红外收发通信系统的设计与实现实验报告.docx

红外收发通信系统的设计与实现实验报告.docx

《红外收发通信系统的设计与实现实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外收发通信系统的设计与实现实验报告.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

红外收发通信系统的设计与实现实验报告

北京邮电大学

实验报告

实验名称：

红外通信收发系统的设计与实现

学院：

信息与通信工程学院

班级：

2009211126班_________

姓名：

丁俊文_________

学号：

09210704_____________

日期：

2010年5月

索引

一、报告概要2

1、课题名称2

2、报告摘要2

3、关键字2

二、设计任务要求2

三、所用元器件及测试仪表清单3

四、设计思路与总体结构图3

五、分块电路和总体电路的设计3

1、语音信号的设计方案………………………………………………………………………………………………….………….3

2、红外光发送模块的设计方案………………………………………………………………………………………………….3

3、红外光接收模块的设计方案…………………………………………………………………………………………………..4

4、高通滤波器……………………………………………………………………………………………………………………………..5

5、功率放大器5

六、电路所实现功能和实际测试数据6

七、故障及问题分析6

八、实验总结与结论6

九、PCB板图7

十、参考文献8

一、报告概要

1、课题名称

红外通信收发系统的设计与实现

2、报告摘要

本实验采用计算机辅助设计的方法，分析并设计了红外通信系统的发射电路与接收点路，实现了红外信号的无线传输等功能。

报告中首先给出设计目标和电路功能分析，然后讨论各级电路具体设计和原理图，后给出了实际搭建电路测试的数据及分析，最后总结本次实验并给出了PCB板图。

3、关键字

红外发射与接收

二、设计任务要求

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输入信号；

3）要求接收端LM386增益设计G=200；

4）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）；

2、提高要求：

利用音乐芯片产生乐曲，调制LED后发出，接收端接送信号利用喇叭将信号无失真的播放出来。

3、探究环节：

探究其他红外收发系统的应用实例，数字调制的解决方案，给出应用方案。

三、所用元器件及测试仪表清单

电路元器件

测试仪器

集成运算放大器LM386（1个）

音乐芯片KD9300（1个）

发光管302、接收管303

可变电阻器（10k、100k）

面包板（2个）

电阻电容若干

导线若干

二极管若干

其他

直流稳压电源

函数信号发生器

万用表

示波器

晶体管毫伏表

四、设计思路与总体结构图

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。

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内的近红外线，波长在0.75-25um之间。

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有相同之处的，唯一重要的差别就是它们二者所采用的传输媒质不同，一个是大气，一个则是光纤。

一个简单的光通信收发系统如图

（一）所示：

当然整个商用的红外光通信系统是相当复杂的，这里我们只考虑最基础最必要的部分来完成红外通信收发系统的设计。

五、分块电路和总体电路的设计

１、语音信号的设计方案

（a）、直接采用信号发生器来产生单音频信号。

（b）、利用RC振荡器设计和搭建一个振荡信号，如下图所示：

（c）、利用LX-9300系列芯片构成音乐集成电路，发出电信号，如下图所示：

２、红外光发送模块的设计方案

设计原则主要是考虑红外发送管的工作电流，电流过小，传输距离短，电流过大容易毁坏发光管。

在本系统中，红外光发送模块的电路图如下所示：

上图是最简单的模拟驱动电路，这是一个共发射极的放大电路，调整基极偏置，但输入模拟信号，晶体管集电极电流随模拟信号强度的变化而变化，LED的输出光功率也随模拟信号而变化，从而可以将输入信号发送出去。

３、红外光接收模块的设计方案

其中，光电检测器是光接收机的第一个关键部件，其作用是将光信号变换成为电信号，在本系统中采用光电二极管302。

红外光接收模块的电路图如下所示：

４、高通滤波器

红外接收的二极管是光敏二极管，普通灯光也对其有一定程度的影响，为了获得更好的效果，在输出端加了一个HPF，消除恒定的外接低频信号的干扰，这样接收效果和灵敏度都得到了显著的提高。

５、功率放大器

接收电路接收到的信号很微弱，不足以驱动1W的小喇叭，从而在小喇叭之前利用了音频功率专用放大器LM386，这样可以得到50~200的增益，以便驱动小喇叭。

六、电路所实现功能和实际测试数据

１、调试发送电路。

通过测试，红外发射驱动电路中红外管的电流为30-40mA之间。

２、调试接收电路。

去掉红外管，在输入端加一个正弦小信号，用示波器同时观测输入信号

　　和输出信号，在信号不失真的前提下，可以测试得到放大增益为50-200倍。

３、整机调试。

将9300A芯片中的音乐信号作为输入信号，发送电路中的二极管对准接收电

路中的二极管，在一定的距离之内，能在喇叭中听到无噪声的单音三声门铃。

从而实现了信号的无线传输。

七、故障及问题分析

主要存在两方面的问题比较突出：

1信号失真

主要是由于接收装置自己产生的失真以及发送过程信号发生失真。

对于前者，我们发现噪音主要是高频信号，所以我们在喇叭两端接入了低值电容。

对于发送过程失真，我们对电位器进行电阻调节，知道输出不失真。

2送距离偏短问题设置问题

经上网了解，红外发送管302的正常发送距离超过10米，但是我们的系统距离最多没有超过1.5米，对于这个问题，我们主要从增加发送端的功率考虑，有以下几个方式：

增加发射电路的电路至7V；利用两个发送管并联以增大发射功率。

对于接收端，我们也可以在不产生明显噪音的情况下增大33k电阻。

八、实验总结与结论

1.红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。

它一般由红外发射和接收系统两部分组成。

发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。

2.通过这次红外通信系统的设计与实现，我掌握了简单的红外光通信系统的组成和设计原理，掌握了通信电子系统方案设计、电路设计的方法。

通过搭建实际电路，提高我的动手能力以及发现问题的能力。

实验中也遇到了一些困难，信号传输时遇到了失真，分析原因很可能是电阻出了问题。

我又万用表重新测量了电阻值，发现有的电阻测量值与色环标称值存在较大误差，而我在接电路的过程中我全部通过读色环来识别电阻的，测量一遍后将较大误差的电阻更换成设计值。

连接好电路测量，适当调整接收端的变阻器数值，接收端最终得到了完美的无失真的正弦波形。

3.通过查阅资料，我知道了红外通信系统还可以用于其他领域，比如：

在机场和饭店等地点使用步行传真机和打印机，在这些地方利用红外技术，掌上计算机用户可以利用这些外设而勿需电缆。

银行的ATM（柜员机） 也可以采用红外接口装置。

　 　预计在不久的将来，红外技术将在通信领域得到普遍应用，数字蜂窝电话、寻呼机、付费电话等都将采用红外技术。

红外技术的推广意味着计算机用户不用电缆连接的新潮即将到来。

九、PCB板图

发送端PCB图以及其3D效果图

接收端PCB图以及其3D效果图

图14.Protel生成的PCB

十、参考文献

[1]电子电路综合设计实验教程，北京：

北京邮电大学电路中心，2010

[2]陈怀琛等.Matlab及在电子信息课程中的应用（第三版），北京：

电子工业出版社，2006

<实验报告结束>

[3]刘宝玲等.电子电路基础，北京：

高等教育出版社，2008