：激光通讯具有保密性强、通讯容量大、重量轻、功耗和体积小、创设和保卫用度低等特质。为餍足民用周围对付激光通讯的需求，策画了一种基于STM32的激光通讯体例。该体例由激光发射模块、激光回收模块，STM32F407主控模块构成，采用双音众频形式举办调制。正在实习室处境下举办了环回通讯实习，实习阐明，体例具有较长的通讯隔断，较高的通讯速度，竣工了数据的巩固收发。该激光通讯体例具有本钱低，通讯巩固性强，保密性好等特质，为民用激光通讯供给解析决计划。

　　激光通讯正在卫星通讯，水下通讯，无人机通讯等周围都有平常运用。激光通讯动作一种光通讯形式，与无线电通讯比拟，具有保密性强，通讯容量大，重量轻，功耗和体积小，本钱低等特质[1]。激光通讯因为其体例较为丰富的由来，正在民用周围还不足普及。

　　红外通讯是一种光通讯形式，平常运用于民用周围，但其传输隔断平日较短，文献[2] 策画了一种数字模仿搀杂红外通讯体例，其通讯隔断仅有1.2M，适用型较差。文献[3]策画了一种近场无线激光通讯体例，但其体例构成丰富，坐褥本钱较高，不适合民用周围量产。文献[4]策画了基于脉冲拨号的抗发抖激光通讯体例，但其发送时候过长，通讯速度较低。

　　为管理上述题目，本文策画了一种基于STM32激光通讯体例，该体例由激光发射模块、激光回收模块和F407 主控模块构成，采用双音众频调制形式举办信号调制。体例能够通过上位机经由串口举办掌握，竣工数据的收发，为低本钱民用激光通讯供给解析决计划。

　　激光通讯体例共分为软件层和硬件层，软件层由C讲话编写，微掌握器为软件层的运转载体，硬件层总体策画如图1 所示。

　　硬件层由激光发射模块、激光回收模块和主控模块构成。激光发射模块征求激光二极管（LD）、激光准直体例和高精度LD 驱动电流源，激光回收模块征求光电二极管（PD）和激光回收前端电途。激光发射模块和激光回收模块阔别通过D/A 通道和A/D 通道与单片机相相接。激光通讯体例和上位机通过串口相相接，通过串口AT 指令对激光通讯体例举办掌握和数据的收发。

　　激光通讯体例A、B 两个终规则在举办通讯时，只需将A 和B 终端的传光通途联通即可，可通过光纤举办联通，也可直接正在空间中举办传输。

　　激光通讯体例的硬件一面征求主控及其外围电途，电源模块，激光发射电途和激光回收前端电途。

　　激光通讯体例主控采蓄谋法半导体公司的STM32F407VET6措置器，该微掌握用具有充裕的模仿外设和高职能的Cortex-M4 内核，同时具有FPU 单位，有用晋升浮点运算速率，为急速傅里叶变换供给了职能援救。主控采用RC 复位电途，预留SWD 接口举办调试。主控与上位机通过串口举办数据传输，因为PC 机无TTL 串口，通过CH340 芯片举办USB 和TTL 串口的转换。主控及其外围电途如图2所示。

　　体例须要3.3 V、5 V 双电源和1.235 V 三种规格的电源，此中，5 V 双电源用于模仿一面的供电，征求激光发射模块和激光回收模块。3.3 V 电源用于数字电途的供电。1.235 V 电源为LD 驱动高精度电流源供给电压基准。体例的电源树有三个分支：体例总电源通过USB 5 V电源输入，阔别接入TPS65133 双5 V 电源，MT2492斩波降压3.3 V 电源，LM385 高精度1.235 V电压基准。

　　MT2492是西安航天民芯的一款斩波降压掌握器芯片，具有最高96% 的作用。电源模块道理图如图3 所示，输出电压餍足公式

　　LM385 为凌特公司的高精度电压基准芯片，输出电压为1.235 V，具有1% 的电压精度，低达60 μV（RMS）的噪声。遵照芯片数据手册中对其处事电流的央浼，筑设限流电阻R0=2 kΩ。

　　激光发射电途由LD 驱动高精度电流源和激光二极管构成，该电流源为激光二极管供给了巩固的静态处事电流。因为激光二极管的发光强度和电流近似为正比干系，因而对电流举办调制即可竣工激光二极管发光强度的调制。其道理图如图4 所示。

　　该电流源的紧要器件为调治管Q1，电流采样电阻R2和运算放大器U1.1。调治管Q1处事正在恒流区，可等效为1 个压控电流源，用于调治激光二极管上通过的电流。电阻R2对流过激光二极管的电流举办采样，将其转换成电压信号。运算放大器U1.1 用于征战负反应环途，竣工电流的负反应。遵照运算放大器的虚短虚断干系，最终流过LD 的电流可通过下式准备：ILD=VIN+/R2。电压基准芯片 U4 供给 1.235 V 的参考电压，R6和R4对基准电压举办分压，接入运算放大器的同相输入端，通过调治R4的值即可调治ILD，从而调治激光二极管的静态处事点。

　　运算放大器U1.2 相接成电压跟班器，单片机ADC信号通过电压跟班器后，经历耦合电容叠加正在节点电压VIN+上，竣工流过激光二极管电流ILD的调制，从而竣工激光二极管发光强度的调制。

　　激光回收电途由I/V 转换电途，前置可变增益放大电途，ADC 前端抗混叠滤波器构成，其道理图如图5所示。

　　I/V转换电途将PD 输出的电流信号转换为电压信号，便当后续举办措置，其跨阻由电阻R6 的阻值肯定。因为光电二极管存正在结电容，其高频特征会受到影响，正在操纵时需加偏压，减小结电容的影响。本电途中的偏压通过稳压管D1 竣工，D1 的稳压值即为光电二极管上所加偏压。

　　竣工光电二极管的I/V转换后，将取得的电压送入前置可调增益放大器，对电压举办二次放大，该级的增益可通过电位器R8 举办调整。放大后的信号通过抗混叠滤波器送入单片机ADC 引脚举办收集。

　　为防卫信号正在ADC 收集流程中产生频谱混叠，需对输入信号举办滤波。二阶低通抗混叠滤波器元器件参数通过TI Filter Design Tool 举办策画，其截止频率为1 MHz。

　　激光通讯体例的软件一面征求初始化次第，上位机通讯次第，数据调制发送次第， A/D 转换信号解调次第。

　　初始化次第对单片机体例时钟树及各个外设举办初始化，征求串口的初始化，ADC 的初始化，DAC 的初始化，DMA 的初始化，依时器的初始化等。

　　上位机通讯次第用于竣工上位机和单片机之间的通讯。上位机对体例的掌握紧要通过串口AT 指令竣工，串口的通讯合同策画如外1。

　　串口AT 指令的推行通过有限形态机布局竣工，次第运转分为有限个形态，AT 指令动作形态转换前提触发差别形态之间的转换。

　　当次第开启传输后，将串口回收到的上位机数据传输至数据缓冲区，同时正在数据布局体中将标记位子1，正在数据调制发送次第中举办措置和发送。同时，以次第盘查的形式检测回收数据缓冲区是否更新，假使更新，将回收到的数据直接通过串口发送至上位机。

　　数据调制发送次第紧要由调制和发送两一面构成。调制次第通过双音众频调制技巧将串口授输到缓冲区的数据举办措置，爆发调制波。发送次第正在爆发完1 个字节数据的调制波后通过DAC 输出，叠加到激光发射电途上的调制端，对发射的激光强度举办调制。

　　众音双频调制信号由高群和低群构成，坎坷群各包蕴4 个频率。1 个高频信号和1 个低频信号叠加构成1个组合信号，共16 种组合，流露四位二进制数据。正在高群和低群中各参与1 个单频信号动作开始信号和已毕信号。传输时将1 个字节数据分为高半字和低半字，先后举办传输。各群频率分拨和帧花样如图6 所示。

　　每字节信号入手传输后，会爆发1 个开始单频信号，然后先后爆发两个包蕴半字节数据的众频信号，末了爆发1 个终止单频信号，该字节数据传输竣工。传输的时序由依时器掌握，依时器每爆发1 次停滞为1 个单元时候，开始信号，半字节数据信号，终止信号各占1 个单元时候，传输1 字节数据共用4 个单元时候。

　　A/D 转换信号解调次第紧要由A/D 转换次第和信号解调次第构成。A/D 转换次第将前端信号通过ADC 举办收集，天生离散序列。信号解调次第将收集到的时候序列举办措置，还原出数据。

　　A/D 转换次第由依时器举办驱动，将ADC 扶植为依时器触发，将依时器周期扶植为0.5 μs，竣工ADC固定采样频率采样，待转换竣工后，会爆发事情触发DMA 传输，读出收集到的电压序列到数据缓冲区中。

　　解调次第将收集到的电压序列分块后，操纵ST 官方DSP 库举办急速傅里叶变换（FFT），取得此刻数据块中的频谱序列，检测到开始信号后，遵守时序将缓冲区的时候序列分块举办FFT 运算。对取得的频谱序列举办检测，取得双频信号的频率，遵守图6 转换成数据，检测到已毕信号后，将数据送入串口发送数据缓冲区中，上位机通讯次第启动串口将数据传输到上位机，竣工数据的解融合上传。

　　为测试激光通讯体例的有用性和适用性，正在实习室处境下搭筑激光通讯体例实习装配并举办通讯测试。正在隔断激光通讯体例25 m 处操纵平面镜将激光束反射回体例的回收端，对激光通讯体例举办环回通讯测试。搭筑的激光通讯体例实习平台如图7 所示。

　　正在调治好激光二极管静态电流和前置放大器增益后，举办数据传输测试，发送数据实质为7 个字符，共56 个bit，发送间隔为30 ms，波特率为1 866 bit/s。数据传输结果如图8 所示。

　　经测试，该体例通讯隔断可达50 m，通讯波特率可达1 800 bit/s 以上，具有较强的通讯巩固性。

　　为管理现有的民用光通讯体例创设本钱高，通讯隔断短，通讯速度慢的题目，策画了基于STM32的激光通讯体例，该激光通讯体例采用双音众频调制形式，通过上位机串口掌握竣工数据的收发。实习结果阐明，该体例具有较长的通讯隔断，较高的通讯速度，为低本钱民用激光通讯供给解析决计划，正在民用激光通讯周围的运用前景辽阔。

　　[1] 刘润芃,佟首峰,张鹏,等.水下可睹光通讯本事酌量[J/OL].光通讯酌量2023:1-6.

　　[4] 林晨岚,陈香宇,宋欣然,等.基于脉冲拨号的抗发抖激光通讯体例策画[J].吉林大学学报(新闻科学版),2022,40(1):125-131.

　　[6] 范迪,王侃侃,高洁,等.数字信号措置中DTMF信号检测案例策画及教学运用[J].中邦众媒体与汇集教学学报(上旬刊),2022(5):61-64.