红外通信收发系统的设计北京邮电大学模电实验.docx

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红外通信收发系统的设计北京邮电大学模电实验

北京邮电大学

电子测量与电子电路的实践

红外通信收发系统的设计

学院：

电子工程学院

班级：

    2011211208    

姓名：

被偷吃的巧克力

学号：

    2011XXXXXX

班序：

一、课题名称……………………………………………………3

二、摘要和关键词  ……………………………………………3

三、设计任务要求  ……………………………………………3

四、设计思路、总体结构框图  ……………………………3

五、分块电路和总体电路的设计过程  ……………………4

六、所实现功能说明………………………………………8

七、故障及问题分析…………………………………………9

八、总结和结论…………………………………………10

九、PROTEL绘制的整体原理图 ……………………………11

十、所用元器件及测试仪表清单 …………………………12

十一、参考文献 ……………………………………………13

1.课题名称

红外通信收发系统的设计

2.摘要和关键词

2.1摘要

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

本实验通过一个基本放大电路作为发送调制电路，将音频信号放大后，通过发送管将音频信号发送出去；通过一个功率放大电路作为接收电路，把接收管接收到的音频信号进过放大后，通过小喇叭播放出来。

2.2关键词

红外通信LED发送接收调制

3.设计任务要求

设计实现一个简单的红外光通信收发系统，能够实现对信号的发射与接收。

3.1基本要求

（1）设计一个正弦波振荡器，f>=1kHz;U>=3V；

（2）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的发送端得输入信号，在接收端可接收到无明显失真的该输入信号；

（3）要求红外光通信收发系统接收端的增益为G=200；

（4）利用protel制作简单的PCB版；

3.2提高要求

（1）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。

（2）探索其他红外光通信收发系统的应用实例，数字调试的解决方案，给出应用方案。

4.设计思路、总体结构框图

4.1设计思路

由音乐芯片产生的乐曲，通过发送系统进行驱动放大和调制，由LED发射管送出，在一定的距离范围之内，通过LED接收管接收到发送管发送的音乐信号，通过接收系统对信号进行检测和放大，在输出端连接一个喇叭，将乐曲信号无失真的播放出来，从而来完成整个红外通信系统的收发。

4.2总体结构框图

红外数据传输，使用传输介质——红外线。

红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线。

一个简单的光通信收发系统如图所示：

本实验主要由信号产生电路、发射系统和接收系统三个模块构成。

产生的信号由发送系统转化为光信号进行发送，通过接收系统检测光信号并将其放大后转化为电信号。

具体原理如下图所示：

5.分块电路和总体电路的设计过程

5.1红外发送电路

该模块的设计原则主要考虑红外发送管的工作电流。

若电流过小，则传输距离短；若电流过大，则容易毁坏发送管。

电路采用5V的工作电压，受红外发送管的额定电流限制，Icq要小于50mA。

电路由共射极放大电路组成，Rb1和Rb2用于调整基极偏置，并且提供3V的电压给音乐芯片作为电源电压。

晶体管集电极电流随音乐模拟信号的变化而变化，故LED1的输出光功率也随模拟信号而变化。

也就是将音乐信号转换成了光信号。

通过multisim仿真，得到:

LED两端电压峰峰值约为670mv，相位与输入信号相差π；

实物连接图如下图：

5.2红外接收电路

红外接收管是接收电路的关键器件，其作用是将光信号转换成电信号。

红外接收管都是光敏二极管，普通灯光也会对其造成一定程度的影响。

为了获得更好的效果，还要在信号输出端加入高通滤波器，消除恒定的外接低频信号的干扰，这样的接收效果和灵敏度将显著提高。

利用音频功率专用放大器LM386，可以得到50-200的增益，足以驱动0.8W的小喇叭，用于音乐信号的接收。

实物连接图如下图：

5.3音乐芯片LX9300

LX9300的连接方式如下图所示：

（电源电压为3V）

6.所实现功能说明

6.1已完成的基本功能和扩展功能

（1）将函数发生器的输出信号作为红外光通信收发系统的发送端得输入信号，在接收端接收到无明显失真的该输入信号；

（2）将正弦信号作为接收端的输入信号，通过LM386进行放大，通过调节电位器的大小，可以调节增益的大小，并且在输出端测到无失真的放大后的正弦信号，并测得放大倍数最大约为175倍；

（3）将音乐芯片作为发送端的输入信号，在传送距离为四张试验台的时候，在接收端的喇叭能发出优美动人的音乐声。

6.2主要测试数据

在接收电路输入端送入峰峰值为20mV的正弦波，在输出端可以测到峰峰值为3.5V的正弦波，增益为175，如下图所示：

6.3必要的测试方法

（1）按要求和电路图组装好接收与发射电路；

（2）将发送电路输入端的音乐芯片用一个大电阻代替，并且在其两端加一个正弦波；将接收电路的喇叭用一个电阻代替，用示波器测其两端的输出波形，并与输入波形进行比较；

（3）将接收电路输入端的LED2接收管用一个适当阻值的电阻代替，并在R1=33k欧的电阻两端加上Vpp=20mV的正弦小信号；将接收电路输出端的喇叭用一个适当阻值的电阻代替，并测量其两端的波形，调节电位器的旋钮，将输出波形与输入波形进行比较，计算其放大倍数；

（4）将音乐芯片接在发送电路的输入端，发送管接在发送电路的输出端，接收管接在接收电路的输入端，喇叭接在接收电路的输出端，打开电源，调节电位器的大小，调整发送管和接收管的空间位置以及方向；

（5）不断增大两块面包板的距离，并且调节他们之间的角度，发现在较大范围内，小喇叭均能播放优美的音乐，即红外通信功能实现；

7.故障及问题分析

7.1遇到的问题分析

（1）接收电路三极管的发射极电位高于集电极电位；检查过电路后发现，地线的导线内部金属断开，更换后问题得以解决；

（2）电路连接正确，当有大电阻如人体和电压表并联在3K欧的电阻两端时，喇叭正常发声，当不并联大电阻时，喇叭不正常发声；问题原因：

电源电压不够稳定，音乐芯片偏压过高，稍微减小电源电压至4.9V，喇叭正常发声；

（3）电路连接正确，喇叭不正常发声；问题原因，音乐芯片坏了，重新焊接一个音乐芯片，正常工作。

7.2故障分析

（1）喇叭不发声或者白噪声：

检查音乐芯片是否烧坏，电源电压及偏置是否合理；

（2）喇叭声音不完整：

调节电位器，减小增益倍数；

（3）喇叭杂音过大：

调节电容或增加电容，并减少非信号光的干扰；

（4）示波器不显示波形：

检查是否开启电源，示波器的线是否接触良好，示波器的调整是否正确；

（5）增益达不到150以上：

更换电位器，检查运放是否正常工作。

7.3检错方法

（1）检测发射电路是否正常工作：

如音乐芯片是否正常工作，电路是否搭建正确，元器件是否可工作，可以用发光二极管代替LED发射管，若能看到发光二极管亮度变化，即发射电路搭建基本正常；将喇叭代替LED发射管，若能听到优美动听的音乐，证明音乐芯片和发射电路均没问题；

（2）检查接收管是否接收到发射管传来的信号：

在电路不能正常发声的时候，检测是否是因为这部分出现问题，可以用手或者物体遮挡接收管，如果喇叭噪声改变，则说明发射管与接收管应该没问题；

8.总结和结论

8.1实验结论

通过红外通信收发电路，可以做到信号的无线传输。

8.2实验总结

本实验原理清晰，电路结构也比较简单，一个放大电路将信号发送出去，另一个放大电路将信号接收并放大输出。

由于试验箱中的器件不是很完美，导致元器件容易损坏，电路连接正确的情况下也很有可能出现错误，使得实验时间大大增加，这对我们对实验的调试能力有较高的要求；实验中器件存在的问题提高了我们排查错误的能力，对于某些错误能够快速检查出是那一部分器件出问题，增加了我们动手的经验。

本实验较为关键的一点是在于调节发送管的电流，较小则传输距离短，较大则容易烧坏发送管。

8.3实验改良

（1）在功放前加一级共射放大电路，可以很大程度上提高增益倍数；

（2）发送管和接收管之间的空间不放置元器件，可以减少噪音；

9.PROTEL绘制的整体原理图

9.1发送电路：

布线方式：

自动布线

9.2接收电路：

布线方式：

手动布线

10.所用元器件及测试仪表清单：

10.1测试仪表

函数信号发生器，示波器，毫伏万用表，直流稳压电源

10.2所用元器件表

序号

元器件名称

数量

序号

元器件名称

数量

1

10欧电阻

3

12

10K欧姆电位器

1

2

50欧电阻

1

13

100K欧姆电位器

1

3

2K欧电阻

1

14

8050NPN三极管

1

4

3K欧电阻

1

15

LM386运算放大器

1

5

33K欧电阻

1

16

LX9300音乐芯片

1

6

10uF电解电容

2

17

303LED发送管

1

7

47uF电解电容

1

18

302LED接收管

1

8

100uF电解电容

1

19

发光二极管

1

9

220uF电解电容

1

20

喇叭

1

10

0.01uF片电容

1

21

面包板

2

11

0.047uF片电容

1

11.参考文献

[1]电子测量与电子电路实践.北京：

北京邮电大学电路实验中心2012年10月

[2]刘宝玲等.电子电路基础.北京：

北京邮电大学出版社