基于激光通信技术语音传送装置.doc

长春理工大学本科毕业设计
编号

本科生毕业设计

基于激光通信技术的语音传送装置

Laser-based transmission of voice communication technology devices

2008 年 月

- 24 -
摘 要
激光通信是以激光光波为载波, 并用脉冲数字编码来调制这一载波的通信方法激光具有扩散小、相干性和方向性好、光束功率密度大等优点, 因而适合于保密通信和航天通信与无线电微波通信相比, 激光通信由于其通信容量大, 发射天线体积小，抗射频, 抗电磁脉冲干扰以及反窃听性能好, 特别是抗核破坏能力强等优点而倍受军事和航天领域的青睐。
本文介绍了大气激光通信的原理，以及激光通信系统的组成等。简要的介绍了单片机ATMEGA32的结构特点和其引脚配置，简单说明它对音频设置的实现。从而设计一款基于激光通信系统的语音传送装置。该论文介绍了系统的总体设计，并着重说明该设计的硬件、软件的设计，然后简单描述了调试，分析的结果以及设计中的不足之处。
关键词：激光通信 ATMEGA32 UART

ABSTRACT
Laser communication is based on laser light for the carrier, and digital pulse code modulation of the carrier to the communication method of the laser with the proliferation of small, coherent and directional, and the beam power density, etc., thus suitable for secure communications and space communications and radio compared to microwave communications, laser communications as a result of its communications capacity to launch anti-small RF antenna, anti-electromagnetic pulse interference, as well as good anti-wiretapping, anti-nuclear damage in particular the advantages of strong and popular military and space of all ages.
This paper introduces the principle of atmospheric laser communications, as well as laser communication system。Brief introduction of the structural characteristics of single-chip ATMEGA32 and its pin configuration, a brief description of the achievement of its audio settings so as to design a laser-based communications system of voice transmission device. This paper introduces the system design, and highlights the design of hardware, software design, and then a brief description of the debugging, analysis, and design deficiencies.
Keywords: Laser communication ATMEGA32 UART

目 录
第一章 绪论 - 1 -
1.1 激光通信简介 - 1 -
1.2 国内外发展现况 - 2 -
第二章 课题设计原理 - 3 -
2.1 大气激光通信系统 - 3 -
2.1.1 激光器 - 3 -
2.1.2 光的调制 - 4 -
2.1.4 光接收系统 - 5 -
2.2 ATMEGA32简介 - 6 -
2.2.1 引脚说明 - 6 -
2.2.2特点及功能 - 7 -
第三章 硬件电路电路设计 - 8 -
3.1 总体方案设计 - 8 -
3.2 硬件电路设计 - 9 -
第四章 软件设计 - 13 -
4.1 半双工软件UART - 13 -
4.2 发送子程序 - 14 -
4.3 接收子程序 - 17 -
4.4 程序设计 - 19 -
4.4.1 测试程序 - 19 -
4.4.2 音频发送程序 - 19 -
4.4.3 语音接收程序 - 20 -
4.5 音频设置 - 20 -
结 论 - 21 -
参考文献 - 22 -
致 谢 - 23 -

第一章 绪论
信息高速公路的发展需要建立传输速率快、信息量大、覆盖空间光的通信网路系统。随着国家信息基础设施NNI和全球信息基础设施GII的提出，对通信的要求越来越高，而目前卫星通信所采用的微波通信技术将受到体积、重量、功耗等方面的严格限制不能无限制地提高传输速率与容量。在卫星通信日益拥挤的今天，采用光频波段通信有极大的潜力，是实现高速大容量通信的最佳方案，这已经取得了通信领域许多专家的共识。
1.1 激光通信简介
所谓激光通信, 是以激光光波为载波, 并用脉冲数字编码来调制这一载波的通信方法激光具有扩散小、相干性和方向性好、光束功率密度大等优点, 因而适合于保密通信和航天通信与无线电微波通信相比, 激光通信由于其通信容量大, 发射天线体积小，抗射频, 抗电磁脉冲干扰以及反窃听性能好, 特别是抗核破坏能力强等优点而倍受军事和航天领域的青睐。
激光通信技术将激光与电子很好地结合在一起，与以往的通信技术相比，具有四个显著的特点。
（1） 通信容量大。通信容量的大小，通常指一对电线（或电缆）上能通多少路电话，激光可用的频率范围为1ⅹ107-1ⅹ109兆赫，比微波频率高10万-100万倍，一束激光可容纳100亿路电话。如果全球人口按60亿计算，则全世界的人同时利用一束激光通信还绰绰有余。
（2） 通信质量高。且F指抗干扰性强，信噪比高，失真度小。激光通信能有效地满足这些要求：通电话声音清晰；传输数据准确无误；传递图像色彩逼真。
（3） 保密性好。由于激光几乎是一束平行而准直的细线，在空间传播时它的发散角很小，加之用以传输信息的激光大多是不可见的红外光，所以想截获激光非常困难。
（4） 原料足，价格低。制造光纤的原料是地球上取之不尽的石英，只要几克石英就能制出一公里长的光纤。因而用光纤代替普通金属导线可以节约大量宝贵的有色金属铜和铝。由于光导纤维的传输损耗低，因此中继站距离长。一般同轴电缆每隔3千米就要设一个中继站，距离可超出30千米，这就意味着采用光纤通信的投资可以大大降低。
1.2 国内外发展现况
激光问世后，将激光应用于通信的想法就随之产生了。在国际上，美国、英国，日本、前苏联等国家，广泛开展了对激光大气通信的深入研究。
早在二十世纪70年代，人们就开始了激光大气通信技术的研究，但由于当时光纤通信较为成功，激光自由空间的通信未能得到充分重视。近几年来，由于移动通信的需要和微波通信的带宽限制，光自由空间的通信取得了很大的进展。美国朗讯公司采用1.55μm波段的半导体激光器加光纤放大器（EDFA）作为发射光源，并采用波分复用结构，实现10Gbps容量的空间光通信。本、欧洲等国家也报道了几种空间激光通信装置。我国电子科技大学采用二氧化碳激光器（10.6μm波长，内腔式），实现定点双工四线制三路电话的大气通信（技术成果编号88210414）；中山大学激光与光谱学研究所采用音频或数字信号的调幅激光制式工作实现大气通信传输（技术成果编号89209283）。但它们都因通信容量低，在通信系统的结构上，没有与其他通信设备（包括光纤通信、微波通信）的接口，故实用价值小。为解决上述问题，中国科学院上海光学精密机械研究所报导了一种无线激光通信端机实现了与其它通信设施的接口（技术成果编号00217069.8），但由于该端机设备昂，未能得到广泛应用。
本课题便是以一种能实现语音通信的大气激光通信系统为例，目的在于提供一种价格便宜、携带方便、同机具有激光信号发射和接收装置。该设备发射装置发出调制激光信号可在自由空间传输。

第二章 课题设计原理
2.1 大气激光通信系统
调

制

器
激

光

器

发
射
天
线

接
收
天
线

光
电
转
换
解

调

器

发 端 控 制 系 统

信 息 输 入

信 息 输 出

收 端 控 制 系 统

图2—1 大气通信系统框图

大气激光通信是以大气作为激光光束传播介质的激光通信, 可传送电话、数据、传真、电视和可视电话等由于CO2激光器发射的10.6微米激光大气传输性能好, 因此目前的大气激光通信系统多采用CO2激光器，大气激光通信原理框图如图所示。
放大后的输人信号经调制器调制, 输出一系列调制脉冲这些脉冲进人激励器并激活激光器, 使激光器喷射出一束束载有信息的激光。这些光束由发射天线定向发射出去。接收端收到的光信号经多层滤光器滤出杂散光, 然后进人光电倍增管, 转换成电信号将这些电信号解调放大, 送人信息输出装置, 从而完成通讯。
2.1.1 激光器
激光器是光通信的关键部件,目前使用的光源有:CO2 激光器、He-Ne 激光器、Nd : YAG激光器、准分子激光器、半导体激光器,其中CaAs 半导体激光器应用最多,它结构简单、抗震动、体积小、寿命长。
2.1.2 光的调制
调制就是把信号叠加到载波上。调制器是一种电光转换器,它使输出光束的某个参数(强度、频率、相位、偏振等) 随电信号变化,完成光的调制过程。调制方式有内调制和外调制两种。把被信息信号调制了的电信号直接加到光源(或电源) 上,使光源发出随信息信号变化的光信号称为内调制。把调制元件(如光电晶体等) 放到光源之外,使被信息信号调制了的电信号加到调制晶体上,当光束通过晶体后,其光束中的某个参数(强度、相位、频率、偏振等) 随电信号变化而变化,从而成为载有信息的光信号称为外调制。无论是外调制还是内调制,每一种调制方法都有各种不同的调制形式。下面介绍调制中激光二极管通信中的几种脉冲调制形式,如图所示。
(1) 脉冲调幅:使激光脉冲的幅度(强弱) 按照信号的变化规律来变,如图2b所示。
(2) 脉冲调宽:使激光脉冲的宽度随信号的强弱变化而变化,信号越强，脉冲的宽度越大,如图所示。
(3) 脉冲调频:激光脉冲随信号的强弱而改变其疏密程度,如图所示,信号越强,激光脉冲就越密。这种调制方式对于激光二极管来说较易实现,通信质量较好,受干扰影响小,接收后进行解调也很方便,采用普通的积分电路即可完成。此外直接调制还有编码调制等。在外调制中,有振幅调制、频率调制、脉码调制、偏振调制等。

图2—2 几种脉冲调制的形式

2.1.4 光接收系统
光接收是把从远处传来的已被调制的光信号通过光学接收透镜汇聚,滤波器滤波,光电探测器进行光电转换的过程。接收方式有直接检测接收和外差检测接收。直接检测接收是利用光学系统和光电探测器把光信号直接转换成电信号的过程,它是一种简单而实用的接收方式,如砷化镓激光通讯就是直接检测接收,缺点是灵敏度低、信噪比小。
外差检测接收的原理与无线电波的外差检测接收相似。光学系统接收到频率为f c 的光信号，经滤波器和有选择反射镜到光混频器的光敏面上；同时本振激光器所产生的频率为f 0 的激光通过反射镜也反射到混频器的光敏面上。混频器就是一个光电检测器，它对两束叠加的光波起检测和混频作用。输出差频fm = f 0 - f c 中频信号。经中心频率为fm 的带通滤波器还原成电信号。这种接收方式灵敏度高，信噪比大，但设备复杂，技术难度大。
光电检测器(或光电探测器) 也是激光通信的核心部件，用于光信号接收转换。目前常用的光电探测器有:光电子发射型光电倍增管；光生伏特型PIN 光电二极管和雪崩光电二极管(APD) ；光电导型碲镉汞检测器等。它们可用于半导体激光通信、Nd : YAG激光通信和CO2 激光通信等系统。
2.2 ATMEGA32简介
设置音频传输需要使用两个Mega32芯片。ATmega32是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega32 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
2.2.1 引脚说明
VCC ： 数字电路的电源
GND ： 地
端口A(PA7..PA0) :端口A为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A于高阻状态。
端口B(PB7..PB0) :端口B为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉
电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。
端口B 也可以用做其他不同的特殊功能。
端口C(PC7..PC0)： 端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚 PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。除去移出数据的TAP 态外， TD0 引脚为高阻态。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能。
端口D(PD7..PD0) ：端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能。
RESET ：复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见 P35Table 15 。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。
XTAL1 ：反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。
XTAL2 ：反向振荡放大器的输出端。
AVCC ： AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。
AREF ： A/D的模拟基准输入引脚。
2.2.2特点及功能
AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的数据吞吐率。
ATmega32有如下特点:32K 字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，1024 字节 EEPROM， 2K 字节 SRAM，32个通用I/O 口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C), 片内/ 外中断，可编程串行USART，面向字节的两线串行接口， 8 路10 位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。 工作于空闲模式时CPU 停止工作，而USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声； Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。

第三章 硬件电路电路设计
3.1 总体方案设计

图3—1 总体方案设计图
如上图4.1（a）所示，该系统可以发送27.7kbps波特率的任意数据。如上所述，该系统设置为传送语音数据。麦克风的输入是有一定条件的，即放大和偏置 ，这样以便充分利用8位范围内的模拟数字转换器。为了尽量减少出现间歇振荡，并且还要最大限度地保证音质，因此要花费大部分的时间为麦克风的输入优化放大器。
模拟信号一旦通过ADC得到数字信号，微控制器便把信号传递给UART。根据串行协议，在异步传输引脚上设置一个高低。具备这些条件的信号就能确保恒定电流给激光。
在接收端，用光敏三激管来读取信号，然后即将被关闭的信号经过了晶体管的比较，产生了适当的高，低信号。这些信号是通过异步读取的，并根据串行协议产生一个字节，这字节在端口通过数模转换器发送，最后应用于扬声器。
3.2 硬件电路设计

图3—2麦克风放大器
第一步是将传输的声音进行数字化声波 。为此，我们选择使用驻极体传声器。从麦克风输出来的信号直接由模拟数字转换器来阅读太低，所以需要有一个放大器。在放大器处理信号之前，首先要通过电容删除直流，然后通过一个分压器适当的偏置信号。LF353运算放大器用来提高信号，电阻调整其增益。麦克风的增益约为50-100。

图 3—3 激光驱动器

由A / D转换器将麦克风输出的信号转换成8位，单片机产生相应的位去传送（包括启动和停止位） ，并将其应用于5V和0V信号的激光驱动电路。该晶体三极管在这个电路为5V ，并根据二极管和电阻值提供适当的电流。

图 3—4 接收器

光电二极管在不同的（遥远的）的位置检测激光脉冲。信号通过比较器得到确定的5V和0V电压值，然后被接给单片机上的接收引脚。

图3—5 激光驱动器
一旦信号通过数模转换器（未显示，它是一个简单的过程） ，便被升高电压然后再由低通滤波器滤波（以优化音质）。
第四章 软件设计
4.1 半双工软件UART
为了接收和发送文字和音频数据，我们决定实施一个效仿硬件UART的的工作方式的软件议定书。这意味着我们将发送的信息以数字形式通过串行数据链路。激光将基本上构成了“电线”连接在两个UART软件的接口。我们可以很容易地为我们的软件UART引脚保留接收和发送两个端口（最后文本中的代码引脚D.0和D.1分别为接收和发射）。这些工作都由接收子程序和传送子程序执行并且实现的。这些子程序的发展说明如下。
通用非同步收发传输器（ UART）运行的前提是可以通过单线连接传送一个8位的（有时9位）数据电文，并且在来源和目的地之间没有时间同步。因为8bit信息是串联传送，所以由此产生的单线连接称为串行数据链路。UART的异步部分（这是在我们的软件里最吸引我们仿效UART的地方）是通过发送已知的位来表示数据电文的开头和结尾。这些位在UART协议里分别被称为启动位和停止位它们分别是0和1。当UART没有传送一个保持逻辑高（ 1 ）的数据，则一个逻辑低（ 0 ）便开始传输，接收端便知道该邮件被转发，并开始“关注” 。8bits开始位的后面是讯息的内容。8bits始终跟着逻辑高（ 1 ）停止位。（我们的目的是忽略更加复杂的1个奇偶校验位的实现） 。在UART的硬件实施 中大多数 Atmel公司的UART芯片的样品能在信息位中间3次收到比特值，并根据“多数决定原则”确定比特值。相比之下，我们的软件UART样品只有一次在中间收到bits，以确定其比特值。
此外，另一个关键的区别是我们的软件UART和大多数硬件UART是一个半双工的UART 。这就是说，在任何特定时间它只能传送或接收，而不是在同一时间发送和接收（全双工） 。全双工的UART软件将更为复杂，我们没有应用的必要。
由UART通过串行数据链路传送的比特的速率称为波特率. 此外，数据传输率300baud与300 bps 相似 。这种数据传输速率是非常重要的，其原因有两个：它决定了通话时UART的传送必须保持比特值的时间，并决定UART的接收必须等待采样比特之间的时间。这两个时间实际上是相同的，并且也是我们的UART软件实施软件延迟调用的时间。
要计算的时间长度，我们需要拖延到最后，我们必须知道进入每个发送和接收的子程序后要实施必要的措施以改变位值并且确定是否收到位值共约1μs，所以我们必须从我们的最终结果减去这一数额。
我们首先必须计算时间长一点的理想波特率：

（4.1）
在μs时期：

（4.2）
然后，我们这一轮的结果减去1μs。
最后的delay：

（4.3）

注：delay：最终延迟；
baud：波特率；
在最后的代码中这个拖延是表示为“ buadnum ”。我们还需要接收器的“ halfbuadnum ”（buadnum / 2的结果可作为一个经验法则，除非buadnum是奇数） 。无论什么时候与这些计算有关的误差只持续8位，因为信息只有8位长。这样的错误将在下一个传送开始的时候被“重设”，因此我们发现，该软件UART不能对错误敏感到微秒（特别是在较低bauds ） 。
应当指出的是，我们为AVR 8-bit RISC微控制器系列用于创建我们的软件UART的许多概念是来自半双工的小型软件UART的Atmel应用说明。提供的代码与此应用程序的书面说明完全是汇编语言，.所以我们又提出一个任务是执行一个C版模仿其运作。
4.2 发送子程序
为了在串行数据链路上传输一个字节，（ 8位）我们制定了一个发送子程序。这个子程序将8bits赋给字符变量Txbyte，然后在LSB开始的时候在每次转移一个位到串行数据链路上的。数据字节等待着被发送置于Txbyte，并且然后为了发送这个数据必须调用put函数。要重要注意的是，要用一个指令把Txbyte的内容破坏。
我们认为当我们向右移位（是0 ）看起来就像1值的停止位时，为了把位值转移到Txbyte，最好的办法就是在put子程序开始的时候就颠倒Txbyte，也就是将所有的0变1，1变0，这就在子程序结束时消除了一些逻辑作作停止位。我们也设一个变量名为carry的变量，它基本记录着从Txbyte转移出的最后一位，并且这个变量代表目前正在发送的位值。最后，我们有一个名为bitcnt的变量，它记录目前我们正在发送的比特数。在该子程序开始的时候，我们把它设置为9 +sb，每次发送一位递减（sb是数量停止位，代码的最后版本中用sb作为1） 。
我们首先要做的三件事是设置bitcnt ，颠倒Txbyte ，并设置carry为1 （开始位应为0 ） 。然后我们进入一个while循环，当bitcnt达到0时该循环终止。我们一进入循环就发送当前位，这是采用通过设定carry的相反值给传输引脚（ PORTD.1 ），然后，我们要保持这个引脚的值适量的时间（取决于需要多少波特率） ，所以我们时延baudnum μs 。然后，我们设置carry值作为 Txbyte的LSB的值，我们再向右移Txbyte值1位¸然后我们递减bitcnt因为我们已经发送了1bit，在此循环重复，直至bitcnt达到0，停止位已发送。应注意，在循环中进行的任何逻辑，分支，转移，或其他计算所花费的时都作为延滞（减去1μs） 。
这个子程序的流程图可以看到如下：

图4—1 put子程序流程图
4.3 接收子程序
为了从串行数据链路接收数据字节，我们制定了一个子程序称为接收子程序。这个子程序等待启动位，然后当其中一个被检测，便从串行数据链路上每次收到一个bits，并且在LSB开始的时候把它们转移到字符变量Rxbyte 中。当收到所有的8位信息后，Rxbyte的内容代表着全部的收到的字节。要重要注意的是之后让收到的下一个字节覆盖Rxbyte的内容。
时间在接收子程序中是非常重要的，因为我们必须在适当的时候轮询接收引脚（ PIND.0 ）以收到正确的比特值。为此，我们必须计算出两种不同的延迟值：一个是全位拖延时间被命名为buadnum，另一个是半位拖延时间被命名为halfbuadnum 。
在该程序里我们做第一件事是设置bitcnt至8 +sb。我们在这用8而不是9的原因是当我们开始递减bitcnt时我们就已经越过启动位，然后，我们进入一个while循环，它不断轮询接收引脚（ PIND.0 ）零位调整 （即开始位）。因此，子程序只能执行一次已被检测的启动位（因此程序必须要在收到开始位前被设定）开始位被检测，我们然后用指令delay_us （ halfbaudnum ）延迟半位到启动位的中间，此时，我们进入一个while循环直到bitcnt达到1。在进入这一循环，我们用指令delay_us （ buadnum ）延迟整个位到第一个位的中间（每个连续位反复循环）。.延迟之后我们将Rxbyt右移1位。然后我们根据我们接受引脚PIND.0的接受设置Rxbyte 的MSB（是否0收到0，是否1收到1）。然后，我们递减bitcnt ，因为我们已经收到1位。当bitcnt到1时while循环终止（发送子程序时是0）因为我们不希望转入Rxbyte的停止位不是部分数据，但是我们仍然必须在while循环越过停止位后延迟1位， 正如像在put里要求逻辑，分支和转移的时间，在get里他们也被作为延时.

这个子程序的流程图可以看到如下：

图4—2 get子程序流程图
4.4 程序设计
为了测试我们的软件UART和我们的硬件安装程序，我们写3个程序，一个是用来测试从发送端发送和接收文本数据的系统能力。这个程序被称为测试程序，它包括发送子程序和接收子程序。另外两个程序，用来测试我们发送和接收音频系统的能力，。该程序传输音频被称为音频发送程序，它包括发送子程序。收到音频的程序被称为语音接收程序，它包括接受子程序。简要说明该程序。
4.4.1 测试程序
正如所说的该程序采用了发送和接收子程序，其方法很简单的。首先我们正确的设置PORTD引脚的数据流向。我们简要说明了1停止位的使用，然后，我们发送ASCII 0x12以清除HyperTerm窗口。最后，我们进入一个执行接收子程序的无限循环，然后将收到的字节Rxbyte传输给传输字节Txbyte ，然后执行一个发送子程序。 实质上无论什么回声都是被软件UART收到的。我们的测试程序是用此程序安装2个ATMega32。我们将一个Mega32的软件 UART的接收引脚连接（通过RS232 ）到运行HyperTerm会议的计算机，传输引脚连接到激光发射器电路。然后我们将连接第二个Mega32的 UART软件的接收引脚接到光电二极管电路，软件UART的传输引脚连接（通过RS232 ）到运行HyperTerm会议的计算机。用户在第一个HyperTerm会议输入的信息，可以在第二个HyperTerm会议看到出现。
4.4.2 音频发送程序
该音频发送程序负责两件事。首先是在一个期望的频率上采样麦克风电路的输出电压，二是在串行数据链路上发送8位结果。这一过程中采用Mega32的两种功能：定时器/计数器0和模拟数字转换器（ ADC ） 。定时器/计数器0基本上用来（通过使用溢出中断）控制ADC转换麦克风电压的频率。两个中断都参与了这一过程：定时器/计数器0溢出中断和ADC转换完成中断。定时器/计数器0时钟分频器被设置为256个，它有效地产生一个时钟周期的：
该增值是256-21 。因此，每定时器/计数器0溢出：
另外一个任务则是（ task1 ） 有效执行定时器/计数器0 的每一个t1溢出。这项任务命令ADC在ADCSR寄存器中由置位6（ ADSC ）开始单程转换（即采取样本）。如果我们想要约3kHz的采样频率，就要让task1执行定时器/计数器0的每次溢出，然后设置T1至1 。当ADC完成转换，ADC转换便完全中断。在中断服务例程中，为了这个中断我们传送8位麦克风的电压结果（在ADCH ）给传输字节Txbyte ，然后执行在串行数据链路上一个发送子程序来传送8位电压。因为被设置给ADC的参考电压ARE是5V的，所以ADC所产生的8位电压值介于0和5V之间。
分别完成定时器/计数器0的初始化、ADC寄存器，并说明1停止位的使用后，我们进入了无限的while循环。
4.4.3 语音接收程序
该音频接收程序也非常简单，不需要使用任何定时器或模数转换器。其唯一的责任是从串行数据链路上接收8位电压值并且每次通过一个端口破坏掉掉DAC电路上的8位信息。由于这个语音接收程序只需要接收子程序。初始化后我们就进入一个不断执行接收子程序的无限whlie循环。接受子程序执行前会等待开始位的传输。接受子程序执行后，下一个 程序指令前，我们通过PORTB破坏掉DAC电路上收到的字节Rxbyte。
4.5 音频设置
设置音频传输需要使用两个ATMega32芯片。其中一个芯片由发射机代码音频程序编程，另一个由接收器代码测试程序编程.发射器通过ADC输入引脚（ PORTA.0 ）连接到麦克风电路，并且通过软件异步传输引脚（ PORTD.1 ）连接到激光发射器电路。接收器通过软件UART的接收引脚（ PORTD.0 ）连接到光电二极管电路并且通过输出端口（ PORTB ）连接到数模转换器电路。
结 论
该语音传送装置是基于激光通信技术设计的。该装置可以以27.7 kbps的速度发送任意数据。
最后，如果采样率是3千赫，那么27.7 kbps的速度就足够快的把电压值传送给我们，所以最终，波特率限制并没有降低音频传送的质量。另一方面，令我们感到有些意外的是3kHz语音的8位音频采样是那么差（即使之前我们就预测到它不会很好 ）。即便是在一些自由低通滤波条件下的音频质量还是很差。
在最后的系统测试中，产生了一些干扰，干扰并非来自我们系统本身，也不是来自其他装置，干扰其实来自于人。当我们测试我们的系统看它是否能够跨室操作时，然而一旦有人穿过激光束时传输便中断。中断只是个瞬间，不会持久影响。显然，如果我们把这种激光通信系统放在不会收到干扰的地方，它的应用性很高。
有人穿过激光束还会带来了另一个问题：安全。因此我们要尽力向实验室中的每个人强调其危险性，以确保没有人为了研究激光束时发生意外。激光的光束如果直接照射到眼睛，对眼睛是非常有害，所以我们必须非常小心。
语音传送装置应以广泛应用，提高音质为发展方向，连同以上所出现的问题都是应该继续研究和思考的。
参考文献
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[4] 极低速率语音编码的新发展与应用；郭莉;郭丽红;王炳锡;解放军信息工程大学信息科学系.
[5] 谢嘉奎主编；《电子线路》；高等教育出版社.
[6] 王俊生,田波,崔一平.大气激光通信技术[J ].电子器件2005 (03) 28 (1).
[7] 杨洋,等. 1. 06μm 激光的大气传输特性[J ] . 红外与激光工程,1999 ,28 (1) :15～18.
[8] The others use:Jameco
[9] The "well written" Mega 32 datasheet
[10] STK500 datasheet
[11] Atmel App Note 305 Half Duplex Compact Software UART: here.1997.08.
[12] LM139/LM239/LM339/LM2901/LM3302 Low Power Low Offset Voltage Quad Comparators，2000.08.
致 谢
在本文即将结束之际，我要由衷的感谢在我毕业设计阶段，乃至大学四年学习生活中帮助过我的老师与同学。
本论文是在我的导师刘智老师的悉心指导下完成的。在本文的工作期间，导师对我的严格要求和热诚关怀使我无论在知识的学习上还是在认识的视野上都收获良多。导师强烈的事业心、循循善诱的教诲和对生活的真诚感悟令我终生难忘，成为我人生成长中永远的财富。在此，向我的导师刘智老师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢！
同时，我也要感谢在大学四年里教过和指导过我的老师们，他们平时的精心指导，让我学会了很多知识，才能使我在这次的毕业设计中发挥自己的才能，顺利的完成我的软，硬件设计以及论文的撰写。
在论文的完成过程中，我的同学们也同样给了我莫大帮助与支持，与他们一起探讨和互相学习给予我在论文工作中的许多启示！无论是在学习上还是在生活中，他们都给了我很多的帮助和启迪。在此一并表示由衷的感谢！
由于本人知识水平有限，本设计难免会出现不妥之处，恳请各位老师同学批评指正，我会在以后的工作和学习中完善自己。

目 录
第一章 总 论 1
1.1项目概况 1
1.2研究依据及范围 2
1.3结论 3
1.4建议 4
第二章 项目建设的背景和必要性 5
2.1项目建设的背景 6
2.2项目建设的必要性 7
第三章 项目服务需求分析 9
第四章 项目选址与建设条件 11
4.1选址原则 11
4.2项目选址 11
4.3建设条件 12
第五章 建设方案与设计 12
5.1建设规模与内容 12
5.2总体规划设计 13
5.3结构方案 18
5.4主要配套设备 19
5.5给水工程 20
5.6排水工程 22
5.7电气设计 23
5.8节能设计 26
第六章 项目实施进度和招投标管理 29
6.1 项目实施进度 29
6.2招投标管理 31
第七章 环境影响分析 31
7.1项目主要污染源分析 32
7.2 环境保护措施及治理效果 35
第八章 消防、安全与卫生防护 37
8.1 消防 37
8.2  劳动安全 38
8.3  卫生防护 39
第九章 组织机构、运作方式与项目实施进度 39
9.1  项目建设组织机构 39
9.2项目运营组织机构 41
9.3劳动定员 42
第十章 投资估算和资金筹措 42
10.1投资估算 43
10.2 项目所需流动资金 49
10.3资金筹措 49
第十一章  经济和社