红外线语音通信系统毕业论文.docx

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红外线语音通信系统毕业论文

红外线语音通信系统毕业论文

题目红外线语音通信系统

摘要...............................................................................................................................IAbstract......................................................................................................................II前言...........................................................................................................................III1红外线语音通信系统的总体设计..........................................................................1

1.1红外光通信系统的设计要求........................................................................1

1.1.1语音采集所需要的环境......................................................................1

1.1.2语音的采集..........................................................................................1

1.1.3控制和管理..........................................................................................1

1.2方案的提出与选择........................................................................................2

1.3总体设计思路................................................................................................4

1.4发射部分电路设计........................................................................................6

1.4.1发射部分框图......................................................................................6

1.4.2发射部分电路......................................................................................6

1.5接收部分电路设计........................................................................................6

1.5.1接收部分框图......................................................................................6

1.5.2接收部分电路......................................................................................72基于红外线的语音发送接收系统的模块设计......................................................8

2.1发送端语音采集电路....................................................................................8

2.2音频放大电路的概述以及所用元件的介绍................................................9

2.2.1使用到的元器件的介绍......................................................................9

2.2.2放大电路............................................................................................11

2.3发送端低通滤波器......................................................................................11

2.3.1低通滤波器的概述.............................................................................11

2.3.2滤波电路............................................................................................12

2.4红外线发射与接收电路..............................................................................12

2.5接收端前级电压放大电路..........................................................................13

2.6接收端有源低通滤波和有源高通滤波电路..............................................14

2.7LM386功率放大电路.................................................................................16

2.7.1概述....................................................................................................16

2.7.2功率放大的电路图............................................................................18

2.8扬声器和耳机..............................................................................................183基于红外线语音发送与接收系统的调试............................................................19

3.1红外线发射模块与语音采集的测试..........................................................19

3.2红外接收模块与语音接收模块的测试......................................................21

3.3测试及仿真的环境......................................................................................23结论..........................................................................................................................25致谢..........................................................................................................................26参考文献....................................................................................................................27附录1:

总体电路图.................................................................................................28附录2:

实物图.........................................................................................................29

红外线语音通信系统

摘要

随着科技的发展和创新，无线电通信技术得到了前所未有的发展，而红外无线通信相对于无线电数据通信具有低功耗、价格低廉、电磁干扰小、保密性强等优点，目前发展形势迅速，尤其在近距离（室内）无线数据通信中得到了广泛的应用。

在课本和资料中我们可以知道红外线是一种近距离、高速通信的通信方式，对于我们经常使用的一种近距离、室内通信手段,红外线无线通信具有无线电缆无法比拟和超越的优势。

本文介绍的系统主要阐述了红外线语音通信的工作原理以及红外线语音通信过程，详细的分析了系统设计中的每一个电路模块，得出了这一系统的最佳设计方案，用做大的努力去完成一个比较好的设计。

本系统分为11个模块:

语音采集模块，发送端前级音频与功率放大模块，发送端低通滤波器，红外线发射电路，红外线接收电路，接收端前级电压放大模块等等。

红外线发射模块中主要是采用二极管，LM358将接收到的信号进行电压的放大和所转化长的电信号功率的放大以及红外线发射管。

在红外线接收模块中主要是采用红外线接收管，LM386将接收到的信号进行电压放大和功率放大传输给红外线接收管。

其系统实现的功能是利用红外发射管和红外光接收管作为收发器件，将电信号传至扩音器和耳机。

关键词:

红外通信;发射;接收;LM386;LM358

INFRAREDVOICECOMMUNICATIONSYSTEM

Abstract

Today'sadvancedscienceandtechnologyandradiocommunicationtechnologyanunprecedenteddevelopment,whilewirelessinfraredcommunicationrelativetotheradiodatacommunication,lowprice,lowelectromagneticinterference,techniques,wirelessinfrareddatacommunicationdataratebecomesisanimportantway.

Inthetextbooksandmaterialswecanknowinfraredisashortdistance,meansofcommunication,forweoftenuseaclosequarters,indoormeansofcommunication,thewirelessinfraredcommunicationwithwirelesscableunmatchedandbeyondtheadvantage.

Systemisintroducedinthispapermainlyexpoundstheworkingprincipleofinfraredvoicecommunicationandinfraredvoicecommunicationprocess,detailedanalysisofthesystemdesignofeachcircuitmodule,theoptimaldesignschemeofthesystemareobtainedandsuccessfulasmightdoabettershowdesign.Thissystemisdividedinto11modules:

voiceacquisitionmodule,thesendingendofaudioandpoweramplifiermodule,thesendingendlow-passfilter,infraredemittingcircuit,aninfraredreceivingcircuit,thereceiverofvoltageamplificationmoduleandsoon.Theinfraredemissionmoduleismainlyusedindiode,LM358willreceivethesignaloftheamplificationandconversionofthelongpowerofthesignalamplificationandinfraredemissiontube.Intheinfraredreceivingmodule,theinfraredreceivingtubeismainlyused,andthesignalisamplifiedbyLM386andamplifiedbypower.

Keywords:

infraredcommunication;transmit;receive;LM386;LM358

前言

红外通信由来已久，但是进入90年代，这一通信技术又有新的发展，应用范围也越来越广泛。

1995年，一个由部件、计算机系统、外围设备和电信厂商组成的大型集团?

?

红外数据协会（IrDA）就红外通信的标准达成一致。

红外数据协会开发的这种新的无线通信标准还得到PC机产业的有力支持。

主要的开发厂商，已在计算机之间推出了采用这种高速红外数据通信的PC机、笔记本计算机、打印机和手持式个人数字助理（PDA）的设备。

此外，红外通信已经用在大多数新的笔记本计算机中，逐渐成为一种最成本效益高和使用方便快捷的无线通信技术，慢慢的占据市场的主导地位。

经过40多年大发展，中国在红外技术研究方面已经取得了重大的进步，建成了专业研究所、红外物理实验室和众多的研究课题组。

一批高等院校中，也设立了红外专业或包含红外专业的光电技术系，一批民营企业、股份制企业相继诞生，已经形成了不同规模的产品。

近几年，随着智能化设备越来越普及，红外通信技术因其抗干扰性能突出，从而被广泛的应用到针对智能机器人、智能电器、智能家居的设计方案中。

红外通信是最常用的近距离无线通信方式之一，采用红外通信的优点是低成本、高速率且低功耗，因此也就成为设计便携式遥控器的首选。

除此之外，在广泛的基于单片机的智能家居设计中，红外通信也作为单片机之间的通信手段，并且与电信市话通信手段在做融洽的结合，从而实现对家居异常情况的监控，例

[1]如（盗窃、火警、燃气泄漏、漏水等）电话远程报警、远程遥控等功能。

本次设计的的主要内容，用电压放大电路和滤波放大电路对语音采集端的信号进行方法和滤波，通过红外线发射管和电阻组成的发射电路进行发射，接收电路由红外线接收管接收到之后，在进行音频功率放大和电压放大，最后在喇叭和耳机端得到语音信号。

本设计的预期目的:

利用红外发光管和接收管作为收发语音的元器件，来实现语音信号的传输，传输距离在0-2m之间。

1红外线语音通信系统的总体设计

随着计算机与信息技术的发展，红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种，当然我认为也是最高效的一种。

利用红外线通信是目前使用较广泛的一种通信方式。

由于红外线通信具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，在彩电之后，录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型家庭生活电器上也纷纷采用红外线通信技术，不仅通信性能非常可靠，而且能有效地隔离来自其他电器的干扰。

那么总结一下来说单片机是目前设计应用中用得比较广泛的器件，因为单品机可以通过软件编程用不同代码片段来达到满足不同的功能，实现我们生活或者其他方面需要用到的各种各样不同的功能，具有灵活性强、可靠性高，可扩展性好的优点。

1.1红外光通信系统的设计要求

1.1.1语音采集所需要的环境

在教室或是实验室一些噪音较小的环境中采集，我所设计的电路是一个环形电路，声音可以来回传播，容易被噪声和声音的共鸣干扰。

1.1.2语音的采集

在这个系统当中我们可以用自己发出来的声音或是我们手机播放器发出声音，但是对于我的这个作品来说如果想要得到清晰的不受外界干扰的语音就需要使用耳机来作为输入语音信号的工具，因为这样可以减少干扰，我们尽量把传输的距离控制在2m，在两米之内，我们耳机和喇叭都可以正常听到，若是距离大于两米，喇叭就会出现共振。

1.1.3控制和管理

随着现在无线技术的不断创新，有好多对红外通信的做出不断创新的人才，比如我在网上查看的资料中，可以加入一个单片机来解决噪音以及共鸣得到问题等等，但是很遗憾我没有实现。

分别使用了ML386和LM358两种不同的功率放大器，来尽量优化我的设计。

1.2方案的提出与选择

所谓的数字通信就是指把在发射端接受到的语音信号放大后传输到AD转换中进行模数转换，再由单片机中嵌入的程序控制AD芯片进行模数转换，当红外接收端的红外线接收管接收到信号后，单片机对接收到的信号进行识别，之后将处理好的信号数据传入DA转换器进行转化之后，传输滤波电路和功率

进行处理，最后将处理好的语音信号输出，原理如图1.1所示。

放大电路

图1.1红外数字通信原理图

用电压放大电路和滤波放大电路对语音采集端的信号进行方法和滤波，通过红外线发射管和电阻组成的发射电路进行发射，接收电路由红外线接收管接收到之后，在进行音频功率放大和电压放大，最后在喇叭和耳机端得到语音信号。

AM调制通信就是把接收到的语音信号传送到放大电路中放大，之后经过红外线发射直接发射出去，通过红外发射管把电信号转化为光信号，这个过程就是通过红外线传输语音信号的过程。

红外线接收管接收到红外信号后把光信号转化成电信号，在传入功率放大电路中进行放大和滤波，最后把信号传输到音频输出也就是扬声器中，对处理好的电信号进行转化为语音信号输出，原理如图1.2所示。

图1.2AM调制通信的原理图

在通信的课程中我们了解到FM调制通信就是利用锁相环技术（简称为PLL）对语音采集端输入的语音信号进行放大滤波之后送入红外发射管传输的

由光信号转化的调频信号，接收端的接收到的调频信号之后再次采用用锁相环技术不过这时是进行解调，经过解调后的信号送入功率放大电路处理之后进行输出，调制原理如图1.3所示。

图1.3FM调制原理图

通过上面的比较可以看出使用数电知识来设计电路，要涉及到单片机以及信号系统和电路基础的课程之后，还涉及到高数上面的计算，对于专业知识不是他别精通的人来说是个很大的挑战，并且在使用单片机的过程当中仍然会遇到一些不可避免的问题，还有一个问题就是利用单片机的话成本会高一些，在实现功能相同，效果相近的情况下，还是应该选择一个性价比高的方案。

本次的设计，原来的思路是想用数字通信方面的知识，也就是利用单片机的程序设计来通过模数和数模转换来实现语音的通信，但是经过实际操作电路来验证的过程中，发现本人的知识点和能力不足以支持思想的实现，实现不了本次设计的设计要求，所以之后就选用了使用纯模电电路来进行本次设计。

在设计的过程当中依然还是参考了数字技术的一些放大器和放大电路的设计思路。

来进行优化设计方案。

1.3总体设计思路

选择红外光的原因:

无线通信方式可以分为电信号、超声波和红外线等等。

由于电信号的使用方式比较传统，所以我选择超声波和红外线做为我的首要思路。

那么我对超声波和红外线这两种方式也做了一些对比和比较。

超声波通信的话，频带较窄，容易受噪声干扰，系统抗干扰能力差。

那么红外线不会向室外泄露，不会产生信号干扰，反应速度快，传输效率高。

所以我选择了这个红外线课题。

来实现我想用红外线来实现简单的语音信号的传输。

（1）红外线的特点

我们的眼睛所能看到的光称为可见光，这些可见光按照波长排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

红光的波长范围为0.62μm,0.76μm，我们把比红光波长还长的光叫红外线。

我们的有一般家庭常用到的电视遥控器的红外线遥控器就是利用波长0.76μm,1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。

红外线的特点是对其他电器设备工作干扰比较小，对周边环境的要求也不是很高，

一般不会相互影响。

最后就是红外线的电路具有调试简单等优点。

（2）红外线发射和接收

我们所涉及到的需要用到的红外通信项目中，必不可少的就是要用到的红外线的发射和接收两部分。

我们这次试用的是简单的元器件:

语音发射部分射发射元件为红外发光二极管，在二极管中我们还加了一个电阻，一般常用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，红外线发射二极管的的外形与普通φ5mm发光二极管相同，但是颜色不是很一样。

一般分为透明色、黑色和深蓝色等三种。

接收电路的红外线接收二极管是一种光敏二极管，我们在使用的时候要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。

由于红外发光二极管需要的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以在红外线的接收端要增加高增益放大电路，也就是说我们需要使用放大倍数较高的功率放大器来放大我们接收到的电信号，使我们之后再耳机或是扬声器听到的声音和输入的声音信号差别不大。

系统的总体设计框图如图1.4所示。

语音采集模块前级音频放大低通滤波器

（驻极体话筒）（LM358）（RC滤波）

功率放大红外接收红外发送

（LM386）（红外接收管）（红外发送管）

前几电压放大有源低通滤波有源高通滤波

（S9013）（LM358）（LM358）

扬声器

功率放大

（LM386）

耳机

图1.4系统的总体设计框图

红外语音的传输，分为语音采集和红外线的发射与接收部分，下面来仔细说说红外线的发射与接收模块。

红外线的发射部分:

语音信号通过麦克风转化为电信号再经过LM358放大后的滤掉