全国大学生电子设计大赛a.docx
《全国大学生电子设计大赛a.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全国大学生电子设计大赛a.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
全国大学生电子设计大赛a
2013全国大学生电子设计大赛a
题目名称：
红外通信装置（F题）
摘要：
红外通信的实质就是将音频信号经音频插孔输入电路，音频信号经三极管放大后推动红外发射管，接收端经音频放大集成电路LM386放大后经C1耦合
至IC进行放大，由于IC具有功率放大能力，可供耳机收听。
红外通信装置利用红外发光管和红外接收管作为收发装置，达到语音的输入、传输及接收，我们以MP3为信号源，利用红外发射管、红外传输、红外接收管及以LM386为核
心的音频放大电路来实现目标。
本系统是基于红外光通信原理，代替传统的电流•电压的传输，实现了基于红外光对语音的传输及放大功能，LM386的使用减
小了系统的失真度结果显示，我们确实实现了语音信号的发射、传输、接收，但是输出信号出现了一定程度的失真，噪音，通过对电阻的调试、修改，使放大增益达到合适范围，最终以较理想的输出信号达到了设计要求。
关键字：
红外通信；语音；放大
一、方案的选择与论
证3
1.整体方案选
择
3
2.信号的采
集
3
3.音频放大芯片的选
择
3
4.
总
方
案
确
疋
4
-二-
、理论
分
析与
计
算•…
4
1.
通信
原
理
分
析•…
4
2.
转发器效
率
提高的
方
计6
1.发射端单元设
计7
2.接收端单元设
计8
3.总设计
图8
四^测试方案与测试结
果9
1.测试方
案9
2.测试数
据9
3.测试结果分
析9
五结
论9
参考文
献10
附
录
-10
附1:
器件清单及详细参
数10
附2:
仪器设备清
单11
附3:
电源电
路11
13
一•方案的选择与论证
1.整体方案选择
方案一：
语音作为模拟信号，以At89c52单片机为核心基础的数字转化语音处理，传递，因受到语音识别时间长，失真度大，此种方法对我们来说实现起来比较困难。
方案二:
以所学模电与数电知识为基础，实现起来比较容易，连接线路方便简洁，使电路简单明了，而且处理以语音输入的信号比较方便，失真度比较小。
所以我们选择方案二作为红外光通信装置的实现方式。
2•信号的采集
方案一：
以耳麦直接采集语音作为信号的输入，由于个人问题，区域问题，语音音量问题造成采集到的信号断断续续，音质不好，影响实验结果，失真度明显。
方案二：
以MP3作为信号的输入，音质好，音量大小可调，可以持续输出,
对实验结果的影响较小。
所以我们选择方案二作为我们的信号采集源
3.音频放大芯片的选择
方案一：
运用普通芯片（例LM358取得的放大效果不太好，而且失真度比较大，不适于音频放大。
方案二：
LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。
所以我们选择方案二作为我们后续电路的音频放大电路。
4.总方案确定
经过以上论证我们确定总体设计方案框图如下:
1•理论分析与计算
1.通信原理分析
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体。
发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。
接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。
常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM两种方法。
简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
具有以下特点：
（1）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发；
（2）主要是用来取代点对点的线缆连接；
（3）新的通讯标准兼容早期的通讯标准；
（4）小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强；
（5）传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。
2.转发器效率提高的方法
压缩数据，调制信号，增大光脉冲幅度
把模拟信号转化数字信号，有选择地对某些信号转发，而对其他信号屏蔽，这样就避免了转发器之间互相转发和任意信号源都转发的混乱现象，保证了信号转发的准确性，提高转发器的效率。
3.电路设计
1.发射端单元设计
C1是发射器的核心；当伴音信号加在图2中的A、B点时，经耦合电容C1（4.7
卩）的隔直作用后会在8050的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，在由
8050的放大作用，驱动两红外发光管。
使其对音频信号的幅度大小同步调制，转变为红外信号发送出去。
由于每只红外发光管的正向压降均为1.15V，发射功率都小于100mW，将两只红外管进行串联的目的在于提高红外线的发射功率。
此
相同的电信号，相当于经过耦合电容C2（0.22卩）隔直作用后，再由LM386放
大后再由路解调并还原为音频信号。
接收部分原理图如下图所示。
J3QMJ耐』
ICiMKJNCwrgeHU耶”
3.总设计图
电路仿真图如下:
TWu
—5->■]•二
^—11
F?
I.•”
■■■C4
QzriF
.1
■r
呱1
C1Q
左为发射部分电路原理。
鉴频后的音频信号经三极管VT8050放大后推动红外发
射管。
由于发射管的发射强度与通过其电流成正比，所以VD1VD2所发出的红
外光，便受到音频信号的调制。
为了防止失真，VD1VD2要设一定的偏置。
右是接收部分原理图。
其电路采用一块音频放大集成电路LM386VD为红外线
接收管。
当被音频信号调制的红外光照射到VD时，在其两端产生一个与音频信
号变化规律相同的电信号，经C1耦合至IC,进行放大。
由于IC具有功率放大
作用，所以可同时供1-4副耳机收听。
4.调试
将发射器与接受器的电子元器件两块印刷电路板上，安装时调节发射部分三极管VT1的静态电流在30mA左右，接收部分只要安装无误，不需要调试即可
工作。
发射管的排列图
红外线发光二极管在安装时，要考虑其辐射区范围，由于红外发射管的辐射角一般在60度左右，所以安装时要使它们的辐射空间范围有一部分重叠，如图所示。
发射部分、接收部分经调试后，都没有出现什么错误，即可发射音频信号并在3米远处接收到信号，只是接收到的信号声中有一些杂音。
另外,调试的过程中还发现，在使用该音频信号红外转发器时最好将日光灯关闭，否则可能会有干扰杂音出现。
4.测试方案与测试结果
1.测试方案
a.发射端输入语音信号改为800Hz单音信号时，在8Q电阻负载上，接收装置输出电压有效值。
b.不改变电路状态，减小发射端输入信号至0V,采用低频毫伏表（低频毫伏
表为有效值显示，频率响应范围低端不大于10Hz、高端不小于1MHZ测量此时
接收装置输出端噪声电压读数。
2.测试数据
a.基本要求部分：
1.0.58V>0.4V，符合要求。
2.0.046W0.1V，符合要求。
b.发挥部分（中继转发节点）：
1.1.48V>0.4V，符合要求。
2.0.63V>0.1V，不符合要求。
注：
篇幅限制，数据均为多次测量求平均值
3、测试结果分析
a.基本要求部分完全符合题目要求，传输语音音质清晰动听，噪声低，有效距离达至3m,且有指示灯显示当前接通状态，通则亮，不通则不亮。
b.发挥部分的中继转发节点有一数据不符合要求，输入信号的幅度降至0V,接
收装置输出端噪声电压大于要求的0.1V，噪声还是比较大，经分析应该是中转
将衰弱的信号增强同时，也将噪声同时放大，噪声、语音叠加才会出现这个结
果。
不过语音无明显失真，依然清晰可闻。
五、结论
由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的大部分指标。
参考文献：
1.黄智伟.常用电路模块制作.北京：
航天航空大学出版社2011
2.刘征宇.电子设计实战攻略.福建：
科学技术出版社2005
3.邱关源.电路.北京：
高等教育出版社2008
4.康华光陈大钦.北京：
高等教育出版社1987
5.李清泉.红外线转发器的制作[J].家用电器科技，1995.3
附录：
附1：
器件清单及详细参数：
1.发射部分用到的元器件及相关参数
旁路电容C3（0.01uF）
耦合电容C1（4.7uF）C2（100uF）
偏置电阻R（310）电阻R2（100）三极管VT8050
发射管VD1和VD2
注：
三极管VT应选用8050中功率管，PCM=300mW,ICM=500m；R2的功率不小于1/4W;因为调试时是要求三极管VT的静态电流为30mA左右的，则R1应选用可调电阻；红外发射管的辐射角一般在60度左右，所以安装时要使它们的辐
射有一部分重迭。
2.接收部分用到的元器件及相关参数
电阻R1'（510K）电阻R1'（100K）
C1（0.22uF）C2（10uF）C3（100uF）
旁路电容C4（0.1uF）耦合电容C5（100uF）
电容C6（0.1uF）电容C7（100uF）
音频放大集成电路LM386
接收管VD
注：
因为电子元器件中没有电阻为620K的电阻，所以在焊接电路时要用到将电阻分别为550K的电阻和100K的电阻串联以构成620K的电阻；VD为红外线接收管，它不能用光二极管，以防止可见光干扰影响接收的效果；此外应选用音频放大集成电路LM386以实现音频信号的转化。
附2:
仪器设备清单
1.数字万用表2.可调电源3.低频毫伏表4.信号发生器5.扬声器
附3:
电源电路
可调电源原理图
正负6V电源原理仿真图
附4:
LM386引脚图及相关说明
LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式
LM386的功能
LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。
LM386的引脚图
图中引脚2为反相输入端，3为同相输入端，引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端。
如果在对增益要求不高时它可直接去掉，此时的增益内置为20.
LM386电源电压4—12V,音频功率0.5W,LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V,消耗静态电流为4mV当电源电压
为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW勺功率。
它的典型输入阻抗
为50K.
LM386内部电路原理图
LM386内部电路原理图如上图所示。
与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。
第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。
使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。
第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。
第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。
二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。
引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。
电路由单电源供电，故为OTL电
路。
输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。
电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。
LM386小功率音频放大器是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应
用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少，电压增益内置为20，但在1脚和8脚之间增加一个外界电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200.输入
端以地位为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，
它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。
升级会员 