1、【摘要】 介紹2016 年電子設計信息學院院內資格賽2題紅外光通信裝置的設計與實現(xiàn)。本紅外通信裝置，采用以紅外線來傳送音頻信號的光電系統(tǒng)，由發(fā)射部分、接收部分和中繼轉發(fā)裝置組成。發(fā)射部分與音響設備相連接，從音響設備輸出的音頻信號調制紅外光以后，由接收部分還原原音頻信號，喇叭輸出。整個系統(tǒng)采用了LM386音頻功率放大器來放大器音頻信號，該裝置語音通信裝置的聲音傳輸無明顯失真，傳輸距離也滿足要求。Abstract: The design and implementation of the 2 question infrared communication device in the Institu

2、te of electronic design information in 2016 is introduced. The infrared communication device adopts an optical system for transmitting audio signals by infrared rays, which is composed of a transmitting part, a receiving part and a relay transmission device. The transmitting part is connected with t

3、he sound device, and the audio signal is modulated by the audio signal which is output from the sound device. The whole system uses the LM386 audio power amplifier to amplifier audio signal, the device voice communication device of the sound transmission without obvious distortion, transmission dist

4、ance also meet the requirements.【關鍵詞】 LM386 LM393 8050 紅外發(fā)射 中繼轉發(fā) 紅外接收 單片機Key word: LM386 LM393 8050 Infrared transmission relay Infrared receiver Microcontroller目錄1.系統(tǒng)方案21.1總體方案設計22.理論分析與計算22.1紅外發(fā)射模塊22.2紅外接收模塊22.3中繼模塊33電路設計33.1發(fā)射部分33.2接收部分43.3中繼結點電路54.測試方案與測試結果55.結論6參考文獻7附錄1：儀器設備清單8附錄2：元器件明細表8紅外通信裝置

5、1.系統(tǒng)方案1.1總體方案設計本裝置由發(fā)射部分、接收部分和中繼三個部分組成。發(fā)射部分：主要包括基本電路及紅外發(fā)光二極管，主要是在12V電壓的驅動下，將音頻信號經(jīng)基本電路來驅動紅外發(fā)光二極管將信號發(fā)射出去。接收部分：主要包括LM386音頻功率放大器及其它輔助元件，主要是在12V電壓的驅動下將接收到的發(fā)射信號經(jīng)LM386功率放大，然后驅動喇叭發(fā)出聲音，使收聽者能聽到發(fā)射端發(fā)出的聲音。中繼部分：主要包括LM386音頻功率放大器和 LM393雙電壓比較器集成電路。LM393是高增益，寬頻帶器件，像大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生振蕩。其作用是改變通信方向 90，延

6、長通信距離 2 m。其總體原理框圖如圖1.1.1所示圖1.1.1 原理框圖2.理論分析與計算2.1紅外發(fā)射模塊將輸入的語音信號進行放大，使之可以驅動紅外發(fā)射管。通過三極管放大，使用了NPN型，使紅外驅動電壓。2.2紅外接收模塊運用LM386音頻功率放大器來實現(xiàn)接收功能，它與通用型集成運放相類似，它是一個三級放大電路，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW，使得LM386特別適用于電池供電的場合。2.3中繼模塊運用LM386音頻功率放大器和LM393雙電壓比較器集成電路來實現(xiàn)中繼功能。LM393雙電壓比較器集成電路，LM393是高增益,寬頻帶器件，像大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生

7、電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生振蕩。工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：236V，雙電源：118V。3電路設計3.1發(fā)射部分聲音信號從MP3或信號發(fā)生器的音頻輸出引出，MP3輸出的音頻信號經(jīng)過電容耦合至VT1進行一級放大后驅動紅線先發(fā)光二極管，LED發(fā)光，聲音信號的變化引起LED發(fā)光強度的變化，即LED的發(fā)光強度受聲音的調制。直流5V的電壓經(jīng)電阻流到VT，然后提供其工作電壓，將音頻信號放大以驅動LED發(fā)光，將信號發(fā)射出去。發(fā)射電路圖及實物圖3.1和3.2所示。圖3.1.1 發(fā)射電路圖3.1.2 發(fā)射實物3.2接收部分該電路接收部分采用LM386音頻功率放大器進行功率放大。有一個紅

8、外接收管，當被音頻信號調制的紅外光照到紅外線接收管表面時，接收管將接收的經(jīng)聲音調制的紅外線光信號轉換成電信號，即在接收管兩端產(chǎn)生一個與頻信號變化規(guī)律相同的電信號，該信號經(jīng)電容耦合至進行功率放大驅動揚聲器發(fā)聲。接收電路圖及實物圖如圖3.2.1和3.2.2所示。 圖3.2.1接收電路圖3.2.2接收實物3.3中繼結點電路在中集結點電路的設計中，采用了將發(fā)射電路和接收電路連成一體。其中發(fā)光二極管和光敏二極管呈垂直的關系，很好實現(xiàn)了改變了通信方向90度，距離延長也可以通信。電路及實物圖如圖3.3.1和3.3.2所示。 圖3.3.1 中繼節(jié)點電路 圖3.3.2 中繼實物圖4.測試方案與測試結果用示波器測

9、量系統(tǒng)無輸入時輸出端噪聲電壓，語音信號用信號發(fā)生器模擬測量傳輸頻率范圍，最后測量信號穩(wěn)定傳輸情況下的最大通信離。在系統(tǒng)的各個模塊測試完成后進行整體測試。首先將信號發(fā)生器產(chǎn)生的 1 kHz 方波作為模擬語音信號加載到處理器產(chǎn)生的 38 kHz 載波信號上。紅外管連續(xù)發(fā)送一個字節(jié)，觀察接收波形，分析得知，單字節(jié)數(shù)據(jù)接收正常，發(fā)射接收之間仍存在微小延時。然后紅外管連續(xù)發(fā)送一個數(shù)組，觀察接收波形。分析得知，連續(xù)存儲區(qū)數(shù)據(jù)收發(fā)正常。系統(tǒng)測試結果如圖 4.1 所示。圖 4.1 系統(tǒng)測試結果對系統(tǒng)整體測試數(shù)據(jù)進行分析，該系統(tǒng)能實現(xiàn) 8 m 通信距離內穩(wěn)定傳輸并可通過中繼轉發(fā)節(jié)點延長通信距離，能實現(xiàn)微弱信號的

10、傳輸，對通信系統(tǒng)的發(fā)展有著積極的意義。系統(tǒng)參數(shù)測試結果如表4.1所示。 表 4.1系統(tǒng)各項參數(shù)測試表測試對象測試結果測試對象測試結果紅外穩(wěn)定傳輸距離/m8數(shù)字信號傳輸時延/s10傳輸頻率范圍/Hz 無輸入時輸出端噪聲電壓/V300 3 4000 1紅外光通信中繼轉發(fā)節(jié)點延長通信距離/m85.結論由于系統(tǒng)架構設計合理，功能電路實現(xiàn)較好，通信性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好達到了實驗題目要求的基本要求以及部分發(fā)揮要求。（1）傳輸距離達兩米，還原出的音頻信號無明顯失真；（2）單音頻信號輸入時，輸出電壓的有效值大于0.4V，噪聲電壓小于0.1V；（3）指示燈能表明信號的有無；（4）能實現(xiàn)中繼轉發(fā)，通信方向改變90度，可繼續(xù)傳輸信號，但無明顯失真。參考文獻模擬電子技術楊素行著，北京：高等教育出版社，2006年；通信原理樊昌信著，北京：國防工業(yè)出版