装置和接收端激光解调装置，所述音箱装置设在建筑模型的一侧，所述发射端激光调制装置设在建筑模型的另一侧，在音箱装置的前端设有接收端激光解调装置，在发射端激光调制装置的前端设有激光发射装置，在建筑模型的前端设有两个以上的导光装置。将音频信号通过发射端激光调制装置转变为激光信号，然后通过激光发射装置发出，激光信号通过导光装置后由接收端激光解调装置接收，接收端激光解调装置解调激光信号，把激光信号转换为音频信号，再经过音箱装置播放出来，通过导光装置可以实现模拟避开建筑物的远距离传输的效果。同时底板上的每个实验模块的安装结构布局简单，方便用户拆装，方便教师教学和学生操作。

作为本实用新型的进一步改进，所述激光发射装置包括激光发射头和第一安装座，激光发射头设在第一安装座上，在发射端激光调制装置内设有发射端激光调制模块，所述发射端激光调制模块包括三角波发生器、电压比较器LM311和钳位电路，电压比较器LM311的第7脚分别与钳位电路、激光发射头连接，电压比较器LM311的第2脚与音频信号连接，电压比较器LM311的第3脚与三角波发生器连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述接收端激光解调装置包括激光接收器和积分电路，激光接收器通过积分电路与音箱装置连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述导光装置包括第二安装座，在第二安装座上设有导光玻璃板。

综上所述，本实用新型的优点是方便安装、方便教师教学和学生操作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型的示意图。

图2为本实用新型的发射端激光调制模块的结构示意图。

图3为本实用新型的接收端激光解调模块的结构示意图。

图4为本实用新型的信号波形转换示意图。

具体实施方式

由图1至图4所示，本实用新型包括底板1，在底板1上设有音箱装置2、建筑模型3、发射端激光调制装置4、激光发射装置5和接收端激光解调装置6，所述音箱装置2设在建筑模型3的一侧，所述发射端激光调制装置4设在建筑模型3的另一侧，在音箱装置2的前端设有接收端激光解调装置6，在发射端激光调制装置4的前端设有激光发射装置5，在建筑模型3的前端设有两个导光装置7，所述导光装置7包括第二安装座，在第二安装座上设有导光玻璃板。所述激光发射装置5包括激光发射头和第一安装座，激光发射头设在第一安装座上，在发射端激光调制装置4内设有发射端激光调制模块，所述发射端激光调制模块1包括三角波发生器、电压比较器LM311和钳位电路，所述三角波发生器包括555定时器、电容C1、电阻R1、电阻R2和开关二极管1N914，555定时器的第1脚接地，555定时器的第4脚和第8脚接电源，555定时器的第2脚分别与电压比较器LM311的第3脚和电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，555定时器的第6脚与开关二极管1N914的负极连接，电阻R1的一端分别与555定时器的第7脚、电阻R2的一端、开关二极管1N914的正极连接，电阻R1的另一端接电源，电阻R2的另一端与电容C1连接，电压比较器LM311的第7脚分别与钳位电路、激光发射头连接，所述钳位电路包括电阻R3和稳压二极管D2，电压比较器LM311的第7脚分别与电阻R3、稳压二极管D2的负极连接，稳压二极管D2的正极接地，电阻R3的一端接电源，电压比较器LM311的第2脚与音频信号连接，电压比较器LM311的第1脚与第4脚接地，电压比较器LM311的第8脚接电源，所述接收端激光解调模块2包括激光接收器和积分电路，激光接收器包括光电二极管D1，所述积分电路采用RC串联积分电路，RC串联积分电路包括电阻R4和电容C2，所述音箱装置2包括放大器芯片LM386、可调电阻VR1、电容C3、电容C4、电阻R5和扬声器，光电二极管D1的正极分别与电阻R4、可调电阻VR1连接，光电二极管D1的负极接地，可调电阻VR1的动片端分别与放大器芯片LM386的第3脚和电容C2连接，放大器芯片LM386的第2脚、第4脚和第7脚均接地，放大器芯片LM386的第6脚接电源，放大器芯片LM386通过其第5引脚与电容C3、电阻R5相串联，电阻R5的一端接地，放大器芯片LM386通过其第5引脚与电容C4、扬声器相串联，扬声器的一端接地。

将音频信号通过发射端激光调制装置4转变为激光信号，然后通过激光发射装置5发出，激光信号通过导光装置7后由接收端激光解调装置6接收，接收端激光解调装置6解调激光信号，把激光信号转换为音频信号，再经过音箱装置2播放出来，通过导光装置7可以实现模拟避开建筑物的远距离传输的效果。同时底板1上的每个实验模块的安装结构布局简单，方便用户拆装，方便教师教学和学生操作。音频信号和三角波发生器产生的三角波通过电压比较器LM311进行模拟信号转化数字信号PWM的调制，参照图4，得到的数字信号PWM经过钳位电路将高电平稳定在5V，高电平可用于激光发射头的驱动。高电平时激光点亮，低电平时激光不亮。由此音频信息可通过激光发射头发射出去。人耳所能听到的声音频率在20Hz--20kHz之间，所以有效的音频信号最高频率20kHz。另一方面，应用电压比较器LM311调制信号时，输入的三角波采样频率必须比音频信号最高频率高才能保证信号的完整性，为保证采样质量，采样频率一般高于原信号最高频率的两倍。接收端激光解调装置6的光电二极管D1接收激光发射头发射出的激光信号，因为光电二极管D1只对红光敏感，可在一定程度上减小环境中光线对信号质量的影响。光电二极管D1接收并输出的信号依然是数字信号PWM，数字信号PWM通过积分电路可解码为模拟信号。因为数字信号PWM占空比较高，所以转化成的模拟信号电压为3至4V。另一方面，因为数字信号PWM频率较高，所以尽量不使用多级积分电路，可减小延迟，保证信号还原质量。综上所述，积分电路选用RC串联积分电路，模拟信号从电容两端获得。积分电路时间常数：t=RC，实现积分效果时来源信号脉宽t1应满足t>>t1。当电阻R1、R2选用15 kΩ，电阻R3选用240Ω，电阻R4选用100kΩ，电阻R5选用10Ω，电容C1选用0.001uf，电容C2选用0.01uf，电容C3选用0.05uf，电容C4选用250uf，可调电阻VR1选用10 kΩ时可以满足条件，同时电容C2能充当滤波电容，滤掉积分时产生的小波纹，使得积分得到的模拟信号平滑，消去部分噪声。得到音频信号后可由音箱装置2发声，实现激光对声音的传输功能。放大器芯片LM386增益倍数范围为20至200倍，实验使用3W扬声器，频放大效果良好。