红外收发系统设计-电子设计大赛报告论.doc

全国大学生电子设计竞赛F题设计报告目录一、摘要. 1二、关键词. 2 三、系统方案的设计与比较. 41. 方案一：单片机处理法. 42. 方案二：电压放大法. 53. 方案三：调制解调法. 6四、单元模块的设计. 61. 声-电转换模块. 62. 红外发射模块. 73. 红外接收模块. 84电-声转换模块. 9五、系统测试与结果. 10六、设计总结. 11七、参考文献. 11第 11 页 共 11 页红外光通信装置设计报告1、 摘要本装置预计采用红外光通信系统，该系统由声-电转换模块、红外光发送模块、红外光接收模块和电-声转换模块四部分构成。实现对声音信号的产生、发送、接收以及实现对声音的滤波消除干扰和功率放大。为了增大接收距离，增加发射能量，我们增加了一级简单的功率放大器，同时推动7支红外发射管（见后文图）发射语音信号，为了滤除干扰光接收部分采用了廉价简易的滤光片，实验采用音频插孔线路输入语音信号，耳机输出语音信号，用示波器测试输出发射与接收波形（见后文图）。为了完成以上几个基本要求设计了三套方案，经过对方案的论证与比较后，选出了一套简易可行，成本较低的方案。AbstractThis device uses infrared light communication system, which by the sound - electric conversion module, the infrared light transmitting module, an infrared light receiving module and the electric - acoustic conversion module of four parts. To achieve the sound signal generation, transmission, reception and filtering to achieve the sound eliminate interference and power amplification. Using audio jack line input speech signal, headphone output speech signal, using protel software designed to send and receive voice circuits, and then practice the welding circuit, the test output waveform with an oscilloscope.More than a few basic requirements in order to complete the design of the three programs, through the program of the demonstration and comparison, we have selected a set of simple and feasible, low cost solution.2、 关键词：红外光、音频放大、滤光片、TL084运放、CD40106斯密特触发器三、系统方案的设计与比较方案一：单片机处理法发射部分由晶振CRY，反相器74HC04及电阻、电容构成的振荡器产生方波信号。经脉冲分频器74LS92，六分频，再经过D触发器构成的2分频/整形电路变成频率低的方波信号。由单片机的异步串行口TX输出的串行数据信号，送到与非门74HC00的输入端。与非门的另一输入端接载波信号，从而控制红外发射管发送信息。接收部分采用一种高效能的红外接收器德律风根TFMS5380组件内已装上了接收二级管和前置放大器。说明：此方案成本高，TFMS5380在网上一直买不到，且发射部分不易控制。方案二：电压放大法首先主要用KD-9300芯片构成音乐产生电路，发出电信号，再经过一个分压式共射电路适当放大信号，并通过LED红外发送管转化为光信号发送。信号经接收管接收后，通过运放电路得到较高的输出功率，驱动喇叭发出音乐芯片的音乐。以下是红外光发送模块和接收模块电路原理图： 说明：此方案看似简单，但经过我们小组的测试发送模块很难成功处理声音信号，所以不用此方案。方案三：调制解调法采用音频插孔线路输入语音信号，耳机输出语音信号，用protel软件设计声音发送和接收电路，然后实际操作焊接电路，用示波器测试输出波形。以下是我们的模块流程图：经过我们小组讨论一直觉得此方案既容易实现成本也很低，还符合废物利用的原则。四、单元模块设计1. 声-电转换模块的设计 用麦克风、话筒、或蓝牙均可将声音信号转换为电信号，为了方便起见我们选用音频插孔线路输入声音信号，将转换后的声音信号送入发射电路进行放大处理。2. 发射模块的设计红外线发射电路：下图是红外线发射电路，图中的MIC是一种常用的动圈式话筒，其输出阻抗为20000（高阻动圈式 话筒）。话筒的输出加到运放IC1的反相端进行信号放大。这里仅用了一级放大器。为了获得足够的增益，其反馈电阻Rf用的很大（可到10M），所以其运放的增益AV10721035103（74dB）。 为了增大接收距离，应增加图2电路的发射能量，只要增加一级简单的功率放大器，同时推动7支红外发射管（或更多的），即可增大发射能量、扩大接收距离。为了减轻IC22的输出激励信号，将未级用的CD40106斯米特触发器并联使用。如下图所示：3. 接收模块的设计 红外接收电路：下图是红外线接收和解调电路，其中VD3是红外线接收二极管，它接收图2中VD2发射的红外线。发射和接收时，若在空旷区域，VD2与VD3尽可能在一直线上；在室内，VD3也可接收门窗、 壁面VD2的反射信号。VD3的接收信号加到运放IC31的反相端脚被放大，调节反馈电阻R7可以改变运放IC31的增益。这里，VD3的分布电容、运放IC31的输入电容和电阻R7构成低通滤波器，该滤波器限制了输入电路的频率响应。IC31脚放大的红外光调制信号，加到IC3-2反相输入端脚再进行放大，放大增益R9R8，经具体推算，为 40dB或100倍。IC32脚输出的红外光调制信号加到由R10、C4组成的低通滤波器（仅一级）滤除载波（18kHz）信号，从而解调出语音信号。该语音信号仍然较弱，应进行一般的音频放大后，用耳机收听或由音响放音。通过红外接受管接受从发送端传来的信号，并转化为电信号接入放大电路中，然后经0.01uF的电容滤除直流信号后由电位器和LM386运放共同作用实现信号的放大，调节电位器的大小可以实现对增益大小的调节，最后再经过喇叭将电信号转化为声信号，播放出音乐信号的音乐。其原理如图如下图所示：4. 电-声转换模块的设计 用扬声器、喇叭或耳机将电信号转换为声音信号，实际搭线时我们用的是耳机，将听筒的那端接在接收模块后面。五、系统调试从信号发生器产生2000Hz,500mv的正弦波波信号输入发射模块中，经过调节得到较为清楚的调制后的输出波形，可能是由于室内其他红外线的干扰，经接收模块解调后的波形类似正弦波，理论上应该是得到标准的正弦波。发射模块波形图：接收模块测试波形图：装置实物图：红外线发射管（7个）图：六、设计总结不得不说，学校的器材比较缺，很多我们电路板用的芯片，电阻，电容学校都不能一一满足，第一次参加，不知道这种实际情况，直到第二天快要结束的时候才确定下来方案，然后失望的发现学校提供的器材不太合适我们的设计。淘宝上购买后，第三天晚上才到。纵使经过一个晚上的奋斗，还是没做出来，有一部分原因就是这个方面。电路板的焊接，以及电路板的调试实在不是一个晚上可以实现完成的。经过这次比赛，我们明白了，电路参数很大程度不是设计出来，而是调出来的。尽管电路图没有错误，但就是实际的效果跟我们的想象还是有所差异的。信号发射图中，电容c2是2700pf，经过我们的东拼西凑的，虽然还是达到了这个电容值，但载波频率与我们的预期差别很大，电容还是跟电阻不同，这里的电容起到一个震荡的作用，c2的充电，放电，本身就是一个很微妙的过程，如果用若干个电容一起达到2700pf的话，可能电容之间的充电，放电过程会相互影响的。电阻就不会了，若干个电阻构成的r与一个r值电阻在电路中是一个效果。接收电路中，本来应该有个高通滤波器，接收管不仅会接收发射管的红外线，正常情况下，室内的红外线也会干扰接收管的接收，高通滤波器额作用就是滤除这些室内红外线噪声。经过我们小组的讨论，基于电路的简便性考虑，我们买了850nm红外线滤光片（发射管红外光波长为850nm），围在接收管周围，这样达到可以滤除空间红外光850nm波长以外的红