题目名称：红外通信装置（F题）摘要：红外通信的实质就是将音频信号经音频插孔输入电路，音频信号经三极管放大后推动红外发射管，接收端经音频放大集成电路LM386放大后经C1耦合至IC进行放大，由于IC具有功率放大能力，可供耳机收听。红外通信装置利用红外发光管和红外接收管作为收发装置，达到语音的输入、传输及接收，我们以MP3为信号源，利用红外发射管、红外传输、红外接收管及以LM386为核心的音频放大电路来实现目标。本系统是基于红外光通信原理，代替传统的电流电压的传输，实现了基于红外光对语音的传输及放大功能，LM386的使用减小了系统的失真度结果显示，我们确实实现了语音信号的发射、传输、接收，但是输出信号出现了一定程度的失真，噪音，通过对电阻的调试、修改，使放大增益达到合适范围，最终以较理想的输出信号达到了设计要求。 关键字：红外通信；语音；放大目 录一、方案的选择与论证3 1.整体方案选择3 2.信号的采集3 3.音频放大芯片的选择3 4.总方案确定4二、理论分析与计算4 1.通信原理分析4 2.转发器效率提高的方法5三、电路设计6 1.发射端单元设计7 2.接收端单元设计8 3.总设计图8四测试方案与测试结果9 1.测试方案9 2.测试数据9 3.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 附3：电源电路11 附4:LM386引脚图及相关说明13一方案的选择与论证 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。 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.信号的采集方案一：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，语音音量问题造成采集到的信号断断续续，音质不好，影响实验结果，失真度明显。 方案二：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 方案一：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。 方案二: LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、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：二理论分析与计算 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）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，由于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叠加地排列。发射端图如下：2.接收端单元设计接收器由光电转换、电源、耳机插孔及音频放大器四大部分组成，接收器电路所示。经调制的红外信号首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）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。3.总设计图 电路仿真图如下：左为发射部分电路原理。鉴频后的音频信号经三极管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。为了防止失真，VD1、VD2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14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。四.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8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0V，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，符合要求。2.0.046V0.4V，符合要求。2.0.63V0.1V，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：