紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)實驗報告北郵

1、 紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)實驗報告 學院：信息與通信工程學院 姓名： 班級： 學號： 1 紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)實驗報告 1、課題名稱 紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 2、摘要 紅外通信系統(tǒng)的設計是光通信系統(tǒng)的一個重要分支， 紅外數(shù)據(jù)傳輸，使用傳輸介質紅 外線。紅外線是波長在 750nm 1mm 之間的電磁波，是人眼看不到的光線。紅外數(shù)據(jù)傳輸一 般采用紅外波段內的近紅外線，波長在 0.75 25um 之間。本實 protel 軟件輔助設計，分析 并設計了紅外通信系統(tǒng)的發(fā)射電路與接收電路， 實現(xiàn)了紅外信號的無線傳輸功能和音樂信號 的收發(fā)功能。 3、關鍵詞 紅外線、收發(fā)系統(tǒng)、音樂芯片 3、

2、設計任務要求； 1、基本要求： 1）設計一個正弦波振蕩器， f 1kHz， Uopp 3v； （2） 所設計的正弦波振蕩器的輸出信號作為紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)發(fā)送端的輸入信號， 在接 收端可收到無明顯失真的輸入信號； 3）要求接收端 LM386 增益設計 G=200; （4）設計該電路的電源電路（不要求實際搭建） ，用軟件繪制完整的電路原理圖（ PROTEL） 及印制電路板圖（ PCB） 2 、提高要求 ： 利用音樂芯片產生樂曲， 調制 LED 后發(fā)出，接收端接收信號利用喇叭將發(fā)送的樂曲無失 真的播放出來。 3、探究環(huán)節(jié)： 探索其它紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)的應用實例，數(shù)字調制的解決的方案，給出應用方案。

3、 4、設計思路、總體結構框圖； 2 1 、設計思路 系統(tǒng)主要由信號產生電路， 紅外光發(fā)射系統(tǒng)， 紅外光接收系統(tǒng)三個模塊完成基本實驗要 求，其中信號產生電路分別由信號發(fā)生器和音樂芯片代替， 電信號經(jīng)過發(fā)生系統(tǒng)轉化為紅外 光信號，經(jīng)接收系統(tǒng)接受后，光信號轉化為電信號，再通過喇叭將其轉化為語音信號， 實現(xiàn) 紅外光通信的全過程。 首先主要用信號發(fā)生器發(fā)出電信號，微弱的電信號經(jīng)過一個分壓式共射電路適當放大， 并通過 LED 紅外發(fā)送管轉化為光信號發(fā)送。 信號經(jīng)接收管接收后， 通過運放電路得到較高的輸出功率， 驅動喇叭發(fā)出聲音。 利用放 大器 LM386，調節(jié)電位器改變其增益，驅動喇叭得到所需功率。再將音

4、樂芯片替代信號發(fā)生 器重復上述過程即可驅動喇叭發(fā)出音樂芯片的聲音（此實驗為三聲門鈴聲） 2. 總體框架圖 1、信號的產生 實驗中使用了音樂芯片 KD-9300 或者 LX-9300 來完成。信號產生也可以使用 RC 振蕩器 構成，但信號的幅度不宜過大。 2 、紅外光發(fā)送模塊的設計 設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， 電流過大容易毀 壞發(fā)光管。（要注意芯片的接法以及發(fā)送電路的連接。 ） 3 、紅外光接收模塊的設計 1）高通濾波器：紅外接收的二極管都是光敏二極管，這樣普通光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

5、外接低頻信號 的干擾，這樣接收效果和靈敏度將顯著提高。 2）功率放大器：利用音頻功率專用放大器 LM386，可以得到 50200 的增益，確保驅動 喇叭。 所以設計框圖如下 光通信收發(fā)系統(tǒng)原理圖 3 語音信號 PCM 編碼 交換和復用 光調制和 線路編碼 光發(fā)射 數(shù) 字 傳 輸 部 分 語音信號 解碼 交換和分接 光接收和 線路解碼 光解調 實驗原理框圖 信號產生電路 LED 驅動和調制電路 光 信號的檢 測和放 大 電路 電源電路 5、分塊電路和總體電路的設計 1. 紅外發(fā)送系統(tǒng) 該發(fā)送電路主要為分壓式的共射放大電路 , 由穩(wěn)定直流電源和 Rb1.Rb2 構成分壓式電路 , 給放大電路提供穩(wěn)

6、定的直流工作點 , 而 NPN 則對輸入信號實現(xiàn)放大，并通過發(fā)光二極管 LED 將電信號轉化為光信號發(fā)送出去。所以電路圖設計如下： 4 2. 紅外接收系統(tǒng) 通過紅外接受管接受從發(fā)送端傳來的信號，并轉化為電信號接入電路中，然后經(jīng) 0.01uF 的 電容濾除直流信號后由電位器和 LM386 運放共同作用實現(xiàn)信號的放大， 調節(jié)電位器的大小可 以實現(xiàn)對增益大小的調節(jié)，最后再經(jīng)過喇叭將電信號轉化為聲信號，播放出接受的信號。 3.門鈴電路 5 6、所實現(xiàn)功能說明 本實驗已完成 : 當用 1kHz,1Vpp 的正弦信號輸入時，發(fā)射系統(tǒng)的射級電流為 30.05mA。 當信號發(fā)生器分別輸出正弦波、 方波、三角波

7、、 脈沖波時， 輸出端可以接收到無明顯失真的 正弦波、方波、三角波、脈沖波，喇叭有不同聲響，通過調節(jié)電位器，信號不失真時最大增 益約為 110，當音樂芯片替代信號發(fā)生器時， 可聽見明顯的三聲門鈴， 傳輸距離大約為 2 米。 7、故障及問題分析 1、 發(fā)射管燒壞 電路連接時最初二極管插反還有就是輸入電流過大導致的發(fā)射管燒壞， 經(jīng)檢查改進后沒再出 錯。 2、 音樂芯片的焊接 最初的焊接不是很成功，焊接多次的地方 PCB 板被氧化后不沾錫，后通過詢問老師后， 沾取少許松香，并改進線與板的接觸方式后問題得到了解決。 3、 喇叭兩端沒有輸出波形 首先直接用信號發(fā)生器接到接收管兩端，看是否有波形存在，若有

8、再檢查發(fā)光二極管兩 端有無輸出波形，以及射級電流是否符合，若這些完好再看接收管能否接受到信號。經(jīng) 檢查還是電路的連接問題，電容的正負，接地點是否全部接地。 8、總結和結論； 剛開始看著原理圖挺簡單，以為這是個挺簡單的實驗，但是眼高手低，在實驗過程中 出了不少問題， 燒壞發(fā)光二極管，電容接反， 音樂芯片焊接不順利，聽得見聲音但是出不來 波形， 增益不夠大， 傳輸距離不夠遠，好多我實驗前完全沒有考慮到的問題都接踵而來。我 只能在實驗中多摸索多探討，多和同學們交流心得，這樣才能更快的解決問題。 通過實驗我認識到自己了缺點， 對原理圖理解不夠透徹就去做實驗， 遇到問題思考僵化 局限在某一塊，動手能力不

9、強，以后要多動手，遇到問題要勤加思考，多角度思考，注意基 礎知識的掌握，做實驗前一定要先搞明白實驗原理再下手。 整個實驗讓我對紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的組成和設計原理有所掌握， 明白了其實現(xiàn)過程， 對 電路設計有了進一步了解，提高了自己動手實踐的能力。 6 9、PROTEL 繪制的原理圖 1. 發(fā)送模塊 2. 接收模塊 3. PCB 板 7 布線方式：自動布線 10、所用元器件及測試儀表清單； 電源儀表：函數(shù)信號發(fā)生器 直流穩(wěn)壓源 模擬萬用表 示波器 電路元件：紅外發(fā)送管 1 紅外接收管 1 音樂芯片 KD9300 1 LM386 1 LX 9300 1 三極管 8050 2 喇叭 1 可變電阻（ 10K） 1 電阻（ 2.7K ） 1 （2K） 1 （ 51）