紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 北京郵電大學(xué)模電實(shí)驗(yàn)

1、北京郵電大學(xué)電子測量與電子電路的實(shí)踐紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)院： 電子工程學(xué)院 班級(jí)： 2011211208 姓名： 被偷吃的巧克力 學(xué)號(hào)： 2011XXXXXX 班序： 目錄一、課題名稱 3二、摘要和關(guān)鍵詞 3三、設(shè)計(jì)任務(wù)要求 3四、設(shè)計(jì)思路、總體結(jié)構(gòu)框圖 3五、分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)過程 4六、所實(shí)現(xiàn)功能說明 8七、故障及問題分析 9八、總結(jié)和結(jié)論 10九、PROTEL繪制的整體原理圖 11十、所用元器件及測試儀表清單 12十一、參考文獻(xiàn) 131.課題名稱紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.摘要和關(guān)鍵詞2.1摘要紅外通信屬于無線通信領(lǐng)域，它以紅外線作為載體，將信息從發(fā)射機(jī)傳到接收機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)遙控或

2、者信息傳遞的功能。本實(shí)驗(yàn)通過一個(gè)基本放大電路作為發(fā)送調(diào)制電路，將音頻信號(hào)放大后，通過發(fā)送管將音頻信號(hào)發(fā)送出去；通過一個(gè)功率放大電路作為接收電路，把接收管接收到的音頻信號(hào)進(jìn)過放大后，通過小喇叭播放出來。2.2關(guān)鍵詞紅外通信 LED 發(fā)送接收 調(diào)制3.設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信號(hào)的發(fā)射與接收。3.1基本要求 (1) 設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波振蕩器，f>=1kHz;U>=3V； (2) 所設(shè)計(jì)的正弦波振蕩器的輸出信號(hào)作為紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)的發(fā)送端得輸入信號(hào)，在接收端可接收到無明顯失真的該輸入信號(hào)； (3) 要求紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)接收端的增益為G=200； (4)

3、 利用protel制作簡單的PCB版；3.2提高要求 (1 )利用音樂芯片產(chǎn)生樂曲作為紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)發(fā)送端的輸入信號(hào)，接收端接收信號(hào)并利用喇叭將發(fā)送的樂曲無失真地播放出來。 (2) 探索其他紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例，數(shù)字調(diào)試的解決方案，給出應(yīng)用方案。4.設(shè)計(jì)思路、總體結(jié)構(gòu)框圖4.1設(shè)計(jì)思路由音樂芯片產(chǎn)生的樂曲，通過發(fā)送系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大和調(diào)制，由LED發(fā)射管送出，在一定的距離范圍之內(nèi)，通過LED接收管接收到發(fā)送管發(fā)送的音樂信號(hào)，通過接收系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測和放大，在輸出端連接一個(gè)喇叭，將樂曲信號(hào)無失真的播放出來，從而來完成整個(gè)紅外通信系統(tǒng)的收發(fā)。4.2總體結(jié)構(gòu)框圖紅外數(shù)據(jù)傳輸，使用傳輸介質(zhì)

4、紅外線。紅外數(shù)據(jù)傳輸一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線。一個(gè)簡單的光通信收發(fā)系統(tǒng)如圖所示：本實(shí)驗(yàn)主要由信號(hào)產(chǎn)生電路、發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)三個(gè)模塊構(gòu)成。產(chǎn)生的信號(hào)由發(fā)送系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，通過接收系統(tǒng)檢測光信號(hào)并將其放大后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。具體原理如下圖所示：5.分塊電路和總體電路的設(shè)計(jì)過程5.1紅外發(fā)送電路該模塊的設(shè)計(jì)原則主要考慮紅外發(fā)送管的工作電流。若電流過小，則傳輸距離短；若電流過大，則容易毀壞發(fā)送管。電路采用5V的工作電壓，受紅外發(fā)送管的額定電流限制，Icq要小于50mA。電路由共射極放大電路組成，Rb1和Rb2用于調(diào)整基極偏置，并且提供3V的電壓給音樂芯片作為電源電壓。晶體管集電極電流隨音樂

5、模擬信號(hào)的變化而變化，故LED1的輸出光功率也隨模擬信號(hào)而變化。也就是將音樂信號(hào)轉(zhuǎn)換成了光信號(hào)。通過multisim仿真，得到:LED兩端電壓峰峰值約為670mv，相位與輸入信號(hào)相差；實(shí)物連接圖如下圖：5.2紅外接收電路紅外接收管是接收電路的關(guān)鍵器件，其作用是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。紅外接收管都是光敏二極管，普通燈光也會(huì)對(duì)其造成一定程度的影響。為了獲得更好的效果，還要在信號(hào)輸出端加入高通濾波器，消除恒定的外接低頻信號(hào)的干擾，這樣的接收效果和靈敏度將顯著提高。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(dòng)0.8W的小喇叭，用于音樂信號(hào)的接收。實(shí)物連接圖如下圖：5.3音樂芯片

6、LX9300LX9300的連接方式如下圖所示：（電源電壓為3V）6.所實(shí)現(xiàn)功能說明6.1已完成的基本功能和擴(kuò)展功能 (1)將函數(shù)發(fā)生器的輸出信號(hào)作為紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)的發(fā)送端得輸入信號(hào)，在接收端接收到無明顯失真的該輸入信號(hào)； (2)將正弦信號(hào)作為接收端的輸入信號(hào)，通過LM386進(jìn)行放大，通過調(diào)節(jié)電位器的大小，可以調(diào)節(jié)增益的大小，并且在輸出端測到無失真的放大后的正弦信號(hào)，并測得放大倍數(shù)最大約為175倍； (3)將音樂芯片作為發(fā)送端的輸入信號(hào)，在傳送距離為四張?jiān)囼?yàn)臺(tái)的時(shí)候，在接收端的喇叭能發(fā)出優(yōu)美動(dòng)人的音樂聲。6.2主要測試數(shù)據(jù)在接收電路輸入端送入峰峰值為20mV的正弦波，在輸出端可以測到峰峰值為

7、3.5V的正弦波，增益為175，如下圖所示：6.3必要的測試方法 (1) 按要求和電路圖組裝好接收與發(fā)射電路； (2) 將發(fā)送電路輸入端的音樂芯片用一個(gè)大電阻代替，并且在其兩端加一個(gè)正弦波；將接收電路的喇叭用一個(gè)電阻代替，用示波器測其兩端的輸出波形，并與輸入波形進(jìn)行比較； (3) 將接收電路輸入端的LED2接收管用一個(gè)適當(dāng)阻值的電阻代替，并在R1=33k歐的電阻兩端加上Vpp=20mV的正弦小信號(hào)；將接收電路輸出端的喇叭用一個(gè)適當(dāng)阻值的電阻代替，并測量其兩端的波形，調(diào)節(jié)電位器的旋鈕，將輸出波形與輸入波形進(jìn)行比較，計(jì)算其放大倍數(shù)； (4) 將音樂芯片接在發(fā)送電路的輸入端，發(fā)送管接在發(fā)送電路的輸出

8、端，接收管接在接收電路的輸入端，喇叭接在接收電路的輸出端，打開電源，調(diào)節(jié)電位器的大小，調(diào)整發(fā)送管和接收管的空間位置以及方向； (5) 不斷增大兩塊面包板的距離，并且調(diào)節(jié)他們之間的角度，發(fā)現(xiàn)在較大范圍內(nèi)，小喇叭均能播放優(yōu)美的音樂，即紅外通信功能實(shí)現(xiàn)；7.故障及問題分析7.1遇到的問題分析 (1) 接收電路三極管的發(fā)射極電位高于集電極電位；檢查過電路后發(fā)現(xiàn)，地線的導(dǎo)線內(nèi)部金屬斷開，更換后問題得以解決； (2) 電路連接正確，當(dāng)有大電阻如人體和電壓表并聯(lián)在3K歐的電阻兩端時(shí)，喇叭正常發(fā)聲，當(dāng)不并聯(lián)大電阻時(shí)，喇叭不正常發(fā)聲；問題原因：電源電壓不夠穩(wěn)定，音樂芯片偏壓過高，稍微減小電源電壓至4.9V，喇叭

9、正常發(fā)聲； (3) 電路連接正確，喇叭不正常發(fā)聲；問題原因，音樂芯片壞了，重新焊接一個(gè)音樂芯片，正常工作。7.2故障分析(1 )喇叭不發(fā)聲或者白噪聲：檢查音樂芯片是否燒壞，電源電壓及偏置是否合理；(2) 喇叭聲音不完整：調(diào)節(jié)電位器，減小增益倍數(shù)；(3) 喇叭雜音過大：調(diào)節(jié)電容或增加電容，并減少非信號(hào)光的干擾；(4) 示波器不顯示波形：檢查是否開啟電源，示波器的線是否接觸良好，示波器的調(diào)整是否正確；(5) 增益達(dá)不到150以上：更換電位器，檢查運(yùn)放是否正常工作。7.3檢錯(cuò)方法 (1) 檢測發(fā)射電路是否正常工作：如音樂芯片是否正常工作，電路是否搭建正確，元器件是否可工作，可以用發(fā)光二極管代替LED

10、發(fā)射管，若能看到發(fā)光二極管亮度變化，即發(fā)射電路搭建基本正常；將喇叭代替LED發(fā)射管，若能聽到優(yōu)美動(dòng)聽的音樂，證明音樂芯片和發(fā)射電路均沒問題； (2) 檢查接收管是否接收到發(fā)射管傳來的信號(hào)：在電路不能正常發(fā)聲的時(shí)候，檢測是否是因?yàn)檫@部分出現(xiàn)問題，可以用手或者物體遮擋接收管，如果喇叭噪聲改變，則說明發(fā)射管與接收管應(yīng)該沒問題；8.總結(jié)和結(jié)論8.1實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過紅外通信收發(fā)電路，可以做到信號(hào)的無線傳輸。8.2實(shí)驗(yàn)總結(jié)本實(shí)驗(yàn)原理清晰，電路結(jié)構(gòu)也比較簡單，一個(gè)放大電路將信號(hào)發(fā)送出去，另一個(gè)放大電路將信號(hào)接收并放大輸出。由于試驗(yàn)箱中的器件不是很完美，導(dǎo)致元器件容易損壞，電路連接正確的情況下也很有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，

11、使得實(shí)驗(yàn)時(shí)間大大增加，這對(duì)我們對(duì)實(shí)驗(yàn)的調(diào)試能力有較高的要求；實(shí)驗(yàn)中器件存在的問題提高了我們排查錯(cuò)誤的能力，對(duì)于某些錯(cuò)誤能夠快速檢查出是那一部分器件出問題，增加了我們動(dòng)手的經(jīng)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)較為關(guān)鍵的一點(diǎn)是在于調(diào)節(jié)發(fā)送管的電流，較小則傳輸距離短，較大則容易燒壞發(fā)送管。8.3實(shí)驗(yàn)改良 (1) 在功放前加一級(jí)共射放大電路，可以很大程度上提高增益倍數(shù)； (2) 發(fā)送管和接收管之間的空間不放置元器件，可以減少噪音；9.PROTEL繪制的整體原理圖9.1發(fā)送電路：布線方式：自動(dòng)布線9.2接收電路：布線方式：手動(dòng)布線10.所用元器件及測試儀表清單：10.1測試儀表函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，示波器，毫伏萬用表，直流穩(wěn)壓電源10.2所用元器件表序號(hào)元器件名稱數(shù)量序號(hào)元器件名稱數(shù)量110歐電阻31210K 歐姆電位器1250歐電阻113100K歐姆電位器132K歐電阻1148050NPN三極管143K歐電阻115LM386運(yùn)算放大器1533K歐電阻116LX9300音樂芯片1610uF電解電容2173