紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電子電路綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目: 紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)姓名學(xué)院信息與通信工程學(xué)院專業(yè)通信工程班級(jí)學(xué)號(hào)班內(nèi)序號(hào)指導(dǎo)教師一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使實(shí)驗(yàn)者掌握簡(jiǎn)單的紅外光通信系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原理；理解通信電子系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)的方法；學(xué)會(huì)電子電路安裝和調(diào)試的基本方法；提高工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐動(dòng)手能力；加強(qiáng)系統(tǒng)概念；激發(fā)創(chuàng)新實(shí)踐欲望，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐興趣，提高創(chuàng)新實(shí)踐能力。2、 項(xiàng)目背景紅外通信系統(tǒng)屬于無(wú)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)遙控或信息傳遞的功能。紅外通信系統(tǒng)的實(shí)際是光通信系統(tǒng)的一個(gè)重要分支，紅外通信系統(tǒng)的實(shí)際思路和目前世界上所采用的骨干

2、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)不同，一個(gè)是大氣，一個(gè)則是光纖。語(yǔ)音和音樂等所產(chǎn)生的電信號(hào)和其他低頻電信號(hào)一樣，一般不直接進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，而是經(jīng)過放大后對(duì)發(fā)射機(jī)的高頻振蕩進(jìn)行調(diào)制，然后將此攜帶有低頻信號(hào)的高頻已調(diào)制信號(hào)，通過一定的媒介傳輸出去。紅外數(shù)據(jù)傳輸，使用傳輸介質(zhì)紅外線。紅外線是波長(zhǎng)在750nm1mm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(nèi)的近紅外線，波長(zhǎng)在0.7525m之間。3、 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的紅外通信收發(fā)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信號(hào)的發(fā)射與接收?；疽鬄椋海?）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

3、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(wú)失真地播放出來；（2）要求紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)接收端的增益為G=200；四、設(shè)計(jì)思路4.1 系統(tǒng)組成框圖本實(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，如圖1所示。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，通過接受系統(tǒng)檢測(cè)光信號(hào)并將其放大后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。光信號(hào)的檢測(cè)和放大電路LED的驅(qū)動(dòng)和調(diào)制電路信號(hào)產(chǎn)生電路電源電路圖1實(shí)驗(yàn)原理框圖4.2 主要單元電路設(shè)計(jì)4.2.1 音樂信號(hào)發(fā)生電路實(shí)驗(yàn)中采用的音樂芯片的型號(hào)為TS088BD，其連接方法如圖2所示。圖2 TS088BD的接法4.2.2 紅外光發(fā)送模塊紅外光發(fā)送電路如圖3所示，由共射極放

4、大電路組成。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，則容易損壞發(fā)送管。這一般要求集電極中的電流小于50mA。圖3 紅外光發(fā)送電路4.2.3 紅外光接收模塊用運(yùn)放LM386實(shí)現(xiàn)的紅外接收放大電路如圖4所示。圖4 紅外光接收電路5、 實(shí)驗(yàn)儀器及元器件列表紅外通信收發(fā)系統(tǒng)所需元器件和測(cè)試儀器如表1。表1 儀器與元器件列表名稱數(shù)量數(shù)字萬(wàn)用表1臺(tái)直流穩(wěn)壓電源2臺(tái)示波器1臺(tái)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)紅外發(fā)送管3031個(gè)紅外接收管3021個(gè) 音頻功率放大器LM3861個(gè)音樂芯片1片按鍵開關(guān)1個(gè)喇叭1個(gè)10k電位器1個(gè)8050三極管2個(gè)電阻電容若干其他6、 實(shí)驗(yàn)步驟（1）

5、按照設(shè)計(jì)好的電路原理圖，在面包板上搭建電路。（2） 按要求焊接音樂芯片，按照正確連接方法將其連入電路，檢測(cè)音樂芯片能否發(fā)出聲音。（3） 調(diào)制發(fā)送電路，記錄紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路的輸出波形和紅外管中的電流。（4） 調(diào)制接受電路，去掉紅外接收管，加一個(gè)正弦小信號(hào)，調(diào)試輸出放大倍數(shù)，要求50200倍直至輸出為正弦波，確保不是自激信號(hào)或干擾信號(hào)。（5） 整機(jī)調(diào)試，將發(fā)送電路和接受電路放到一起，在發(fā)送端輸入正弦小信號(hào)，觀察輸出信號(hào)波形。（6） 將音樂芯片中的音樂信號(hào)作為發(fā)送端輸入信號(hào)，在接收端的喇叭中聽到優(yōu)美、無(wú)噪聲的音樂。7、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1. 紅外發(fā)送電路：加上5V直流電壓，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)得三極管各極電壓為：

6、基極電壓，發(fā)射極電壓，集電極電壓，則紅外管中的工作電流。輸入一個(gè)頻率為1kHz，峰峰值為70mV的正弦信號(hào)，用示波器觀察輸入輸出波形，可以看到輸出波形略有失真，為縮小反向，峰峰值約為170mV的信號(hào)。紅外發(fā)送電路的輸入輸出波形如圖5所示。圖5 紅外發(fā)送電路輸入輸出波形2.紅外接收電路：去掉紅外接收管，輸入一個(gè)頻率為1kHz,峰峰值為10mV的正弦信號(hào)，用示波器觀察輸入輸出波形。用示波器觀察得輸出波形的峰峰值約為1.90V，故可得放大電路的增益為：。紅外接收電路的輸入輸出波形如圖6所示。圖6 紅外接收電路輸入輸出波形3.整機(jī)調(diào)試：將發(fā)送電路和接受電路放在一起，在發(fā)送電路端輸入一個(gè)頻率為1kHz，

7、峰峰值為20mV的正弦信號(hào)，觀察輸入輸出波形。可以看到，在接收端的輸出波形為反向放大了的正弦信號(hào)。整機(jī)調(diào)試的輸入輸出波形如圖7所示。圖7 整機(jī)調(diào)試的輸入輸出波形4.音頻功率放大器LM386各管腳電壓如表2所示。表2 LM386各管腳電壓管腳標(biāo)號(hào)1234電壓（V）1.240.000.000.01管腳標(biāo)號(hào)5678電壓（V）2.485.092.521.245.實(shí)驗(yàn)中測(cè)得系統(tǒng)的最遠(yuǎn)傳輸距離約為2m。八、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及其解決1.整機(jī)調(diào)試時(shí)，在發(fā)送端輸入一個(gè)正弦小信號(hào)，在接收端看到的輸出波形是被放大了的正弦信號(hào)，且隨著距離的增加，信號(hào)的峰峰值減小。但是將音樂芯片的信號(hào)加至發(fā)送端時(shí)，接收端不但接收不到音

8、樂信號(hào)，卻發(fā)出很大的噪聲。由于前面的分開調(diào)試及觀測(cè)到的輸入輸出波形都沒有問題，所以電路的設(shè)計(jì)應(yīng)該沒有問題。我猜想可能是電路產(chǎn)生的自激，所以在兩邊的電路的電源與地之間都并聯(lián)上了一個(gè)大電容（100F）和一個(gè)小電容（0.1F）。但是問題沒有得到顯著的解決。隨后，我決定分開測(cè)試我的兩塊電路板。我先將自己的接收電路和組內(nèi)同學(xué)的發(fā)送電路一起調(diào)試，發(fā)現(xiàn)接收電路可以收到音樂信號(hào)。但是當(dāng)我的發(fā)送電路和同學(xué)的接收電路一起調(diào)試時(shí)，卻沒有音樂聲傳出。故知是我的發(fā)送電路模塊出了問題。我又開始單獨(dú)調(diào)試發(fā)送電路，發(fā)現(xiàn)波形仍然正確，所以問題的范圍進(jìn)一步縮小到了音樂芯片上面。我單獨(dú)用喇叭測(cè)試音樂芯片，發(fā)現(xiàn)仍然能夠正常聽到音樂，

9、但是整合到發(fā)送電路時(shí)卻不能正常工作。在觀察電路的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)我的音樂芯片的連接電路由于心急，所以插得特別沒有條理，布局不合適，所以這次我重新進(jìn)行了音樂芯片連接電路的布局。這次調(diào)整之后，接收端電路成功接收到了音樂信號(hào)。2.在整體調(diào)試時(shí)，角度的選擇十分重要。接收管總是要以一定角度對(duì)著發(fā)送管，才能接收到清晰的音樂信號(hào)，而且二者中間有障礙物時(shí)，接收管會(huì)接收不到任何信號(hào)。3.雖然能夠聽到音樂，但是伴隨著的噪聲也很大，并且隨著兩個(gè)管的距離增加，音樂會(huì)越微弱，噪聲也越大。這個(gè)問題跟發(fā)送電路的功率，接收端的增益，以及器件工藝有很大關(guān)系。4.在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收前夕，我在實(shí)驗(yàn)室能夠測(cè)得的最大傳輸距離大概有3m，但是后來調(diào)

10、試的時(shí)候，突然就聽不到一點(diǎn)聲音了。經(jīng)過可能的故障排查，發(fā)現(xiàn)喇叭突然壞掉了，具體原因不明。但是換了另外一個(gè)喇叭之后，聲音明顯變小，音樂可以傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離也減小了。這個(gè)問題應(yīng)該是與模擬電路的不確定性有較大關(guān)系。九、PCB板圖圖8 紅外光發(fā)送電路PCB板圖9 紅外光接收電路PCB板十、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得體會(huì)通過這次為期兩周的實(shí)驗(yàn)，我掌握了簡(jiǎn)單的紅外通信系統(tǒng)的組成以及設(shè)計(jì)原理，對(duì)紅外線在通信中的作用有了一定的了解。在實(shí)驗(yàn)中，我進(jìn)一步鍛煉了自己搭建電路板、熟練正確使用儀器儀表的能力，并且還學(xué)習(xí)了Protel DXP軟件的使用方法，學(xué)會(huì)了用軟件來繪制和設(shè)計(jì)PCB板。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。理論知識(shí)是停留在書

11、本上的，只有將它正確靈活地運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中來，才能發(fā)揮它的作用。在實(shí)驗(yàn)前，一定要熟悉本實(shí)驗(yàn)的目的及原理，并且要熟練掌握搭建面包板的操作。元器件在面包板上面的布局一定要清晰合理，這次實(shí)驗(yàn)也告訴我，一個(gè)布局清晰合理的面包板不僅美觀，還能幫助你快速看清電路以便排查故障，也能使元器件之間的銜接更加合理。在將元器件插到面包板上之前，一定要確定好器件的取值，看清楚正負(fù)極、管腳編號(hào)等等。實(shí)驗(yàn)中由于器件的正負(fù)極接反，或者是管腳編號(hào)看錯(cuò)而接錯(cuò)元器件而導(dǎo)致電路出現(xiàn)嚴(yán)重問題是很多的。另外，在接入器件之前也要確保器件是好的，提前排除器件損壞的錯(cuò)誤。在實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)意外現(xiàn)象時(shí)，不要盲目更換器件，而是應(yīng)該首先檢查電路的連接，很多時(shí)候問題都出在電路的連接而不是器件上面。在實(shí)驗(yàn)前，一定要熟悉