紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

電子電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)院系：班級(jí)：班內(nèi)序號(hào)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)老師：【實(shí)驗(yàn)名稱】紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)【摘要】語(yǔ)音和音樂(lè)等低頻電信號(hào)一般不適合直接遠(yuǎn)距離傳輸，而是通過(guò)調(diào)制加載到光或者高頻信號(hào)上傳輸出去。本次試驗(yàn)的內(nèi)容，就是設(shè)計(jì)一個(gè)合適的紅外收發(fā)電路，實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的傳輸。紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是光通信系統(tǒng)的一個(gè)重要分支，采用紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行和目前世界上所采用的骨干通信網(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)不用，一個(gè)是大氣，一個(gè)則是光纖?！娟P(guān)鍵詞】關(guān)鍵詞音頻傳輸，調(diào)制，紅外收發(fā)，自激，耦合?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、 掌握簡(jiǎn)單的紅外光通信系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原理；2、 掌握通信電子系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)的方法；3、 掌握紅外發(fā)送、接收電路的設(shè)計(jì)原理和原則；3、 熟悉電路仿真軟件的使用；4、 通過(guò)實(shí)驗(yàn)大家體會(huì)一下通信系統(tǒng)是一個(gè)怎樣的工作模式，為今后更深層次的專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下一個(gè)很好的基礎(chǔ)。【實(shí)驗(yàn)要求】1、 制定合理的實(shí)現(xiàn)方案，要求至少有兩套紅外設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法，理論計(jì)算出元件參數(shù);2、 電路設(shè)計(jì)。根據(jù)自己的實(shí)現(xiàn)方案，提出元器件清單，確定元器件型號(hào)、數(shù)量，從可選方案中選出一套；3、 電路仿真和優(yōu)化。運(yùn)用Protel等工具軟件對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化和仿真；4、 用面包板來(lái)搭建電路并進(jìn)行調(diào)試；5、 測(cè)試電路完成的功能，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)于音樂(lè)電路，能得到清晰的音樂(lè)?！驹O(shè)計(jì)任務(wù)要求】1、 基本要求：1） 設(shè)計(jì)的正弦波振蕩器：f>=1kHz，Uopp>=3V;2） 所設(shè)計(jì)的正弦波振蕩器的輸出信號(hào)作為紅外通信收發(fā)系統(tǒng)發(fā)送端的輸入信號(hào)，在接收端可以接收到無(wú)明顯失真的輸入信號(hào)；3） 接收端LM386增益設(shè)計(jì)G>=200；提高要求：利用音樂(lè)芯片產(chǎn)生樂(lè)曲，調(diào)制LED后發(fā)出，接收端接收到的信號(hào)利用喇叭可以將發(fā)送的樂(lè)曲無(wú)失真的播放出來(lái)，

【設(shè)計(jì)思路及分塊和總體結(jié)構(gòu)】設(shè)計(jì)思路及總體結(jié)構(gòu)框圖如下:紅外設(shè)計(jì)的總體構(gòu)架上圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的紅外通信系統(tǒng)的構(gòu)造圖，通過(guò)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該能進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，當(dāng)然整個(gè)商用的紅外光通信系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜的，這里我們只考慮最基礎(chǔ)和最必要的部分來(lái)完成整個(gè)紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。信號(hào)產(chǎn)生：這里利用了音樂(lè)芯片KD—9300或是LX9300來(lái)完成。LX-9300的接法LX-9300的接法kd-9300的接法信號(hào)產(chǎn)生也可以用RC振蕩器構(gòu)成，信號(hào)的幅度不宜過(guò)大。紅外光發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則主要是考慮紅外發(fā)送管的工作電流，電流過(guò)小，傳輸距離短，電流過(guò)大有容易毀壞發(fā)光管

紅外光發(fā)送電路（3）紅外光接收模塊的設(shè)計(jì)紅外光接收電路（4） 高通濾波器紅外接收的二極管都是光敏二極管，這樣普通燈光也對(duì)其都成一定程度的影響，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，這樣接收效果和靈敏度將顯著提高。（5） 功率放大器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。

TTTTTTTTTf■13■[依相同相地輸\輸A放大器LM386（6）總體電路的設(shè)計(jì)（含電路圖）（7）系統(tǒng)調(diào)制：系統(tǒng)調(diào)制原則：根據(jù)電路原理先調(diào)制各單元電路，然后再整機(jī)調(diào)試。（1） 第一步是調(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；（2） 第二步調(diào)制接收電路。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50-200倍直至輸出為正弦波，確保不是自激信號(hào)或干擾信號(hào)；（3） 第三步是整機(jī)調(diào)試。將發(fā)送電路和接收電路放到一起，在發(fā)送端送入正弦小信號(hào)，觀察輸出信號(hào)波形；（4） 按音樂(lè)芯片CW9300的接線方法焊好管腳，將芯片中音樂(lè)信號(hào)作為輸入信號(hào)，能在喇叭中聽(tīng)到優(yōu)美、無(wú)噪聲的音樂(lè)。一、所實(shí)現(xiàn)的功能說(shuō)明：本實(shí)驗(yàn)完成的基本功能為文氏橋RC振蕩電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)的傳送和接收.文氏橋RC振蕩電路（前級(jí)）產(chǎn)生的一個(gè)頻率為1.5kHz振蕩信號(hào),經(jīng)具有分壓式電流負(fù)反饋電路的共射放大電路（后級(jí)）的LED發(fā)射后由接收電路接收.主要測(cè)試方法為：Icq：用電壓表測(cè)量射極電阻Re1兩端的電壓，由此求出Ieq，利用Ieq^Icq得到Icq的值。LM386的增益：將接收管與LM386連接的電路斷開(kāi)，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)代替接收管接收到的信號(hào)，分別測(cè)出輸入和輸出信號(hào)的幅度，由此計(jì)算出LM386的增益。主要功能：接收電路在Lm386的三管腳之前加一小電容，等于在功率放大之前先消除恒定的外接低頻信號(hào)的干擾，提高接收效果和靈敏度。LM386的放大電路，得到200倍左右的增益，來(lái)驅(qū)動(dòng)0.8W的小喇叭。（其中接收管LED2采用PIN光電二極管或者雪崩光電二極管APD，將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)）主要測(cè)試數(shù)據(jù)為：1.紅外發(fā)送端8050靜態(tài)參數(shù)：Vcc=5.00V；Ubq=2.51V；Ueq=2.02V；Ucq=4.32V；2紅外發(fā)送端LED兩端電流：I=leq=Ueq/Re=2.02V/71=28.45mA;紅外發(fā)送端LED輸出幅度：0.10VLM386增益測(cè)量：輸入小信號(hào)幅值:12mvspeaker兩端幅值：2.16V增益A=2.16V/12mv=180;測(cè)試方法為:：去掉接收管，直接在LM386輸入端加上正弦小信號(hào)，信號(hào)可由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，然后測(cè)出輸入和輸出信號(hào)的幅度，即可計(jì)算出LM386的增益?！竟收霞皢?wèn)題分析】文氏橋RC振蕩電路不能起振：經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查設(shè)計(jì)電路發(fā)現(xiàn),RC串并聯(lián)電路中兩個(gè)R的取值由于自己的疏忽而不一樣，更換電阻，能夠正常起振.信號(hào)經(jīng)具有分壓式電流負(fù)反饋電路的共射放大電路放大后有失真現(xiàn)象：通過(guò)靜態(tài)參數(shù)的測(cè)量后計(jì)算，認(rèn)為電路設(shè)計(jì)不存在問(wèn)題，于是分析后可能是因輸入信號(hào)幅度過(guò)大后引起的飽和失真所致.通過(guò)調(diào)節(jié)前級(jí)信號(hào)源電路的滑動(dòng)變阻器減小了輸出信號(hào)的幅度，失真明顯減小，波形較好.信號(hào)接收端出現(xiàn)自激:為檢查是否為接收電路出問(wèn)題，首先去掉發(fā)射信號(hào)而從函數(shù)信號(hào)發(fā)生器引入一個(gè)頻率為1kHz幅度為1v的正弦信號(hào)，從輸出端得到了信號(hào)仍然有干擾，這說(shuō)明接收電路出現(xiàn)了問(wèn)題.最初懷疑是電路中含有的高頻分量引起，于是在輸出端并接一旁路電容，以去除高頻干擾.但是波形仍然有干擾.后來(lái)反復(fù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得以解決問(wèn)題，不過(guò)未能徹底消除干擾.在擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)中，沒(méi)有紅外信號(hào)音樂(lè)依然奏響：將發(fā)射電路遠(yuǎn)離接受電路，聲音強(qiáng)度沒(méi)有絲毫降低，后來(lái)干脆將發(fā)射電路斷開(kāi)，音樂(lè)依然奏響.后來(lái)想可能是因?yàn)橐魳?lè)芯片電路與接收電路共用一個(gè)面包板，聲音繞過(guò)發(fā)射電路而直接傳給了接收電路所致.于是我將音樂(lè)芯片電路轉(zhuǎn)到了發(fā)射電路所在面包板，最后得到了正確的結(jié)果：改變發(fā)射端與接收端的距離及方位，聲音強(qiáng)度均隨之而發(fā)生變化.在接收方面，經(jīng)反復(fù)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，信號(hào)的接收與兩個(gè)管子之間的正對(duì)角度及之間障礙物的阻隔有很大關(guān)系，開(kāi)始不注意接收到的信號(hào)很微弱，調(diào)整后才能清晰地聽(tīng)到。實(shí)驗(yàn)中曾出現(xiàn)拿書(shū)擋在發(fā)送管和接收管之間依然有音樂(lè)產(chǎn)生的現(xiàn)象，分析原因可能為所用LED為廣角的，并且發(fā)送功率較大所致，改變LED角度后發(fā)現(xiàn)樂(lè)音明顯減弱，但仍有輸出。【問(wèn)題分析】問(wèn)題：將紅外的發(fā)送接收電路結(jié)在一起調(diào)試的時(shí)候，示波器上顯示波形不穩(wěn)定，干擾信號(hào)很多。答：這是電路上出現(xiàn)了自激現(xiàn)象，在電源與地之間并聯(lián)一個(gè)大電容（100uF左右）以及一個(gè)小電容（0.1uF）即可以解決自激問(wèn)題。問(wèn)題：電路搭好之后，將紅外接收管拔掉，喇叭仍能夠有音樂(lè)出來(lái)。答：這樣的現(xiàn)象說(shuō)明，電路的傳輸并沒(méi)有經(jīng)過(guò)紅外收發(fā)管，出現(xiàn)了耦合現(xiàn)象。檢查電路發(fā)現(xiàn)發(fā)送部分與接收部分的供電是同一組電源線，改為兩組共地的電源線分別供電后，耦合現(xiàn)象消失。

【紅外收發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用探索】紅外光傳輸距離短，但是電路工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，易于大規(guī)模投產(chǎn)。在多種領(lǐng)域得于應(yīng)用。比如可以用于統(tǒng)計(jì)進(jìn)出某個(gè)大門(mén)的人數(shù)，車(chē)輛：比如可以在門(mén)口左右設(shè)置兩排LED，一排接收，一排為發(fā)送，如圖中所示方向，記錄進(jìn)入人數(shù)，當(dāng)led6先接收到信號(hào)時(shí)，即led6的接收被阻擋了的時(shí)候，此時(shí)表示人按照箭頭方向進(jìn)入，此時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)。【PROTEL繪制的原理圖及PCB板】Protel繪制的原理圖見(jiàn)【設(shè)計(jì)思路及分塊和總體結(jié)構(gòu)】板塊，下面給出由此生成的pcb板：紅外收發(fā)系統(tǒng)發(fā)送端:其3D效果圖如下:紅外收發(fā)系統(tǒng)接收端PCB板:其3D效果圖如下:【所用元器件及測(cè)試儀表清單】1、 805012、 紅外發(fā)送管30313、 紅外接收管30214、 LM38615、 可變電阻器（10k，100k）各16、 電阻（2k）17、 電阻（2.5k，）18、 電阻（30，50）各19、 電阻（10）210、電解電容（100u，33u，250u，10u）各111、 電容（0.05u，0.01u）各210、喇叭112、 kd9300113、 發(fā)光管114、 按鍵開(kāi)關(guān)1【實(shí)驗(yàn)所用儀器】函數(shù)信號(hào)發(fā)生器示波器晶體管毫伏表萬(wàn)用表直流穩(wěn)壓電源【總結(jié)和結(jié)論】本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)經(jīng)過(guò)紅外發(fā)送和接收完成較遠(yuǎn)距離的輸送。信號(hào)有效傳送距離大于兩米。基本實(shí)現(xiàn)了紅外收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該次實(shí)驗(yàn)是我第一次獨(dú)立的完成從開(kāi)始的設(shè)計(jì)到最后的調(diào)試，在整個(gè)過(guò)程中學(xué)到很多，經(jīng)過(guò)這次實(shí)驗(yàn)我基本解了簡(jiǎn)單的紅外光通信系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原理，初步了解了通信電子系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)的方法，和紅外發(fā)送、接收電路的設(shè)計(jì)原理和原則，熟悉了電路仿真軟件proteldxp的使用。也深刻地感受到只有靈活運(yùn)用所學(xué)的電路分析理論知識(shí)才能與實(shí)踐完美的結(jié)合起來(lái)。做實(shí)驗(yàn)之前首先應(yīng)該熟悉各個(gè)器件的使用，以及檢查各個(gè)器件是否是有問(wèn)題，確保器件都正常地前提下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣可以提高實(shí)驗(yàn)效率，也可以提前排除由于器件不好引出的不合理的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)意外現(xiàn)象的時(shí)候，應(yīng)該仔細(xì)檢查電路找到問(wèn)題在哪里然后再著手解決，不可以遇到問(wèn)題就直接盲目的導(dǎo)出亂改電路，這樣反而降低了實(shí)驗(yàn)效率。1、 掌握了簡(jiǎn)單的紅外光通信系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原理；2、 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，較好地了解了系統(tǒng)的調(diào)試，深切體會(huì)到系統(tǒng)調(diào)試的重要性，在檢查電路自激現(xiàn)象的時(shí)候就是通過(guò)分單元調(diào)試得出的結(jié)論，從而得以解決問(wèn)題，這很好的地高了自主實(shí)驗(yàn)的能力。3、 通過(guò)實(shí)驗(yàn)節(jié)本了解了通信系統(tǒng)的工作模式，提供今后的專業(yè)課程學(xué)習(xí)一個(gè)很好的框架性的認(rèn)識(shí)。4、 通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與修改，以及通過(guò)對(duì)芯片kd9300及l(fā)m386的查閱，初步了解了datasheetd的查閱。5、 實(shí)驗(yàn)前一定要把實(shí)驗(yàn)原理弄清楚，及時(shí)查閱資料，實(shí)驗(yàn)要大膽，細(xì)心。本次實(shí)驗(yàn)歷時(shí)近一個(gè)月，整個(gè)過(guò)程顯得繁瑣，實(shí)驗(yàn)原理清晰，簡(jiǎn)單明了，關(guān)鍵在于調(diào)試，一次次地解決線路搭接，系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，在試驗(yàn)中要敢于嘗試，敢于該進(jìn)，遇到不會(huì)的或者暫時(shí)不能解決的不能急躁，學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，提高自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提高?dú)立思考解決問(wèn)題能力，實(shí)驗(yàn)的最終成功給與了我很大鼓舞。提高了我對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣！【參考文獻(xiàn)】《電子測(cè)量與電子電路實(shí)驗(yàn)》 張?jiān)伱返缺本┼]電大學(xué)出版社《通信電子電路》劉寶玲胡春靜