全国大学生电子设计大赛a文档格式.docx

1、一 _理算1通信方案确分析 与计 4原析 42.转 发 器 效 率 提 高 的 方计 61.发 射 端 单 元 设计 72.接 收 端 单 元 设计 83.总 设 计图 8四八 测 试 方 案 与 测 试 结果 91.测 试 方案 92.测 试 数据 93.测 试 结 果 分析 9五 结论 9参 考 文献 10附录 -10附 1 : 器件清单及详细参数 10附 2 : 仪 器 设 备 清单 11路 1113一 方案的选择与论证1.整体方案选择方案一：语音作为模拟信号，以At89c52单片机为核心基础的数字转化语音处理，传 递，因受到语音识别时间长，失真度大，此种方法对我们来说实现起来比较困难。

2、方案二：以所学模电与数电知识为基础，实现起来比较容易，连接线路方便简洁，使电 路简单明了，而且处理以语音输入的信号比较方便，失真度比较小。所以我们选择方案二作为红外光通信装置的实现方式。2 信号的采集以耳麦直接采集语音作为信号的输入，由于个人问题，区域问题，语音音量问 题造成釆集到的信号断断续续，音质不好，影响实验结果，失真度明显。以MP3作为信号的输入，音质好，音量大小可调，可以持续输出,对实验结果的影响较小。所以我们选择方案二作为我们的信号采集源3.音频放大芯片的选择运用普通芯片（例LM358取得的放大效果不太好，而且失真度比较 大，不适 于音频放大。LM386是一种音频集成功放，具有自身

3、功耗低、更新内链增益可调整、电源 电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音 机之中。所以我们选择方案二作为我们后续电路的音频放大电路。4 总方案确定经过以上论证我们确定总体设计方案框图如下:1 理论分析与计算1通信原理分析红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体。发送端将基带二 进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的 光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数 字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信 号调制的脉宽调制（PWM和通过脉冲串之 间的时间间隔来实现

4、信号调制的脉时调制（PPM两种方法。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进 行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。具有以下特点：（1）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换 实现无线的数据收 发；（2） 主要是用来取代点对点的线缆连接；（3） 新的通讯标准兼容早期的通讯标准；（4） 小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直 线数据传输， 保密性强；（5）传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。2.转发器效率提高的方法压缩数据，调制信号，增大光脉冲幅度把模拟信号转化数字信号，有选择地对某些信号转

5、发，而对其他信号屏蔽，这样就避免了 转发器之间互相转发和任意信号源都转发的混乱现象，保证了信号转发的准确性，提高转 发器的效率。3.电路设计1.发射端单元设计C1是发射器的核心；当伴音信号加在图2中的A、B点时，经耦合电容C1 （4.7卩）的隔直作用后会在8050的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，在由8050的放大作用，驱动两红外发光管。使其对音频信号的幅度大小同步调制，转变为红外信号发送出去。由于每只红外发光管的正向压降均为1. 15V,发射功率都小于100mW,将两只红外管进行串联的目的在于提高红外线的发射功率。此外，由丁红外发光管的辐射角度有限，因此在设计电路板时需将作用区有脅加地

6、排列。发射端图如下:2.接收端单元设计接收器山光电转换、电源、耳机插孔及音频放人器I丿L|大部分组成，接收器电路 所示。经调制的红外信号苻先被红外光敏管接收并转换为变化规律和音频信号 相同的电信号，相当于经过耦合电容 C2 （0. 22卩）隔直作用后，再由LM386放大后再由路解调并还原为音频信号。接收部分原理图如下图所示。J 3QX jWJICiMKJNCwrgeHU MT3 总设计图电路仿真图如下：叹tecC1Q左为发射部分电路原理。鉴频后的音频信号经二极管VT8050放大后推动红外发射管。由于发射管的发射强度与通过其电流成正比，所以VD1 VD2所发出的红外光，便受到音频信号的调制。为了

7、防止失真， VD1VD2要设一定的偏置。右是接收部分原理图。其电路采用一块音频放大集成电路LM386 VD为红外线接收管。当被音频信号调制的红外光照射到 VD时，在其两端产生一个与音频信号变化规律相同的电信号，经 C1耦合至IC,进行放大。由于IC具有功率放大作用，所以可同时供1-4副耳机收听。4.调试将发射器与接受器的电子元器件两块印刷电路板上，安装时调节发射部分三极管 VT1的静态电流在30mA左右，接收部分只要安装无误，不需要调试即可工作。发射管的排列图红外线发光二极管在安装时，要考虑其辐射区范围，由于红外发射管的辐射角一般 在60度左右，所以安装时要使它们的辐射空间范围有一部分重叠，如

8、图所示。发射部分、接收部分经调试后，都没有出现什么错误，即可发射音频信号并在3米远处接收到信号，只是接收到的信号声中有一些杂音。另外，调试的过程中还发现，在使用该音频信号红外转发器时最好将日光灯 关闭，否 则可能会有干扰杂音出现。4.测试方案与测试结果1.测试方案a.发射端输入语音信号改为800Hz单音信号时，在8Q电阻负载上，接收装置输出电压 有效值。b.不改变电路状态，减小发射端输入信号至 0 V,采用低频毫伏表（低频毫伏表为有效值显示，频率响应范围低端不大于 10Hz、高端不小于1MHZ测量此时 接收装置输出端噪声电压读数。2 测试数据a.基本要求部分：1.0. 58V0. 4V,符合要

9、求。2.0. 046W0. IV,符合要求。b.发挥部分（中继转发节点）:1.1.48V2.0. 63V0. IV,不符合要求。注：篇幅限制，数据均为多次测量求平均值3、测试结果分析a.基本要求部分完全符合题目要求，传输语音音质清晰动听，噪声低，有效距离达至 3m,且有指示灯显示当前接通状态，通则亮，不通则不亮。b.发挥部分的中继转发节点有一数据不符合要求，输入信号的幅度降至 0V,接收装置输出端噪声电压大于要求的 0.1V,噪声还是比较大，经分析应该是中转将衰弱的信号增强同时，也将噪声同时放大，噪声、语音叠加才会出现这个结果。不过语音无明显失真，依然清晰可闻。五、结论由于系统架构设计合理，功

10、能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好 地达到了 题目要求的大部分指标。参考文献：1.黄智伟常用电路模块制作北京：航天航空大学出版社20112.刘征宇电子设计实战攻略福建：科学技术出版社20053邱关源电路北京：高等教育岀版社20084.康华光陈大钦北京：高等教育出版社19875.李清泉红外线转发器的制作J 家用电器科技，1995. 3附录:附1：器件清单及详细参数：1.旁路电容C3 （0. OluF）发射部分用到的元器件及相关参数 耦合电容 Cl（4. 7uF） C2（100uF）偏置电阻R（310）电阻R2（100）三极管VT8050发射管VD1和VD2三极管VT应选用8050中功率管，

11、PCM=300mW, ICM=500m； R2的功率不 小于1/4W;因为调试时是要求三极管VT的静态电流为30mA左右的，则R1应选用可调电阻; 红外发射管的辐射角一般在 60度左右，所以安装时要使它们的辐射有一部分重迭。2.接收部分用到的元器件及相关参数电阻 Rl （510K）电阻 RV （100K）C1 （0. 22uF） C2（10uF） C3（100uF）旁路电容C4（0. luF） 耦合电容C5（100uF）电容 C6（0. luF）电容 C7（100uF）音频放大集成电路LM386接收管VD因为电子元器件中没有电阻为620 K的电阻，所以在焊接电路时要用到将 电阻分别 为550K

12、的电阻和100K的电阻串联以构成620K的电阻；VD为红外线接收管，它不能用 光二极管，以防止可见光干扰影响接收的效果；此外应选用音频放大集成电路LM386以 实现音频信号的转化。附2:仪器设备清单1.数字万用表2.可调电源3.低频毫伏表4信号发生器5.扬声器附3:电源电路可调电源原理图匚T正负6V电源原理仿真图附4:LM386引脚图及相关说明LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式LM386的功能LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外 接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386的引脚图图中引脚2为反相输入端，3为

13、同相输入端，引脚5为输岀端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端。如果在对增益要求不高时它可直 接去掉，此时的 增益内置为20.LM386电源电压4- 12V,音频功率0. 5W, LM386音响功放是由NSC制造的，它 的电源 电压范围非常宽，最高可使用到15V,消耗静态电流为4niV当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW勺功率。它的典型输入阻抗为 50K.2 6电源LM386内部电路原理图它是一个三级放大LM386内部电路原理图如上图所示。与通用型集成运放相类似,电路。第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大 管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号 从管的基极输 入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使川镜像电