红外通信收发系统实验报告.docx

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红外通信收发系统实验报告

实验报告

题目：

红外通信收发系统

专业：

通信工程

姓名：

班级：

学号：

班序号：

实验课题：

红外通信收发系统的设计与实现

一、实验目的

1、掌握简单的红外光通信系统的组成和设计原理；

2、掌握通信电子系统方案设计、电路设计的方法；

3、熟悉电路仿真软件的使用；

4、掌握PCB设计电路装配和调试的方法;

5、掌握电子电路安装和调试的基本方法。

二、摘要

红外通信属于无线通信领域，它以红外线为载体将信息从发射机传到接收机，从而实现遥控或信息传递的功能。

红外通信系统的设计是光通信系统的一个重要分支，红外通信系统的设计思路和目前世界上所采用的骨干通信网的光纤通信系统是有相同之处的，唯一一个非常重要的差别就是它们二者所采用的传输媒质不用，一个是大气，一个则是光纤。

红外数据传输，使用传输介质――红外线。

红外线是波长在750nm～1mm之间的电磁波，是人眼看不到的光线。

红外数据传输一般采用红外波段的近红外线，冰场在0.75-25um之间。

关键字：

红外发射接受

三、实验设计要求

1、基本要求

设计一个正弦波振荡器，f>1kHZ,Uopp>1V；

所设计的正弦波振荡器的输出信号作为红外光通信收发系统发射端的输入信号，在接收端可以接收到无明显失真的输入信号；

要求接收端LM386的增益设计G≥200；

运用Protel等工具软件对电路进行优化和仿真。

2、提高要求

利用音乐芯片产生乐曲作为红外光通信收发系统发送端的输入信号，接收端接收信号并利用喇叭将发送的乐曲无失真地播放出来。

用面包板来搭建电路并进行调试；

测试电路完成的功能，记录测试数据；

3、提交材料

实验电路硬件设计图（Protel原理图文件）

电路仿真源文件

实验报告

四、实验原理

设计思路：

语音和音乐等所产生的电信号和其他低频电信号一样，一般不直接进行远距离传输，而是经过放大后对发射机的高频振荡进行调制，然后将此携带有低频信号的高频已调制信号，通过一定的媒介传输出去。

本次实验利用语音信号模拟实现最基本的红外收发通信系统由音乐集成电路，发射系统，接收系统三部分构成。

音乐集成电路发出电信号，通过发射系统转化为光信号发送，通过接收系统接受光信号并将其转化为电信号，再通过喇叭将其重新转化为语音信号。

将频率为1KHz幅度为1V的信号通过发射端用发射管发射，在接收端用接收管接收，通过LM386放大，输出幅度与发射端基本相同（不失真）的信号，扩展实验利用KD-9300系列芯片构成音乐集成电路，发出电信号，由于其较微弱，故可以经过一个简单的分压型小信号共射放大电路放大，保证静态电流Ic为27mA左右，再通过红外发射管发射，LM386输出端用小喇叭播放音乐芯片里面存储的乐曲。

信号经接收管接收后，接受到的是电流信号，故需要经过一个电阻的压降将其转化为电压信号，再经过放大后输出，才能得到较高的输出功率，驱动扬声器发出合适的声音。

利用LM386，可以得到50～200的增益，足以驱动喇叭得到所需功率。

原理框图：

信号源（KD-9300音乐芯片）

↓

光的调制与发射（发射电路）

↓

光的接收与调解

↓

接收电路（LM386）

↓

输出信号（喇叭、示波器）

五、各部分电路电路图

1、信号的产生

该图为KD-9300音乐芯片的电路。

2、红外光发射电路

这是一个共发射集放大电路，调整基极偏置，当输入模拟信号，晶体管集电极电流随模拟信号强度变化而变化，于是，LED的输出光功率也随模拟信号而变化。

实验中采用此电路的改进形式，电路采用5V直流工作点，设计Rb1=2KΩ，R2=2.7KΩ。

发射端与信号源之间接一个隔值电容Cb=10uF,由于LM386的增益可以达到200，由于本实验要求ICQ要达到20mA左右，由R1和R2偏置计算可知射极所接的电阻为几十欧左右，实验中设计为Rs1=20Ω，Rs2=51Ω，并且在Rs2上并联一个隔直电容Cs为100uF。

所以本段电路中的参数为：

Rb1=2KΩRb2=2.7KΩCb=10uFRs1=20ΩRs2=51ΩCs=100uF

3、红外光接收电路

图中的接收管将光信号转换成电信号。

用运放LM386实现红外接收放大电路。

运放LM386的端口接法如图所示。

六、功能的实现及数据的测量

本次实验电路可分为三个部分：

音乐芯片电路，红外光发射电路，红外光接收电路。

发射板部分，主要对静态工作点进行调试，使红外管有合适的驱动电流。

可以按照一般的三极管放大电路的调试方法来调试静态工作点，保证红外管得到足够的驱动。

然后进行交流调试，将信号发生器产生的正弦信号接入输入端，用示波器同时监测输入输出信号（输出信号取自发光管所在支路）。

保证输出信号无失真并有一定的放大。

接收板部分，主要调节放大倍数，所以必须进行增益调节，试验中调节电位器使增益达到200以上。

在分级调试完成的基础上进行整机调试。

接好直流电源，用由信号发生器产生的单一频率正弦信号来测试。

将1KHZ的正弦信号接到前级输入端，将光接收管朝向发光管的方向，用示波器监测后级输出端的信号，保证输出信号无失真且有足够的放大倍数，如果达不到标准，应仔细检查电路，并继续调试。

必要时要分级重调，更改元器件参数，调整布局，直至达到标准为止。

实验的提高要求为传送声音信号。

所以要焊接音乐芯片。

按照电路图焊接并连接好芯片电路。

先直接将芯片电路与小喇叭连接，看其能否正常发声（注意直流电源为3V，过大会烧毁芯片和喇叭）。

然后将芯片电路的信号输出接至前级输入端，小喇叭接至后级输出端，如果能听到清晰响亮的音乐声，则实验成功。

否则要仔细检查电路重新调试。

通过三部分电路的配合，最终可以实现音乐信号的传输，并通过喇叭将声音播放出来。

而由于信号的强弱还与发射管，接受管所处位置（角度及距离）有关，所以实验时如果角度选择不当，很有可能导致接收板接受不到信号或信号很弱，而当发射与接收电路相距较远时，接收到的信号也会比较弱，所以实验过程中还要注意角度与距离的选取。

系统调制原则：

根据电路原理先调制各部分电路，然后再整机调试。

（1）测量出红外发射驱动电路的输出波形和红外管中的电流；

（2）测试接收板电路的输出波形；

（3）整机调试。

完成功能：

本实验完成了音乐芯片信号的传送，红外通信传送距离5米左右不失真。

主要测试数据：

f=1KHzUe=1.96V

ICQ=IEQ=27.7mA

ICQ的测量方法：

用电压表测量射极电阻两端的电压，然后求出IEQ的值。

IEQ约等于ICQ。

LM386的增益测量：

Ui=20mVUo=4.1V

Au=Uo/Ui=205

LM386的增益测量方法：

将接收管与LM386连接的电路断开，用函数信号发生器产生的信号代替接收管接收到的信号，分别测出输入和输出信号的幅度，计算出LM386的增益。

发射板波形：

发射板信号无失真，并实现了信号的放大，由于在信号输入端接入了10uf的电解电容，故信号只有一半通过。

接收板无负载的波形：

当输入20mv的型号时，输出信号为4.1V，增益为205

七、故障及问题分析

1、整体调试时，后级接收不到信号或信号很弱。

原因是前级电路对红外管的驱动能力不够，发光管发射功率不足。

提高驱动电流，使发光管发射功率增大。

2、接收板放大存在失真。

原因是电位器阻值不合适，以及导线布局不够合理，在重新将导线布局并调整了电位器的阻值后，接收板课实现无失真的放大，并使增益达到了205。

3、在实现音乐片信号的传输时，接收板喇叭噪声过大。

原因是元器件的布局不够规，以及无去耦电容，重新对元器件进行布局，并在电源端增加了去耦电容，提升了接收板的性能，并降低了噪声。

八、实验总结

本实验可分为三部分，分别为音乐芯片实现信号的产生，红外发送板实现信号的发送，红外接收板实现信号的接收并通过喇叭使信号无失真的播放出来。

本实验总体上可实现信号的传输，但必须将发送管与接收管固定到某一角度才能使传输的信号很强。

本次试验可分为3个阶段：

第一阶段相对顺利，将发射板顺利搭完，测出ICQ=27.7mA，符合设计。

第二阶段将接收板搭完，在测接收板的增益时遭遇了一些问题，第一次测量无负载输出波形存在失真，调整了导线的位置并减少了导线的数量，然后重新调整了元器件的位置，才让输出波形不存在失真，然后继续调整电位器，使增益达到要求205。

第三阶段，调测音乐芯片，并将音乐芯片连入发射版，进行红外线通信接收系统整体调测，在调测过程中，音乐芯片曾出现不发声的问题，经检测是焊接存在虚焊处，音乐芯片调试好后，将发射板与接收板连上电源，进行整体调测，整体调测花费的时间最多，出现了许多问题，如喇叭存在噪声，无法实现传输等种种问题，然后对电路板进行仔细的检查，并调整好元器件的位置，特别是发送管与接收管，将发送管与接收管调整到水平的位置，以方便传输，经过多次的多级调整，实现了信号的传输，并降低了噪声。

第一次做电子电路综合实验，总体来看本次试验还算顺利，期间遇到一些问题并顺利解决，本次试验锻炼了我自己调试电路的能力，

加深了我对红外通信原理的理解，并深刻认识到从理论到实践还需要很长的一段路要走，总而言之，此次试验收获颇丰。

9、PROTEL绘制的整体原理图

发射板原理图：

发射板PCB图：

发射板实物图：

接收板原理图：

接收板PCB图：

接收板实物图：

十、使用仪器及元器件清单

仪器：

函数信号发生器

示波器

直流稳压电源

万用表

面包板

元器件：

　　1、KD-9300音乐芯片1个

2、红外发送管1个

3、红外接收管1个

4、LM386N-11个

5、10KΩ可变电阻器1个

6、喇叭1个

7、电阻（10Ω、20Ω、51Ω、2KΩ、2.7KΩ、33KΩ）各1个

8、电容（0.01μF1个，0.047μF1个,10μF1个）

9、电解电容（0.01μF，10μF2个,47μF、100μF、220μF各1个）

十一、参考资料

电子电路综合设计实验教程