红外收发系统设计电子设计大赛报告论文大学论文.docx

红外收发系统设计电子设计大赛报告论文大学论文.docx

《红外收发系统设计电子设计大赛报告论文大学论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外收发系统设计电子设计大赛报告论文大学论文.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

红外收发系统设计电子设计大赛报告论文大学论文

目录

一、摘要.................................................1

二、关键词...............................................2

三、系统方案的设计与比较.................................4

1.方案一：

单片机处理法...............................4

2.方案二：

电压放大法.................................5

3.方案三：

调制解调法.................................6

四、单元模块的设计.......................................6

1.声-电转换模块......................................6

2.红外发射模块.......................................7

3.红外接收模块.......................................8

4．电-声转换模块......................................9

五、系统测试与结果.......................................10

六、设计总结.............................................11

七、参考文献.............................................11

红外光通信装置设计报告

1、摘要

本装置预计采用红外光通信系统，该系统由声-电转换模块、红外光发送模块、红外光接收模块和电-声转换模块四部分构成。

实现对声音信号的产生、发送、接收以及实现对声音的滤波消除干扰和功率放大。

为了增大接收距离，增加发射能量，我们增加了一级简单的功率放大器，同时推动7支红外发射管（见后文图）发射语音信号，为了滤除干扰光接收部分采用了廉价简易的滤光片，实验采用音频插孔线路输入语音信号，耳机输出语音信号，用示波器测试输出发射与接收波形（见后文图）。

为了完成以上几个基本要求设计了三套方案，经过对方案的论证与比较后，选出了一套简易可行，成本较低的方案。

Abstract

Thisdeviceusesinfraredlightcommunicationsystem,whichbythesound-electricconversionmodule,theinfraredlighttransmittingmodule,aninfraredlightreceivingmoduleandtheelectric-acousticconversionmoduleoffourparts.Toachievethesoundsignalgeneration,transmission,receptionandfilteringtoachievethesoundeliminateinterferenceandpoweramplification.Usingaudiojacklineinputspeechsignal,headphoneoutputspeechsignal,usingprotelsoftwaredesignedtosendandreceivevoicecircuits,andthenpracticetheweldingcircuit,thetestoutputwaveformwithanoscilloscope.

Morethanafewbasicrequirementsinordertocompletethedesignofthethreeprograms,throughtheprogramofthedemonstrationandcomparison,wehaveselectedasetofsimpleandfeasible,lowcostsolution.

2、关键词：

红外光、音频放大、滤光片、TL084运放、CD40106斯密特触发器

三、系统方案的设计与比较

方案一：

单片机处理法

发射部分由晶振CRY，反相器74HC04及电阻、电容构成的振荡器产生方波信号。

经脉冲分频器74LS92，六分频，再经过D触发器构成的2分频/整形电路变成频率低的方波信号。

由单片机的异步串行口TX输出的串行数据信号，送到与非门74HC00的输入端。

与非门的另一输入端接载波信号，从而控制红外发射管发送信息。

接收部分采用一种高效能的红外接收器——德律风根TFMS5380组件内已装上了接收二级管和前置放大器。

说明：

此方案成本高，TFMS5380在网上一直买不到，且发射部分不易控制。

方案二：

电压放大法

首先主要用KD-9300芯片构成音乐产生电路，发出电信号，再经过一个分压式共射电路适当放大信号，并通过LED红外发送管转化为光信号发送。

信号经接收管接收后，通过运放电路得到较高的输出功率，驱动喇叭发出音乐芯片的音乐。

以下是红外光发送模块和接收模块电路原理图：

说明：

此方案看似简单，但经过我们小组的测试发送模块很难成功处理声音信号，所以不用此方案。

方案三：

调制解调法

采用音频插孔线路输入语音信号，耳机输出语音信号，用protel软件设计声音发送和接收电路，然后实际操作焊接电路，用示波器测试输出波形。

以下是我们的模块流程图：

经过我们小组讨论一直觉得此方案既容易实现成本也很低，还符合废物利用的原则。

四、单元模块设计

1.声-电转换模块的设计

用麦克风、话筒、或蓝牙均可将声音信号转换为电信号，为了方便起见我们选用音频插孔线路输入声音信号，将转换后的声音信号送入发射电路进行放大处理。

2.发射模块的设计

红外线发射电路：

下图是红外线发射电路，图中的MIC是一种常用的动圈式话筒，其输出阻抗为20000（高阻动圈式话筒）。

话筒的输出加到运放IC1的反相端进行信号放大。

这里仅用了一级放大器。

为了获得足够的增益，其反馈电阻Rf用的很大（可到10MΩ），所以其运放的增益AV＝10^7／2×10^3＝5×103（74dB）。

为了增大接收距离，应增加图2电路的发射能量，只要增加一级简单的功率放大器，同时推动7支红外发射管（或更多的），即可增大发射能量、扩大接收距离。

为了减轻IC2－2的输出激励信号，将未级用的CD40106斯米特触发器并联使用。

如下图所示：

3.接收模块的设计

红外接收电路：

下图是红外线接收和解调电路，其中VD3是红外线接收二极管，它接收图2中VD2发射的红外线。

发射和接收时，若在空旷区域，VD2与VD3尽可能在一直线上；在室内，VD3也可接收门窗、壁面VD2的反射信号。

VD3的接收信号加到运放IC3－1的反相端②脚被放大，调节反馈电阻R7可以改变运放IC3－1的增益。

这里，VD3的分布电容、运放IC3－1的输入电容和电阻R7构成低通滤波器，该滤波器限制了输入电路的频率响应。

IC3－1①脚放大的红外光调制信号，加到IC3-2反相输入端⑥脚再进行放大，放大增益＝R9／R8，经具体推算，为40dB或100倍。

IC3－2⑦脚输出的红外光调制信号加到由R10、C4组成的低通滤波器（仅一级）滤除载波（18kHz）信号，从而解调出语音信号。

该语音信号仍然较弱，应进行一般的音频放大后，用耳机收听或由音响放音。

通过红外接受管接受从发送端传来的信号，并转化为电信号接入放大电路中，然后经0.01uF的电容滤除直流信号后由电位器和LM386运放共同作用实现信号的放大，调节电位器的大小可以实现对增益大小的调节，最后再经过喇叭将电信号转化为声信号，播放出音乐信号的音乐。

其原理如图如下图所示：

4.电-声转换模块的设计

用扬声器、喇叭或耳机将电信号转换为声音信号，实际搭线时我们用的是耳机，将听筒的那端接在接收模块后面。

五、系统调试

从信号发生器产生2000Hz,500mv的正弦波波信号输入发射模块中，经过调节得到较为清楚的调制后的输出波形，可能是由于室内其他红外线的干扰，经接收模块解调后的波形类似正弦波，理论上应该是得到标准的正弦波。

发射模块波形图：

接收模块测试波形图：

装置实物图：

红外线发射管（7个）图：

六、设计总结

不得不说，学校的器材比较缺，很多我们电路板用的芯片，电阻，电容学校都不能一一满足，第一次参加，不知道这种实际情况，直到第二天快要结束的时候才确定下来方案，然后失望的发现学校提供的器材不太合适我们的设计。

淘宝上购买后，第三天晚上才到。

纵使经过一个晚上的奋斗，还是没做出来，有一部分原因就是这个方面。

电路板的焊接，以及电路板的调试实在不是一个晚上可以实现完成的。

经过这次比赛，我们明白了，电路参数很大程度不是设计出来，而是调出来的。

尽管电路图没有错误，但就是实际的效果跟我们的想象还是有所差异的。

信号发射图中，电容c2是2700pf，经过我们的东拼西凑的，虽然还是达到了这个电容值，但载波频率与我们的预期差别很大，电容还是跟电阻不同，这里的电容起到一个震荡的作用，c2的充电，放电，本身就是一个很微妙的过程，如果用若干个电容一起达到2700pf的话，可能电容之间的充电，放电过程会相互影响的。

电阻就不会了，若干个电阻构成的r与一个r值电阻在电路中是一个效果。

接收电路中，本来应该有个高通滤波器，接收管不仅会接收发射管的红外线，正常情况下，室内的红外线也会干扰接收管的接收，高通滤波器额作用就是滤除这些室内红外线噪声。

经过我们小组的讨论，基于电路的简便性考虑，我们买了850nm红外线滤光片（发射管红外光波长为850nm），围在接收管周围，这样达到可以滤除空间红外光850nm波长以外的红外线。

小组的讨论结果是这种简易的装置，可以替代高通滤波器。

经过这我们小组四天三夜的奋斗，我们深刻的明白了学以致用的重要性，虽说最后的测试结果有点不尽人意，但也是我们为电子走出的第一步，相信以后情况会更加好的，明年继续为电子加油吧！

七、参考文献

[1]华成英童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社，2006.

[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社，2006.