電子設(shè)計(jì)-紅外無(wú)線耳機(jī)報(bào)告

1、電子設(shè)計(jì)-紅外無(wú)線耳機(jī)報(bào)告合肥學(xué)院第六屆電子設(shè)計(jì)大賽電子設(shè)計(jì)紅外無(wú)線耳機(jī)摘要紅外線是太陽(yáng)光線中眾多不可見(jiàn)光線中的一種，由德國(guó)科學(xué)家霍胥爾于 1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射，他將太陽(yáng)光用三棱鏡分解開(kāi)，在各種不同顏色 的色帶位置上放置了溫度計(jì)，試圖測(cè)量各種顏色的光的加熱效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 位于紅光外側(cè)的那支溫度計(jì)升溫最快。因此得到結(jié)論：太陽(yáng)光譜中，紅光的外 側(cè)必定存在看不見(jiàn)的光線，這就是紅外線。也可以當(dāng)作傳輸之媒界。太陽(yáng)光譜上紅外線的波長(zhǎng)大于可見(jiàn)光線，波長(zhǎng)為 0.75-1000 m紅外線可分為三部分， 即近紅外線，波長(zhǎng)為0.751.50 之間；中紅外線，波長(zhǎng)為1.506.0之間；遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為

2、6.01000 m之間。關(guān)鍵詞：紅外無(wú)線接收頻率適用距離1引言我們?cè)诳措娨暪?jié)目或播放影碟機(jī)時(shí)， 為了不影響家人的學(xué)習(xí)和休息，通常采 用耳機(jī)收聽(tīng)伴音。由于普通有線耳機(jī)的連接導(dǎo)線較短，使用者只能在距電視機(jī) 1m左右的近距離觀看節(jié)目，這對(duì)視力有一定的損害。被報(bào)告中的介紹的紅外無(wú) 線耳機(jī)，借助紅外線來(lái)實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的無(wú)線傳遞，使用者與電視機(jī)之間的距離 可拉開(kāi)2 -4m,還可以配用1-4副耳機(jī)供多人同時(shí)收聽(tīng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制作的 是一個(gè)紅外無(wú)線耳機(jī)，主要通過(guò)外無(wú)線耳機(jī)的發(fā)射電路，使用時(shí)將插頭XP插入電視機(jī)、收錄機(jī)的耳機(jī)插座內(nèi)，音頻信號(hào)通過(guò)XP經(jīng)電容C1耦合、三極管VT1放大，再由紅外發(fā)射二極管 VD1和VD

3、2向外發(fā)射載有音頻電波的紅外線。電路 裝成后適當(dāng)調(diào)節(jié)偏置電阻 R2,使流過(guò)VD1和VD2的靜態(tài)電流為10mA即可。1.1紅外無(wú)線耳機(jī)的原理該紅外無(wú)線耳機(jī)由紅外線發(fā)射電路和紅外線接收處理電路組成，紅外線發(fā)射電路由脈沖調(diào)制器和電流放大/紅外線發(fā)射電路組成，其中，沖調(diào)制器電 路由鎖相環(huán)集成電路IC 1和電阻器R1R8、電容器C1C4組成；電流放大 /紅外線發(fā)射電路由晶體管 V1、V2、電阻器R4 R5和紅外發(fā)光二極管 VL1 一 V13組成，如圖3-31所示。伴音信號(hào)（來(lái)自電視機(jī)音頻輸出插座）從 IC1的9 腳輸人，經(jīng)IC1內(nèi)部的VCO玉控振蕩器等電路調(diào)制處理后，從 4腳輸出一組振 動(dòng)頻率隨音頻信號(hào)

4、的幅度同步變化的調(diào)頻信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)V1、V2電流放大后，通過(guò)VL1 - V13變換為紅外調(diào)頻信號(hào)并發(fā)送出去（VL1 V L3的發(fā)光強(qiáng)度與音 頻信號(hào)的變化有關(guān)）。紅外線接收處理電路由光電轉(zhuǎn)換/放大電路、選頻放大電 路、解調(diào)器和音頻放大電路組成，其中，光電轉(zhuǎn)換/放大電路由紅外光敏二極 管VLS結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 VF、電阻器R10 R13和電容器C10 C12組成； 選頻放大電路由集成電路 IC2和電容器C13 C1又 電阻器 R9 R14R16電 感器L組成；解調(diào)器電路由鎖相環(huán)集成電路 IC3和電阻器R17 R19電容器 C18 C20組成；音頻放大電路由音頻功率放大集成電路IC4、電阻器R20電

5、容器C5 C9和耳機(jī)BE組成，如圖3-32所示。US接收VL1 VU發(fā)射的紅外線 信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為調(diào)頻電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)VF預(yù)放大、IC2選頻放大及IC3解調(diào)電子設(shè)計(jì)處理后，轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)。該音護(hù)信號(hào)從IC3的10腳輸出，經(jīng)IC4功率放大后， 推動(dòng)耳機(jī)BE還原出電視伴音信號(hào)。元器件選擇 R1 一 R4和R6 R20選用1/4W 碳膜電阻器或金屬膜電阻器；R5選用1/2W金屬膜電阻器。C1 一 C3 C5 C6 C11、C12 C14和C15均選用耐壓值為16V的鋁電解電容器；C4 C& CIO和C20 均選用高頻瓷介電容器；C7、C9、C13 C16 C19選用獨(dú)石電容器或滌綸電容 器。US選用

6、與紅外發(fā)光二極管配套的紅外光敏二極管。VLI 一 VU均選用HG302紅外發(fā)光二極管。V1和V2選2SC9453DG12OB型號(hào)的硅NPNft體管。VF選2SK117型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管.L選用磁心可調(diào)的電感器。IC1和IC3均選CD404卵鎖相環(huán)集成電路；IC2選用卜PC1373H集電路；IC4 選TDA2822 M功率放大集成電路。 BE選用阻抗為3251的監(jiān)聽(tīng)耳機(jī)。1.2設(shè)計(jì)方案無(wú)線耳機(jī)一般是指以紅外線傳輸信號(hào)的耳機(jī)系統(tǒng)，紅外耳機(jī)的工作頻率從幾 KHz到幾MHz有效距離大約10米，耳機(jī)要在可視范圍內(nèi)；無(wú)線耳機(jī)工作頻率 為 VHF 130MHz-200 MHz UHF 450 MHz -90

7、0MHz 大多數(shù)無(wú)繩耳機(jī)工作在 UHF 可傳輸范圍達(dá)100米，可以繞過(guò)障礙物。兩副或多副無(wú)線耳機(jī)可能會(huì)相互干擾， 而且還要注意的是無(wú)線耳機(jī)電池的使用時(shí)間，一般不應(yīng)低于8小時(shí)。我們這次設(shè)計(jì)的紅外無(wú)線耳機(jī)共分為兩個(gè)主要模塊：發(fā)射模塊和接收模塊。發(fā)射模塊發(fā)射電路附圖所示，它包含脈沖調(diào)制、電流放大及紅外線發(fā)射等部分電路。由鎖相環(huán)CD4O46勾成的壓控振蕩器（VCO是發(fā)射器的核心；當(dāng)伴音信號(hào)加在 附圖中的A點(diǎn)時(shí)，VCO勺輸出端會(huì)產(chǎn)生一組振蕩頻率隨音頻信號(hào)的幅度大小同步 改變的調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)紅外發(fā)光管轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外調(diào)頻信號(hào)發(fā)送出去 .附圖中的三極管VT1與VT2用來(lái)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管，如果沒(méi)有相同型號(hào)，也 可用常見(jiàn)

8、的C1815或9014代替，但管子的B值最好取得偏大一點(diǎn)。接收模塊接收器由光電轉(zhuǎn)換、脈沖放大、頻率解調(diào)及音頻放大四部分組成， 接收器電 路如附圖所示。經(jīng)調(diào)制的紅外信號(hào)首先被紅外光敏管接收并轉(zhuǎn)換為調(diào)頻電信號(hào)， 經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管2SK117預(yù)放大，仙PC1373H頻、放大后再由CD404幽成的鑒相 電路解調(diào)并還原為音頻信號(hào)。接收與發(fā)射電路中兩只 CD4046的中心頻率均為45kHz,故R7與R17； R8與R1& C4與C24的參數(shù)必須嚴(yán)格對(duì)應(yīng)相等。驅(qū)動(dòng)紅 外發(fā)光管的三極管 VT1與VT2均工作在放大狀態(tài)，其 VBE勺0.6V; VT1與VT2 也可用9013替換，但管子的B應(yīng)大于100。發(fā)射電路的電

9、源在圖中沒(méi)有標(biāo)出， 制作時(shí)可用LM7806急壓后獲得。每只紅外發(fā)光管的正向壓降均為1.15V,發(fā)射功率都小于100mW將三只紅外管進(jìn)行串聯(lián)的目的在于提高紅外線的發(fā)射功率。 此外，由于紅外發(fā)光管的輻射角度有限，因此在設(shè)計(jì)電路板時(shí)需將三只管子錯(cuò)電子設(shè)計(jì)開(kāi)45排列。紅外光敏管只有被加上合適的反向電壓才能正常工作，因此在電 路安裝時(shí)必須注意檢查紅外光敏管在電路中是否反接。接收電路采用電池供電， 對(duì)功放TDA2822M進(jìn)行橋接正是為了降低整機(jī)功耗。 電感L10可在工字形中周骨 架上用小0.06的漆包線密繞150匝后裝上磁帽及屏蔽罩制得。紅外發(fā)光管與紅 外光敏管容易損壞，它們的具體參數(shù)如附表所示。紅外無(wú)線

10、耳機(jī)的發(fā)射器不需 要調(diào)整即可正常工作。在對(duì)接收器進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，我們可先把彩電遙控板對(duì)準(zhǔn)接收器并隨意按下任一 鍵，監(jiān)瞞耳機(jī)中是否有響亮的“嘟嘟”聲；然后再把接收器對(duì)準(zhǔn)發(fā)射器，用無(wú)感螺絲刀反復(fù)調(diào)節(jié)電感L10中磁帽的位置，直到伴音信號(hào)清晰宏亮而噪聲最小 時(shí)用高頻蠟將磁帽固定，調(diào)試即告完成。如果感覺(jué)耳機(jī)中的伴音干澀、音質(zhì)不 佳時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整阻尼電阻 R16的阻值；如果接收器的頻帶過(guò)窄，可以將 R7與 R17分別開(kāi)路試試。傳統(tǒng)耳機(jī)的平面結(jié)構(gòu)圖（見(jiàn)附圖）其中的連線很容易遭到破壞，送一無(wú)線耳機(jī)的產(chǎn)生已經(jīng)不可避免成為一種趨勢(shì)了，目前2聲道的音頻數(shù)據(jù)流并不需要紅外線那么大的帶寬發(fā)射器的功耗比較大。這一點(diǎn)直接限制了

11、紅外線耳機(jī)不能自帶麥克風(fēng)。（因 為耳機(jī)帶麥克風(fēng)，便需要在耳機(jī)上集結(jié)一個(gè)發(fā)射器，從目前的電池技術(shù)來(lái)看， 將大大的降低紅外線耳機(jī)的實(shí)用性。目前大部分產(chǎn)品的使用距離在 7米以內(nèi)。由于紅外線無(wú)線耳機(jī)的缺點(diǎn)限制，目 前紅外線耳機(jī)一般集中應(yīng)用在電視耳機(jī)這個(gè)方向上。產(chǎn)品多以中高端產(chǎn)品為主， 在音頻信號(hào)和信噪比方面，紅外線耳機(jī)依然有一定的優(yōu)勢(shì)。但這些優(yōu)勢(shì)對(duì)比飛 速發(fā)展的2.4G耳機(jī)正在慢慢的消失，目前紅外線耳機(jī)總的趨勢(shì)是逐步消亡，所 以發(fā)展，新型的紅外無(wú)線耳機(jī)已經(jīng)迫在眉睫紅外無(wú)線耳機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)我們選用C8051F005單片機(jī)作為系統(tǒng)的MCU該款MCUH介比高，不僅滿足 系統(tǒng)的所有要求，而且價(jià)格適中。C8051F

12、005單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU芯片，有一個(gè)真正的12位多通道 ADC具有32K的ROM 256個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM以及2K的片外RAM 具有很高的可擴(kuò)展性。紅外無(wú)線耳機(jī)的調(diào)試紅外線無(wú)線耳機(jī)SH-IR系列功能簡(jiǎn)介和技術(shù)參數(shù)發(fā)射機(jī)有音頻輸入時(shí)把電 源打開(kāi)，沒(méi)音頻輸入時(shí)把電源關(guān)掉，并有電源指示燈，接收機(jī)有電源指示燈和紅 外指示系統(tǒng)制式：紅外線工作模式：立體聲發(fā)射功率：10mW發(fā)射載頻：有效接收距 離:S/N:65dB耳機(jī)頻響:20Hz20KHz 3dB失真:1%0分離度：50dB耳機(jī)音 量可調(diào)主觀聽(tīng)覺(jué)較好發(fā)射部分的電源DC10W16V均可工作紅外型要對(duì)汽車 DVD紅外遙控沒(méi)有相互干擾（

13、38KHz頻率）耳機(jī)電源:2XR3（AAA）七號(hào)電池.可靠 性:MTBF 5000H紅外線發(fā)射機(jī)電源要加濾波器.安裝位置：汽車內(nèi)頂部.調(diào)制帶 寬：性能保證溫度范圍：-20 C?+70C動(dòng)作保證溫度范圍：-30 C?+85C保存保 證溫度范圍：-40 C?+85C振動(dòng)試驗(yàn) 整機(jī)動(dòng)作振動(dòng)試驗(yàn) 振動(dòng)頻率：15150Hz力口 速度:3G振幅:2mm周期:6分方向及時(shí)間：上下/前后左右 各2小時(shí) 加振過(guò)程中 及試驗(yàn)結(jié)束后功能應(yīng)良好 整機(jī)動(dòng)作振動(dòng)耐久試驗(yàn) 振動(dòng)頻率：1570HZ加速電子設(shè)計(jì)度:1G振幅:2 mm周期:6分 加振過(guò)程中及試驗(yàn)結(jié)束后功能應(yīng)良好；我們也可以 在家中對(duì)該耳機(jī)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試時(shí)，將電視

14、機(jī)的遙控器對(duì)準(zhǔn)紅外光敏二極管 V LS后按下任意鍵，監(jiān)聽(tīng)耳機(jī)中應(yīng)發(fā)出響亮的“嘟、嘟”聲。再將紅外無(wú)線耳機(jī)的紅外線發(fā)射電路與電視機(jī)的音頻輸出端連接好，將VLl - VU對(duì)準(zhǔn)VL場(chǎng)，用無(wú)感螺釘旋具（俗稱為無(wú)感螺絲刀或起子）反復(fù)調(diào)節(jié) L的磁心，直到伴音清晰宏 亮且噪聲最小，再用蠟將 L的磁心封固即可。參考文獻(xiàn)高等教育出版社2009.7高等教育出版社2010.12008. 1011康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)一數(shù)字部分3中國(guó)基礎(chǔ)教育研究王為國(guó)4江漢大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版王為慶 沈博 2008.35電氣時(shí)代 徐玉麟2006.3常用元器件1基本儀器清單20MHzt通示波器（雙通道，外觸發(fā)輸入，有 X軸輸入，可選帶Z軸輸入）低頻信號(hào)發(fā)生器（1Hz