紅外聲音傳輸系統(tǒng)報告

技術(shù)報告紅外聲音傳輸系統(tǒng)技術(shù)報告一、 引言：在電子消費領(lǐng)域當(dāng)中，紅外產(chǎn)品的使用較為普遍，它多用于簡單的近距離控制，如家電，玩具，各種抄表系統(tǒng)。紅外通信過程主要由紅外發(fā)射和紅外接收兩個過程，通常有兩種實現(xiàn)方式。第一種是將進(jìn)入發(fā)射裝置的模擬信號直接發(fā)送出去，模擬的電壓信號的強弱轉(zhuǎn)換成光強，接收端接收到光強的變化，進(jìn)而將接收到的光強再轉(zhuǎn)換成模擬電壓或者電流信號，得到的信號跟發(fā)射的信號變化規(guī)律相同，這樣就實現(xiàn)了通信。另外一種方式是將要發(fā)射出去的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將數(shù)字信號送給紅外發(fā)射電路，經(jīng)該電路的調(diào)制轉(zhuǎn)變成紅外光信號在空中傳輸，然后紅外接收電路收到該紅外光信號，經(jīng)過該電路的解調(diào)，將此紅外光信號還原成可被單片機或其他處理系統(tǒng)處理的信號，由單片機或其他處理系統(tǒng)內(nèi)部處理得到原來的數(shù)據(jù)編碼。紅外通信有自己優(yōu)點，比如其安全性高，但是也有一定的缺點，例如傳輸距離短等，但是紅外通信有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ虼搜芯考t外通信也有比較大的意義，所以我們選做了這個紅外聲音傳輸系統(tǒng)。二、 任務(wù)及要求：設(shè)計一紅外語音傳輸系統(tǒng)，可將話筒收到的語音信息通過紅外傳輸?shù)姆绞絺鞯?.5米以外的地方重放。基本要求放大器1、2的增益為40db，增益可調(diào)。帶通濾波器的帶通300Hz-3.4kHz。實時實現(xiàn)語音傳送，傳輸距離＞20cm。發(fā)揮部分將語音信號放大濾波后進(jìn)行A/D采樣并存儲在存儲器中，以數(shù)字量形式輸出(串行)紅外發(fā)射。紅外接收并經(jīng)過數(shù)字輸入存在在存儲器中，D/A轉(zhuǎn)換輸出語音信號，揚聲器輸出。傳輸距離1米以上。聲音可重放，在1、2的基礎(chǔ)上傳輸距離2.5米以上。圖形顯示語音波形。三、 紅外聲音傳輸系統(tǒng)的整體設(shè)計思路：【基礎(chǔ)部分的設(shè)計:】基礎(chǔ)部分的實現(xiàn)就是用到了紅外通信的第一種方式。發(fā)射端發(fā)射端和濾波，實現(xiàn)電壓放大可以考慮使用運放，接成同相放大器或者反相放大器都可以實現(xiàn)要求，但是注意的是，從拾音器過來的電壓信號非常微弱，極易被噪聲淹沒，以此輸入放大之前要接差分放大電路以減小噪聲干擾，經(jīng)過差分放大電路之后的信號在接入放大器，實現(xiàn)電壓信號的放大。2、 為了保證信號的質(zhì)量，必須對放大的電壓信號進(jìn)行濾波，考慮到人說話的頻率范圍有限，也即達(dá)到設(shè)計要求時的帶寬，應(yīng)該做一個帶通濾波電路，為了濾波的效果更好，可設(shè)計雙電源供電的有源濾波器，使用的芯片可以使NE5532或者LM324，經(jīng)過計算得出相應(yīng)的元器件參數(shù)，可以使用仿真軟件進(jìn)行一下仿真之后再搭電路進(jìn)行調(diào)試。3、 通過濾波器之后的模擬信號進(jìn)入到紅外發(fā)射裝置，由于沒有找到合適的紅外二極管發(fā)射和接受裝置，我們選用了其他頻段的電磁波來實現(xiàn)無限發(fā)射和接受，通過光強實現(xiàn)通信，在接收端收到光強的變化，經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到的是按照相同規(guī)律變化的模擬信號。4、 將模擬信號再用同樣的過程進(jìn)行放大和濾波。5、 要想從揚聲器得到聲音的重現(xiàn)，必須進(jìn)行功率放大，所以需做功率放大電路，將經(jīng)過濾波后的模擬信號放大之后，就可以就聲音信號放出來?！景l(fā)揮部分的設(shè)計】發(fā)揮部分的設(shè)計就是運用了紅外通信的第二類方式，只要在基礎(chǔ)部分上在一部分改進(jìn)就可以實現(xiàn)，同時紅外的發(fā)射和接收裝置也必須改動，及使其能發(fā)射和接收數(shù)字信號。1、要實現(xiàn)模擬信號向數(shù)字信號的變化，需要使用ARM控制進(jìn)行采樣，設(shè)計過程中需考慮設(shè)置AD（或DA）的分辨率、采樣時間、以及如何做到存儲問題。2、紅外發(fā)射和接收裝置的實現(xiàn)需用到一對RPM882-H14，該器件能數(shù)字信號通過紅外發(fā)射出去并實現(xiàn)接收。四、紅外聲音傳輸系統(tǒng)分步實現(xiàn)：【基礎(chǔ)部分的實現(xiàn)】1、拾音器輸入信號聲音經(jīng)過拾音器進(jìn)入電路時要進(jìn)行差分放大，減小噪聲的干擾，確保聲音信號能夠進(jìn)入電路。具體電路如下:R1-"Wv-i.(jki>hrn:1QuF1.OkohmR2^l.bkohm注：進(jìn)過計算后用到的元器件大小如圖所示用到的主要運放是OP37，其主要功能如下:vD5tbw-FN+DMV-0叵E叵F1III11]MC二NOCONNECTTOC\o"1-5"\h\z電源電壓 22V內(nèi)部電壓 22 V輸出短路持續(xù)時間 不定差動輸出電壓(Note?) ()7 V差動輸出電流(Note2) 25mA儲存溫度范圍 -65°Cio+150&C工作溫度范圍OP37A一…一一 .一一+125”匚OP37E(Z) -25QC to+85flCOP37EtOP-37F(Pj 0°C to7(^COP37G(P(S,Z) -40°Ctn+85°C溫度范圍i焊接60秒) 30(rC交界處溫度 -45，C心十I5O"C2、帶通濾波器的實現(xiàn)設(shè)計為帶通濾波器，要求帶寬為300Hz到3.4KHZ,其由兩部分構(gòu)成，一部分是低通濾波器，一部分是高通濾波器，分別使用LM324n和5532和實現(xiàn)（1）低通濾波器電路原理圖如下:R4--lO.kQh.m.t；2kohm12VR4--lO.kQh.m.t；2kohm12V注：進(jìn)過計算后用到的元器件大小如圖所示元件參數(shù)計算方式大致如下：上限截止頻率：fH=1/(2PiRC)=3.4KHz令R=330O則C=150nf選增益Au=Rf/R1+1=1.2取Rf=10K則R1=62KLM324N的主要功能如下：四運算放大器★L(fēng)M324內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)倪\算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。特點★內(nèi)部頻率補償★直流電壓增益高(約100dB)★單位增益頻帶寬(約1MHz)★電源電壓范圍寬：單電源(3—32V)；雙電源(±1.5—±16V)★低功耗電流，適合于電池供電★低輸入偏流★低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流★共模輸入電壓范圍寬，包括接地★差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍★輸出電壓擺幅大(0至VCC-1.5V)LM324的封裝形式為塑封14引線雙列直插式。高通濾波器的電路如下:

注：進(jìn)過計算后用到的元器件大小如圖所示元件參數(shù)計算方式大致如下：下限截止頻率：fH=1/(2PiRC)=300Hz令R2=R3=50K則C1=C2=10nf取增益為Au=Rf/R1+1=1.8取Rf=48K則R1=62KLM324N的主要功能如下：NE5532P的主要功能如下：引腳圖如下：NE5532P是雙電源供電，8引腳接止電源，4引腳接負(fù)電源，1是A輸出2是A同相輸入，3是A反相輸入，7是B輸出，6是B反相輸入，5是B同相輸入。3、功率放大器的實現(xiàn)：經(jīng)過放大濾波的信號要想從揚聲器輸出，必須進(jìn)行功率放大，因此要進(jìn)行功率放大器實現(xiàn)。功率放大器的具體電路如下所示：注：進(jìn)過計算后用到的元器件大小如圖所示用到的主要芯片是LM386，它是專門為低損耗電源設(shè)計的功率放大器集成電路，它的內(nèi)建增益為二十，通過PIN1腳和PIn8腳位間電容的搭配，增益最高可達(dá)兩百。引腳圖及參數(shù)如下：

【發(fā)揮部分的實現(xiàn)】增益設(shè)定二增益理定根限￥96電源電印LM386N-L-3.LM386M-1)15V電源電壓(LM386N-4)22V封裝符散LM386N〉L25WLM306M)0.73WLM386MM*1>O,595W【發(fā)揮部分的實現(xiàn)】增益設(shè)定二增益理定根限￥96電源電印LM386N-L-3.LM386M-1)15V電源電壓(LM386N-4)22V封裝符散LM386N〉L25WLM306M)0.73WLM386MM*1>O,595W世入電壓儲存溫度-6SE至+150E操作溫結(jié)溫+15UT'反向輸入正向椅入——旁路—+電源1、 AD采樣與數(shù)字存儲的功能實現(xiàn)(DA的過程與此類似)該模塊的實現(xiàn)需要用ARM控制，通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)AD及DA的轉(zhuǎn)換，同時控制采樣時間、分辨率，并實現(xiàn)存儲功能。(1)分辨率：12位，參考電壓為2.5V，最小檢測精度為2.5mv(2)采樣時間：整個系統(tǒng)帶寬最大為3.4Khz，跟蹤信號系統(tǒng)中的采樣定理，為了真實還原信號，本設(shè)計采用的采樣時間為34Khz（3）存儲功能的實現(xiàn)：ARM系統(tǒng)本身開發(fā)了一個較大存儲空間，可以存儲一定量的聲音信號。（4）輸出波形的顯示：將輸出的信號加到液晶顯示屏上，就可以觀測到聲音波形。2、紅外發(fā)射和接收功能的實現(xiàn):紅外發(fā)生裝置的核心器件使用的是RPM882-H14。其主要結(jié)構(gòu)如下:主其主要結(jié)構(gòu)如下:主它能夠?qū)⑹盏降臄?shù)字信號通過紅外發(fā)射出去，在接收端有同樣的一個元件進(jìn)行接收，這樣就實現(xiàn)了兩端之間的通信，得到的熟悉信號跟發(fā)射的數(shù)字信號相同。五、測試方案及測試結(jié)果：1、 放大器的測試及結(jié)果：將放大器的輸入端接入0.05V（最大值），1KHz的電壓（使用信號源），用示波器測量輸出，記錄幅值。測試結(jié)果：輸出峰峰值10V左右，并可調(diào)，說明放大了100倍，增益可調(diào)功能實現(xiàn)。2、 濾波器的測試方案及結(jié)果：用信號源產(chǎn)生1V的不同頻率的信號加到濾波器的輸入端，用示波器測輸出，觀察幅值。測試結(jié)果：頻率為200Hz及其以下時候發(fā)生較為明顯的衰減，幅值約為300mv，頻率大于4KHz的時候幅值降到400mv左右，中間頻率的幅值沒有衰減，因此帶寬約為200HZ到4KHz，與要求的帶快有一定的差異，但仍然可以使用。3、 AD采樣及存儲（包括。入）的測試方案及結(jié)果：用ARM寫好AD及DA轉(zhuǎn)換的程序后，用信號發(fā)生器給電路輸入模擬信號，檢測輸出的信號；同時再將輸出的信號輸入到。人轉(zhuǎn)換器，檢測得到的模擬量，將最終得到的模擬量與最初的模擬量進(jìn)行比較，觀察失真程度。測試結(jié)果：波形變化趨勢基本一致，誤差在允許的范圍之內(nèi)，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)換4、 紅外發(fā)射和接受裝置的測試及結(jié)果：用計算機串口給RPM882-H14輸入數(shù)字信號，在接收端將另外一個RPM882-H14接受，檢測接收到的信號，并與發(fā)射信號進(jìn)行比較，進(jìn)而驗證發(fā)射和接收裝置能否工作。測試結(jié)果：在保證兩個RPM882-H14對準(zhǔn)的情況下能夠檢測到跟輸入信號幾乎一致的信號，如果兩個元件出現(xiàn)一定的角度誤差，接受的信號會出現(xiàn)偏差。5、 功率放大器的測試及結(jié)果：用MP3或者手機輸入音頻信號，看揚聲器時都能發(fā)出聲音。測試結(jié)果：出聲，有一定的噪音。六、注意事項及部分說明：1、 芯片需要雙電源供電，電源不能接反，否則會燒壞芯片。2、 部分引腳或接線裸露，測試時注意不可短路。3、 部分導(dǎo)線極細(xì)，焊接不是特別結(jié)實，取放時注意不要拽斷。4、 紅外的發(fā)射和接收裝置必須較為準(zhǔn)確的相對，否則接收到的信號出現(xiàn)失真，因此發(fā)射和接收裝置最好使用固定裝置。5、 電源的提供：實現(xiàn)該系統(tǒng)的功能需要正負(fù)12V、2.8V、5V的直流穩(wěn)壓電源。正負(fù)12V及5V的電源可以直接從電子科技市場買到，能將220V的交流電變成正負(fù)12V百流電源輸出，2.8V的電源可以使用電池提供