红外通信.doc

模 电 综 合 实 验实验报告课题名称：红外通信收发系统的设计与实现摘要及关键词摘要：红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离通信和信息转发。由于红外线能像可见光一样集中成很窄的一束发射出去，因此红外通信有两个最突出的优点：1、不易被人发现和截获，保密性强；2、几乎不会受到电气、天电、人为干扰，抗干扰性强。它一般由发射系统和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。将音乐芯片KD-9300中的音乐信号作为系统的输入，经过发射端发射、接收端的接收和LM386的放大后能在接收端的喇叭里听到优美、无噪声的音乐。关键词: 红外通信 ，发射系统，接收系统，增益，无失真。一 实验目的1 掌握简单的红外光通信系统的组成及设计原理；2 掌握通信电子系统方案设计、电路设计的方法；3 熟悉电路仿真软件的使用；4 掌握PCB设计电路装配和调试的方法；二 设计任务要求：1.基本要求设计一个正弦波振荡器，f=1kHZ,Uopp=3V；.所设计的正弦波振荡器的输出信号作为红外光通信收发系统发送端的输入信号，在接收端可以接收到无明显失真的输入信号；.要求接受端LM386增益设计大于G=200； .设计该电路的电源电路(不要求实际搭建)，用PROTEL软件绘制完整 的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）。 .提高要求：利用音乐芯片产生乐曲，调制LED后发出，接收端接收信号利用喇叭将发送的乐曲无失真地播放出来。探究环节：探索其他红外光通信收发系统的应用实例，数字调制的解决方案，给出应用方案。三 设计思路和总体结构框图语音和音乐等低频电信号一般不直接进行远距离传输，而是经过放大后对发射机的高频振荡进行调制，然后将此携带有低频信号的高频已调制信号，通过一定的媒介传输出去。红外通信系统的设计是光通信系统的一个重要分支，其设计思路和目前世界上所采用的骨干通信网的光纤通信系统是有相同之处的，唯一重要的差别就是它们二者所采用的传输媒质不用，一个是大气，一个则是光纤。一个简单的光通信收发系统如下图所示：四分块电路和总体电路的设计（含电路图）。1 信号产生：这里利用了音乐芯片KD9300或是LX9300来完成。 LX-9300的接法kd-9300的接法信号产生也可以用RC振荡器构成，但注意信号的幅度不宜过大。（2）红外光发送模块的设计 设计原则主要是考虑红外发送管的工作电流，电流过小，传输距离短，电流过大有容易毁坏发光管红外光发送电路（3）红外光接收模块的设计红外光接收电路（4）高通滤波器 红外接收的二极管都是光敏二极管，这样普通灯光也对其都成一定程度的影响，为了获得更好的效果，还要在信号输出端加入高通滤波器，消除恒定的外接低频信号的干扰，这样接收效果和灵敏度将显著提高。 （5）功率放大器 利用音频功率专用放大器LM386，可以得到50200的增益，足以驱动0.8W的小喇叭。放大器LM386（6）系统调制 ：系统调制原则：根据电路原理先调制各单元电路，然后再整机调试。 第一步是调制发送电路。记录红外发射驱动电路的输出波形和红外管中的电流； 第二步调制接收电路。去掉红外接收管，加一个正弦小信号，调试输出放大倍数，要求50200倍直至输出为正弦波，确保不是自激信号或干扰信号； 第三步是整机调试。将发送电路和接收电路放到一起，在发送端送入正弦小信号，观察输出信号波形； 按音乐芯片CW9300的接线方法焊好管脚，将芯片中音乐信号作为输入信号，能在喇叭中听到优美、无噪声的音乐。 五所实现功能说明（已完成的基本功能和扩展功能，主要测试数据，必要的测试方法等）；本次实验电路大致分为三个部分：音乐芯片发生信号，红外发送电路，红外接收电路。红外发送电路部分是将信号调制，放大后将电信号转化为红外信号发送出去。需要调制三极管放大电路的静态工作点，保证红外管得到足够的驱动，同时又不至于过大烧毁红外管。将信号发生器产生的正弦信号接入输入端，用示波器同时监测输入输出信号，检测波形。观察到输出波形为峰值增大（放大）的，无失真的正弦波。接收部分主要的功能是将红外信号通过红外接受管转化为电信号，同时放大功率，最后通过喇叭传输出去。由于红外接收管具有光敏性，对普通光也有相应的低频信号。所以在接收到的信号上加上一个电容器，以滤去低频，起消除外界干扰的作用。之后的三极管放大电路和LM386放大电路两级放大，使得能够达到要求的增益和喇叭的功率。调试时，在接收管处加上一个小的正弦信号，在喇叭处用示波器监测信号，调节滑动变阻器，是得波形增益为200，且不失真。整体调试：将1KHZ的正弦信号接到发送电路的电源端，将示波器连接到接收电路喇叭处监测，将光接收管朝向发光管的方向，调试电路，使得监测输出信号达到相应的幅度且无失真。实验的提高要求：以音乐芯片产生的乐曲信号作为电源，传送该信号。首先按照图示焊接芯片，连接电路后调试使喇叭能够发声。然后将该电路连接到发送红外电路的电源端，将喇叭重新接到接收电路端，调试，使得喇叭能够发出响亮的不失真的声音。发生信号部分是用音乐芯片LX-9300产生电流信号，作为电路的电源部分。同时，发生信号电路是连接的电阻还可以改变电流信号的变化，起到控制电路的作用。六 故障及问题分析1.接收端接收不到信号电路插好后发现接收端用示波器检测不到信号，后经检查发现接收器正负极插反了，调整后信号传输正常。2.音乐芯片不发声检查了整个发送端的电路，发现并无无错误，但此时音乐芯片依然没有发声。后更换电压源则发声，说明之前的电压源存在问题。要注意音乐芯片的工作电压太小了就不能驱动芯片，也就得不到实验效果。所接电压过大芯片也会烧坏。要控制音乐芯片所接电压大致为3V左右。3.噪声很大电路接通并成功发声后，发现其中噪音较大，后通过调节电位器旋钮减小了噪音。经过试验，用电池作为电源也可以有效地减少噪音。4.铃声时有时无经反复调试发现，信号的接收与两个管子之间的正对角度及之间障碍物的阻隔有很大关系，角度对应不好或其中有障碍物将使铃声消失或变小。5.发送管和接收管之间有障碍物时也有铃声可能是因为所用LED为广角的，并且发送功率较大，改变LED角度后发现乐音明显减弱，但仍有输出。6. 没有发射管，接收管，接收装置仍然有音乐经过多次试验，发现当接收管和发射管还有音乐芯片的地线连在一起时，接收装置就会有音乐，经过查资料求证，音乐芯片发出的信号通过地线，经过多次耦合，到达接收端，使得无接收管喇叭也可有音乐。七：总结和结论通过这次实验我掌握了简单的红外光通信系统的组成和设计原理，熟练掌握了面包板的使用，学会了如何设计通信电子系统和电路，熟悉了电路仿真软件并掌握了PCB设计电路装配和调试的方法。这次实验是我第一次进行电子电路设计实验，实验中也出现了很多问题。最初电路的连接不方便调试，而且经常会发现面包板有的小孔已经不是通路，后来用信号灯检测是否两个孔通路。实验中喇叭和芯片最初都存在问题，后亲自焊接了新的元件。电路成功连接后增益不够，后改成504的大滑变，发现阻值过大增益可以有效提高，并且距离可以增长，达到两米声音不衰减。整体来说实验较为顺利，结果也令人满意。这个实验原理与电路图都较为简单明了，重点在于调试与完善，需要足够的耐心和细心。世上无难事，只要有坚定地信念与坚持不懈的毅力，认真细心地对待每一个问题，最终一定能取得实验的圆满成功！八：PROTEL绘制原理图红外光发送，接受电路：九：所用元器件及测试仪表清单测试仪表：函数信号发生器示波器直流稳压电源万用表晶体管毫伏表元