紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

電子電路綜合設(shè)計實驗報告紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)院系：班級：班內(nèi)序號：學號：姓名：指導老師：【實驗名稱】紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)【摘要】語音和音樂等低頻電信號一般不適合直接遠距離傳輸，而是通過調(diào)制加載到光或者高頻信號上傳輸出去。本次試驗的內(nèi)容，就是設(shè)計一個合適的紅外收發(fā)電路，實現(xiàn)多種信號的傳輸。紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計是光通信系統(tǒng)的一個重要分支，采用紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計方法來進行和目前世界上所采用的骨干通信網(wǎng)的光纖通信系統(tǒng)是有相同之處的，唯一重要的差別就是它們二者所采用的傳輸媒質(zhì)不用，一個是大氣，一個則是光纖?！娟P(guān)鍵詞】關(guān)鍵詞音頻傳輸，調(diào)制，紅外收發(fā)，自激，耦合?！緦嶒災康摹?、 掌握簡單的紅外光通信系統(tǒng)的組成及設(shè)計原理；2、 掌握通信電子系統(tǒng)方案設(shè)計、電路設(shè)計的方法；3、 掌握紅外發(fā)送、接收電路的設(shè)計原理和原則；3、 熟悉電路仿真軟件的使用；4、 通過實驗大家體會一下通信系統(tǒng)是一個怎樣的工作模式，為今后更深層次的專業(yè)課的學習打下一個很好的基礎(chǔ)?！緦嶒炓蟆?、 制定合理的實現(xiàn)方案，要求至少有兩套紅外設(shè)計的實現(xiàn)方法，理論計算出元件參數(shù);2、 電路設(shè)計。根據(jù)自己的實現(xiàn)方案，提出元器件清單，確定元器件型號、數(shù)量，從可選方案中選出一套；3、 電路仿真和優(yōu)化。運用Protel等工具軟件對電路進行優(yōu)化和仿真；4、 用面包板來搭建電路并進行調(diào)試；5、 測試電路完成的功能，記錄測試數(shù)據(jù)，對于音樂電路，能得到清晰的音樂?！驹O(shè)計任務要求】1、 基本要求：1） 設(shè)計的正弦波振蕩器：f>=1kHz，Uopp>=3V;2） 所設(shè)計的正弦波振蕩器的輸出信號作為紅外通信收發(fā)系統(tǒng)發(fā)送端的輸入信號，在接收端可以接收到無明顯失真的輸入信號；3） 接收端LM386增益設(shè)計G>=200；提高要求：利用音樂芯片產(chǎn)生樂曲，調(diào)制LED后發(fā)出，接收端接收到的信號利用喇叭可以將發(fā)送的樂曲無失真的播放出來，

【設(shè)計思路及分塊和總體結(jié)構(gòu)】設(shè)計思路及總體結(jié)構(gòu)框圖如下:紅外設(shè)計的總體構(gòu)架上圖是一個簡單的紅外通信系統(tǒng)的構(gòu)造圖，通過實驗應該能進行模塊化的設(shè)計，當然整個商用的紅外光通信系統(tǒng)是相當復雜的，這里我們只考慮最基礎(chǔ)和最必要的部分來完成整個紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計。信號產(chǎn)生：這里利用了音樂芯片KD—9300或是LX9300來完成。LX-9300的接法LX-9300的接法kd-9300的接法信號產(chǎn)生也可以用RC振蕩器構(gòu)成，信號的幅度不宜過大。紅外光發(fā)送模塊的設(shè)計設(shè)計原則主要是考慮紅外發(fā)送管的工作電流，電流過小，傳輸距離短，電流過大有容易毀壞發(fā)光管

紅外光發(fā)送電路（3）紅外光接收模塊的設(shè)計紅外光接收電路（4） 高通濾波器紅外接收的二極管都是光敏二極管，這樣普通燈光也對其都成一定程度的影響，為了獲得更好的效果，還要在信號輸出端加入高通濾波器，消除恒定的外接低頻信號的干擾，這樣接收效果和靈敏度將顯著提高。（5） 功率放大器利用音頻功率專用放大器LM386，可以得到50?200的增益，足以驅(qū)動0.8W的小喇叭。

TTTTTTTTTf■13■[依相同相地輸\輸A放大器LM386（6）總體電路的設(shè)計（含電路圖）（7）系統(tǒng)調(diào)制：系統(tǒng)調(diào)制原則：根據(jù)電路原理先調(diào)制各單元電路，然后再整機調(diào)試。（1） 第一步是調(diào)制發(fā)送電路。記錄紅外發(fā)射驅(qū)動電路的輸出波形和紅外管中的電流；（2） 第二步調(diào)制接收電路。去掉紅外接收管，加一個正弦小信號，調(diào)試輸出放大倍數(shù)，要求50-200倍直至輸出為正弦波，確保不是自激信號或干擾信號；（3） 第三步是整機調(diào)試。將發(fā)送電路和接收電路放到一起，在發(fā)送端送入正弦小信號，觀察輸出信號波形；（4） 按音樂芯片CW9300的接線方法焊好管腳，將芯片中音樂信號作為輸入信號，能在喇叭中聽到優(yōu)美、無噪聲的音樂。一、所實現(xiàn)的功能說明：本實驗完成的基本功能為文氏橋RC振蕩電路產(chǎn)生的振蕩信號的傳送和接收.文氏橋RC振蕩電路（前級）產(chǎn)生的一個頻率為1.5kHz振蕩信號,經(jīng)具有分壓式電流負反饋電路的共射放大電路（后級）的LED發(fā)射后由接收電路接收.主要測試方法為：Icq：用電壓表測量射極電阻Re1兩端的電壓，由此求出Ieq，利用Ieq^Icq得到Icq的值。LM386的增益：將接收管與LM386連接的電路斷開，用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號代替接收管接收到的信號，分別測出輸入和輸出信號的幅度，由此計算出LM386的增益。主要功能：接收電路在Lm386的三管腳之前加一小電容，等于在功率放大之前先消除恒定的外接低頻信號的干擾，提高接收效果和靈敏度。LM386的放大電路，得到200倍左右的增益，來驅(qū)動0.8W的小喇叭。（其中接收管LED2采用PIN光電二極管或者雪崩光電二極管APD，將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號）主要測試數(shù)據(jù)為：1.紅外發(fā)送端8050靜態(tài)參數(shù)：Vcc=5.00V；Ubq=2.51V；Ueq=2.02V；Ucq=4.32V；2紅外發(fā)送端LED兩端電流：I=leq=Ueq/Re=2.02V/71=28.45mA;紅外發(fā)送端LED輸出幅度：0.10VLM386增益測量：輸入小信號幅值:12mvspeaker兩端幅值：2.16V增益A=2.16V/12mv=180;測試方法為:：去掉接收管，直接在LM386輸入端加上正弦小信號，信號可由函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生，然后測出輸入和輸出信號的幅度，即可計算出LM386的增益?！竟收霞皢栴}分析】文氏橋RC振蕩電路不能起振：經(jīng)過仔細檢查設(shè)計電路發(fā)現(xiàn),RC串并聯(lián)電路中兩個R的取值由于自己的疏忽而不一樣，更換電阻，能夠正常起振.信號經(jīng)具有分壓式電流負反饋電路的共射放大電路放大后有失真現(xiàn)象：通過靜態(tài)參數(shù)的測量后計算，認為電路設(shè)計不存在問題，于是分析后可能是因輸入信號幅度過大后引起的飽和失真所致.通過調(diào)節(jié)前級信號源電路的滑動變阻器減小了輸出信號的幅度，失真明顯減小，波形較好.信號接收端出現(xiàn)自激:為檢查是否為接收電路出問題，首先去掉發(fā)射信號而從函數(shù)信號發(fā)生器引入一個頻率為1kHz幅度為1v的正弦信號，從輸出端得到了信號仍然有干擾，這說明接收電路出現(xiàn)了問題.最初懷疑是電路中含有的高頻分量引起，于是在輸出端并接一旁路電容，以去除高頻干擾.但是波形仍然有干擾.后來反復調(diào)節(jié)滑動變阻器得以解決問題，不過未能徹底消除干擾.在擴展實驗中，沒有紅外信號音樂依然奏響：將發(fā)射電路遠離接受電路，聲音強度沒有絲毫降低，后來干脆將發(fā)射電路斷開，音樂依然奏響.后來想可能是因為音樂芯片電路與接收電路共用一個面包板，聲音繞過發(fā)射電路而直接傳給了接收電路所致.于是我將音樂芯片電路轉(zhuǎn)到了發(fā)射電路所在面包板，最后得到了正確的結(jié)果：改變發(fā)射端與接收端的距離及方位，聲音強度均隨之而發(fā)生變化.在接收方面，經(jīng)反復調(diào)試發(fā)現(xiàn)，信號的接收與兩個管子之間的正對角度及之間障礙物的阻隔有很大關(guān)系，開始不注意接收到的信號很微弱，調(diào)整后才能清晰地聽到。實驗中曾出現(xiàn)拿書擋在發(fā)送管和接收管之間依然有音樂產(chǎn)生的現(xiàn)象，分析原因可能為所用LED為廣角的，并且發(fā)送功率較大所致，改變LED角度后發(fā)現(xiàn)樂音明顯減弱，但仍有輸出?！締栴}分析】問題：將紅外的發(fā)送接收電路結(jié)在一起調(diào)試的時候，示波器上顯示波形不穩(wěn)定，干擾信號很多。答：這是電路上出現(xiàn)了自激現(xiàn)象，在電源與地之間并聯(lián)一個大電容（100uF左右）以及一個小電容（0.1uF）即可以解決自激問題。問題：電路搭好之后，將紅外接收管拔掉，喇叭仍能夠有音樂出來。答：這樣的現(xiàn)象說明，電路的傳輸并沒有經(jīng)過紅外收發(fā)管，出現(xiàn)了耦合現(xiàn)象。檢查電路發(fā)現(xiàn)發(fā)送部分與接收部分的供電是同一組電源線，改為兩組共地的電源線分別供電后，耦合現(xiàn)象消失。

【紅外收發(fā)系統(tǒng)應用探索】紅外光傳輸距離短，但是電路工藝簡單，生產(chǎn)成本低，易于大規(guī)模投產(chǎn)。在多種領(lǐng)域得于應用。比如可以用于統(tǒng)計進出某個大門的人數(shù)，車輛：比如可以在門口左右設(shè)置兩排LED，一排接收，一排為發(fā)送，如圖中所示方向，記錄進入人數(shù)，當led6先接收到信號時，即led6的接收被阻擋了的時候，此時表示人按照箭頭方向進入，此時進行計數(shù)。【PROTEL繪制的原理圖及PCB板】Protel繪制的原理圖見【設(shè)計思路及分塊和總體結(jié)構(gòu)】板塊，下面給出由此生成的pcb板：紅外收發(fā)系統(tǒng)發(fā)送端:其3D效果圖如下:紅外收發(fā)系統(tǒng)接收端PCB板:其3D效果圖如下:【所用元器件及測試儀表清單】1、 805012、 紅外發(fā)送管30313、 紅外接收管30214、 LM38615、 可變電阻器（10k，100k）各16、 電阻（2k）17、 電阻（2.5k，）18、 電阻（30，50）各19、 電阻（10）210、電解電容（100u，33u，250u，10u）各111、 電容（0.05u，0.01u）各210、喇叭112、 kd9300113、 發(fā)光管114、 按鍵開關(guān)1【實驗所用儀器】函數(shù)信號發(fā)生器示波器晶體管毫伏表萬用表直流穩(wěn)壓電源【總結(jié)和結(jié)論】本實驗實現(xiàn)了信號經(jīng)過紅外發(fā)送和接收完成較遠距離的輸送。信號有效傳送距離大于兩米。基本實現(xiàn)了紅外收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。該次實驗是我第一次獨立的完成從開始的設(shè)計到最后的調(diào)試，在整個過程中學到很多，經(jīng)過這次實驗我基本解了簡單的紅外光通信系統(tǒng)的組成及設(shè)計原理，初步了解了通信電子系統(tǒng)方案設(shè)計、電路設(shè)計的方法，和紅外發(fā)送、接收電路的設(shè)計原理和原則，熟悉了電路仿真軟件proteldxp的使用。也深刻地感受到只有靈活運用所學的電路分析理論知識才能與實踐完美的結(jié)合起來。做實驗之前首先應該熟悉各個器件的使用，以及檢查各個器件是否是有問題，確保器件都正常地前提下再進行實驗。這樣可以提高實驗效率，也可以提前排除由于器件不好引出的不合理的實驗現(xiàn)象。在實驗過程中出現(xiàn)意外現(xiàn)象的時候，應該仔細檢查電路找到問題在哪里然后再著手解決，不可以遇到問題就直接盲目的導出亂改電路，這樣反而降低了實驗效率。1、 掌握了簡單的紅外光通信系統(tǒng)的組成及設(shè)計原理；2、 通過實驗，較好地了解了系統(tǒng)的調(diào)試，深切體會到系統(tǒng)調(diào)試的重要性，在檢查電路自激現(xiàn)象的時候就是通過分單元調(diào)試得出的結(jié)論，從而得以解決問題，這很好的地高了自主實驗的能力。3、 通過實驗節(jié)本了解了通信系統(tǒng)的工作模式，提供今后的專業(yè)課程學習一個很好的框架性的認識。4、 通過實驗設(shè)計與修改，以及通過對芯片kd9300及l(fā)m386的查閱，初步了解了datasheetd的查閱。5、 實驗前一定要把實驗原理弄清楚，及時查閱資料，實驗要大膽，細心。本次實驗歷時近一個月，整個過程顯得繁瑣，實驗原理清晰，簡單明了，關(guān)鍵在于調(diào)試，一次次地解決線路搭接，系統(tǒng)設(shè)計缺陷，在試驗中要敢于嘗試，敢于該進，遇到不會的或者暫時不能解決的不能急躁，學會獨立思考，提高自主實驗能力，提高獨立思考解決問題能力，實驗的最終成功給與了我很大鼓舞。提高了我對實驗的興趣！【參考文獻】《電子測量與電子電路實驗》 張詠梅等北京郵電大學出版社《通信電子電路》劉寶玲胡春靜