紅外通信電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

-.z設(shè)計(jì)課題題目：紅?外?通?信一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)紅外光通信裝置。1.2要求1.根本要求〔1〕紅外光通信裝置利用紅外發(fā)光管和紅外光接收模塊作為收發(fā)器件，用來(lái)定向傳輸語(yǔ)音信號(hào)，傳輸距離為2m，如圖1所示。圖1紅外光通信裝置方框圖〔2〕傳輸?shù)恼Z(yǔ)音信號(hào)可采用話筒或Φ3.5mm的音頻插孔線路輸入，也可由低頻信號(hào)源輸入；頻率*圍為300~3400Hz?！?〕接收的聲音應(yīng)無(wú)明顯失真。當(dāng)發(fā)射端輸入語(yǔ)音信號(hào)改為800Hz單音信號(hào)時(shí)，在8Ω電阻負(fù)載上，接收裝置的輸出電壓有效值不小于0.4V。不改變電路狀態(tài)，減小發(fā)射端輸入信號(hào)的幅度至0V，采用低頻毫伏表〔低頻毫伏表為有效值顯示，頻率響應(yīng)*圍低端不大于10Hz、高端不小于1MHz〕測(cè)量此時(shí)接收裝置輸出端噪聲電壓，讀數(shù)不大于0.1V。如果接收裝置設(shè)有靜噪功能，必須關(guān)閉該功能進(jìn)展上述測(cè)試?！?〕當(dāng)接收裝置不能接收發(fā)射端發(fā)射的信號(hào)時(shí)，要用發(fā)光管指示。2．發(fā)揮局部〔1〕增加一路數(shù)字信道，實(shí)時(shí)傳輸發(fā)射端環(huán)境溫度，并能在接收端顯示。數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)延不超過(guò)10s。溫度測(cè)量誤差不超過(guò)2℃。語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)字信號(hào)能同時(shí)傳輸?！?〕設(shè)計(jì)并制作一個(gè)紅外光通信中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，以改變通信方向90°，延長(zhǎng)通信距離2m，如圖2所示。語(yǔ)音通信質(zhì)量要求同根本要求〔3〕。中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)采用5V直流單電源供電，電路見(jiàn)圖3。串接的毫安表用來(lái)測(cè)量其供電直流電流?！?〕在滿足發(fā)揮局部〔2〕要求的條件下，盡量減小中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)供電電流?！?〕其他。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案方案一、音頻信號(hào)紅外轉(zhuǎn)發(fā)器有發(fā)射和接收兩局部構(gòu)成，發(fā)射和接收局部均由12V穩(wěn)壓電源供電。發(fā)射局部：音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)鑒頻后的伴音信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管VT放大后推送到紅外發(fā)射管由于發(fā)射管的發(fā)射強(qiáng)度與通過(guò)其電流成正比，所以，紅外管便收到了音頻信號(hào)的調(diào)制。為了增加傳輸距離，使用兩個(gè)紅外管并設(shè)置一定的偏置。接收局部：紅外線接收管被音頻信號(hào)調(diào)制的紅外光照射到時(shí)，在其兩端產(chǎn)生一個(gè)與音頻信號(hào)變化規(guī)律一樣的電信號(hào)，經(jīng)電容耦合至一塊音頻放大集成電路LM386，進(jìn)展放大，并將信號(hào)傳至擴(kuò)音器。音頻信號(hào)輸入音頻信號(hào)輸入三極管放大電路紅外發(fā)射管紅外承受管音頻放大集成電路音頻信號(hào)輸出方案二、模擬通信，將模擬信號(hào)與載波進(jìn)展調(diào)制，使其帶有一定載波特性，又不失模擬信號(hào)的獨(dú)特性，接收端通過(guò)低通濾波器，復(fù)原初始模擬信號(hào)。綜合分析，最終選擇方案一。三、單元電路分析與設(shè)計(jì)〔1〕音頻發(fā)射端電路當(dāng)信號(hào)加在圖中P4端信號(hào)輸入時(shí)，經(jīng)耦合電容C5〔10μ〕的隔直作用后會(huì)在三極管的基極加上一組和音頻信號(hào)一樣變化的電流，在由其的放大作用，驅(qū)動(dòng)兩紅外發(fā)光管。使其對(duì)音頻信號(hào)的幅度大小同步調(diào)制，轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外信號(hào)發(fā)送出去。由于每只紅外發(fā)光管的正向壓降均為1.15V，發(fā)射功率都小于100mW，將兩只紅外管進(jìn)展串聯(lián)的目的在于提高紅外線的發(fā)射功率。此外，由于紅外發(fā)光管的輻射角度有限，因此在設(shè)計(jì)電路板時(shí)需將作用區(qū)有疊加地排列?！?〕發(fā)射局部用到的元器件及其相關(guān)參數(shù)耦合電容C1(10uF)電阻R1(43K)電阻R2(13K)電阻R3*(5K)三極管VT8050發(fā)射管VD1和VD2注：三極管VT應(yīng)選用8050中功率管，PCM=300mW,ICM=500mA；R2的功率不小于1/4W；因?yàn)檎{(diào)試時(shí)是要求三極管VT的靜態(tài)電流為30mA左右的，則R1應(yīng)選用可調(diào)電阻；紅外發(fā)射管的輻射角一般在60度左右，所以安裝時(shí)要使它們的輻射有一局部重迭。所以安裝時(shí)要使它們的輻射有一局部重迭〔3〕、接收端接收器由光電轉(zhuǎn)換、電源、耳機(jī)插孔及音頻放大器四大局部組成，接收器電路如上圖所示。經(jīng)調(diào)制的紅外信號(hào)首先被紅外光敏管接收并轉(zhuǎn)換為變化規(guī)律和音頻信號(hào)一樣的電信號(hào)，相當(dāng)于經(jīng)過(guò)耦合電容C2隔直作用后，再由LM386放大后再由路解調(diào)并復(fù)原為音頻信號(hào)。〔4〕紅外串行通信接口單片機(jī)本身并不具備紅外通信接口，但可以利用單片機(jī)的串行接口與片外的紅外發(fā)射和接收電路，組成一個(gè)應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的，紅外發(fā)送器如下列圖所示發(fā)送器電路包括脈沖振蕩器、驅(qū)動(dòng)管Q1和Q2、紅外發(fā)射管D1和D2等局部。其中脈沖振蕩器由NE555定時(shí)器、電阻〔R1、R2〕和電容〔C1、C2〕組成，用以產(chǎn)生38kHz的脈沖序列作為載波信號(hào)；紅外發(fā)射管D1和D2向外發(fā)射950nm的紅外光束。紅外發(fā)送器的工作原理為：串行數(shù)據(jù)由單片機(jī)的串行輸出端T*D送出并驅(qū)動(dòng)T1管，數(shù)位“0〞使Q2管導(dǎo)通，通過(guò)Q1管調(diào)制成38kHz的載波信號(hào)，并利用兩個(gè)紅外發(fā)射管D1和D2以光脈沖的形式向外發(fā)送。數(shù)位“1〞使Q1、Q2管截止，紅外發(fā)射管D1和D2不發(fā)射紅外光。假設(shè)傳送速率設(shè)為1200b/s，則每個(gè)數(shù)位“0〞對(duì)應(yīng)32個(gè)載波脈沖調(diào)制信號(hào)的時(shí)序四、軟件局部設(shè)計(jì)五、安裝與調(diào)試1、紅外發(fā)射模塊通信的調(diào)試與測(cè)試發(fā)射模塊通信的調(diào)試與測(cè)試主要包括各種按鍵控制指令的通信測(cè)試和載波輸出信號(hào)的測(cè)試?！?〕按鍵指令測(cè)試:在實(shí)際調(diào)試中，按鍵指令測(cè)試可以先通過(guò)觀察在控制端逐一按鍵時(shí)紅外發(fā)射二極管發(fā)光的亮滅情況來(lái)判斷，每按下一鍵后，發(fā)射二極管閃爍著亮，說(shuō)明按鍵信息有用，發(fā)射管有編碼信號(hào)輸出。當(dāng)然，我們也可以利用串口來(lái)測(cè)試，在發(fā)射板上我們已經(jīng)設(shè)計(jì)安裝了一個(gè)串行口通信電路，通過(guò)其接口和電腦聯(lián)機(jī)，可以將按鍵的鍵值在電腦屏幕上顯示出來(lái)(需要運(yùn)行串口調(diào)試軟件)。這樣，通過(guò)檢測(cè)用戶的按鍵輸入，與實(shí)際中返回的指示狀態(tài)可以用來(lái)判斷發(fā)射模塊的通信是否成功?！?〕載波輸出信號(hào)的測(cè)試:載波信號(hào)的測(cè)試可以通過(guò)邊改變載波電路中精細(xì)可調(diào)變阻器RP1的阻值大小邊用示波器觀察電路輸出端的頻率來(lái)進(jìn)展調(diào)試，務(wù)必要調(diào)到使輸出端輸出的頻率為38KHz的載波信號(hào)。通過(guò)上述對(duì)按鍵指令和載波頻率的測(cè)試進(jìn)展屢次，均告準(zhǔn)確無(wú)誤后，則可以認(rèn)為紅外發(fā)射模塊通信準(zhǔn)確，可以完畢發(fā)射模塊的調(diào)試與測(cè)試過(guò)程。2、紅外接收模塊通信的調(diào)試與測(cè)試紅外接收模塊的測(cè)試需要用到發(fā)射模塊的支持與配合，通過(guò)發(fā)射模塊發(fā)射控制按鍵信息，觀察接收模塊數(shù)碼顯示電路的顯示與報(bào)響電路的報(bào)響，來(lái)判斷驗(yàn)證接收模塊的接收解碼成功與否。在細(xì)節(jié)電路的測(cè)試方面，需要注意的是要檢查一下紅外接收頭的三個(gè)管腳的接法是否正確，哪個(gè)是接電源的，哪個(gè)是接地的，哪個(gè)是數(shù)據(jù)輸出的，一定要分清。目前市場(chǎng)上各種的紅外接收頭種類繁多，型號(hào)混雜，不同種類和型號(hào)的接收頭其三個(gè)管腳的接法是不一樣的，一定需要分清管腳后才能接上去。切記！否則很容易就會(huì)燒壞接收頭。對(duì)于型號(hào)的接收頭，可以在買的時(shí)候從包裝袋上讀得管腳的接法，而對(duì)于未知型號(hào)的接收頭，則可以像測(cè)試三極管管腳一樣用萬(wàn)用表測(cè)量三個(gè)腳之間的電壓關(guān)系而判斷出來(lái)。單片機(jī)紅外接收模塊調(diào)試確認(rèn)無(wú)誤后，可以確定接收模塊的接收解碼通信已經(jīng)成功，可以完成單片機(jī)紅外接收模塊的通信調(diào)試與測(cè)試了。當(dāng)然，這個(gè)模塊的調(diào)試與測(cè)試完成，也就意味單片機(jī)紅外通信整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試的全部完成，系統(tǒng)可以交付使用，形成產(chǎn)品，同時(shí)也可以在這個(gè)根底上進(jìn)展下一步的開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展了。六、系統(tǒng)測(cè)試與分析測(cè)試條件與儀器測(cè)試條件：檢查屢次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全一樣，并且檢查無(wú)誤，硬件電路保證無(wú)虛焊。測(cè)試儀器：高精度的數(shù)字毫伏表，模擬示波器，數(shù)字示波器，數(shù)字萬(wàn)用表，指針式萬(wàn)用表。分析結(jié)果：作品沒(méi)能達(dá)成根本要求。七、心得經(jīng)過(guò)這次競(jìng)賽題目的設(shè)計(jì)，根本完成焊接工作而已，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)任何要求，感觸頗深的是解決問(wèn)題的方法、技巧。在這設(shè)計(jì)中，我們遇到許許多多問(wèn)題，對(duì)待問(wèn)題要多方法、多角度處理。通過(guò)這幾天的設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目的制作過(guò)程，這對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和工作不無(wú)裨益。當(dāng)然，我們的設(shè)計(jì)還存在著一些缺陷，有待于在將來(lái)設(shè)計(jì)中進(jìn)一步提高，在方案選擇方面欠考慮，軟件仿真方面沒(méi)有做到細(xì)致，很多根本問(wèn)題都沒(méi)能及時(shí)解決，在制作過(guò)程中急于求成，沒(méi)有很好的考慮各方面的問(wèn)題。在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中也沒(méi)能很好配合。八、參考文獻(xiàn)[1]金永福,王黎欽.計(jì)算機(jī)串口紅外通信接口技術(shù)[J].電子技術(shù),2004[2]汪井源,*正線.無(wú)線光通信中的PPM調(diào)制[J].電訊技術(shù),2004[3]*培仁,*占輝,等.MCS51單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].:清華大學(xué),2002.[4]Wi