红外通信收发系统的设计与实现

红外通信收发系统的设计与实现1/6红外通信收发系统的设计与实现摘要，Abstract............................................................................................................1一、引言........................................................................................................................2二、设计目的：............................................................................................................2三、设计任务要求........................................................................................................2四、系统设计思路........................................................................................................2五、模块电路设计........................................................................................................3１、语音信号的设计方案............................................................................................3２、红外光发送模块的设计方案................................................................................4３、红外光接收模块的设计方案................................................................................4４、高通滤波器............................................................................................................4５、功率放大器............................................................................................................4六、数据测量和功能实现............................................................................................5七、问题分析................................................................................................................5八、总结........................................................................................................................5九、所用元件及测试仪表清单....................................................................................6摘要:本文阐述了红外通信的基本工作原理，完成了红外收发器具体的硬件电路设计，并且详细说明了发射和接收的工作原理，同时指出在设计过程中应该注意的一些问题。通过实际搭建电路，音乐芯片9300A产生的乐曲，通过调制LED后发出，在一定的距离范围之内，接收端可以接收到乐曲信号，利用喇叭可以将乐曲信号无失真的播放出来。从而完成了整个红外通信系统的收发。关键词：红外通信，调制DesignandImplementationofinfraredcommunicationtransceiversystemAbstract:Inthispaper,describedthebasicworkingprincipleofinfraredcommunication,completedthedesignofinfraredtransceiver’sidiographichardwarecircuit,anddetaileddescriptionoftheworkingprincipleoftransmittingandreceiving,alsopointedoutthatduringthedesignprocessshouldpayattentiontosomeproblems.Throughtheactualcircuitstructures,music9300Achipgeneratedmusic,throughmodulatedLEDandemittedthemusicsignal,inacertaindistancerange,thereceivercanreceivemusicsignal,andthemusicsignalcanbebroadcastwithoutdistortionwiththeuseofloudspeaker.Therebycompletingthetransmittingandreceivingofentireinfraredcommunicationsystem.Keywords:infraredcommunicationmodulation红外通信收发系统的设计与实现2/6一、引言随着科技的进步，无线电通信技术得到了前所未有的发展，而红外无线数据通信相对于无线电数据通信具有低功耗、低价格、低电磁干扰、高保密性等优点，目前发展迅猛，尤其在近距离无线数据通信中得到了广泛的应用．尤其是随着编码调制技术的发展，红外无线数据通信的数据速率越来越高，成为许多移动设备、室内办公设备以及手持设备无线数据通信的一个重要途径。二、设计目的：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；三、设计任务要求1、制定合理的实现方案，要求至少有两套实现方法，理论计算出元件参数；2、电路设计。根据自己的实现方案，提出元器件清单，确定元器件型号、数量，从可选方案中选出一套；3、电路仿真和优化。运用Protel等工具软件对电路进行优化和仿真；4、用面包板来搭建电路并进行调试；5、测试电路完成的功能，记录测试数据；6、可以利用protel制作简单的PCB版；（不作要求，任选）7、撰写设计报告；四、系统设计思路语音和音乐等所产生的电信号和其他低频电信号一样，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。红外数据传输，使用传输介质――红外线。红外线是波长在750nm-1mm之间的电磁波，是人眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75-25um之间。红外通信系统的设计是光通信系统的一个重要分支，红外通信系统的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同，一个是大气，一个则是光纤。一个简单的光通信收发系统如图(一)所示：红外通信收发系统的设计与实现3/6当然整个商用的红外光通信系统是相当复杂的，这里我们只考虑最基础最必要的部分来完成红外通信收发系统的设计。五、模块电路设计１、语音信号的设计方案(a)、直接采用信号发生器来产生单音频信号。(b)、利用RC振荡器设计和搭建一个振荡信号，如下图所示：(c)、利用LX-9300系列芯片构成音乐集成电路，发出电信号，如下图所示：红外通信收发系统的设计与实现4/6２、红外光发送模块的设计方案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，电流过大容易毁坏发光管。在本系统中，红外光发送模块的电路图如下所示：上图是最简单的模拟驱动电路，这是一个共发射极的放大电路，调整基极偏置，但输入模拟信号，晶体管集电极电流随模拟信号强度的变化而变化，LED的输出光功率也随模拟信号而变化，从而可以将输入信号发送出去。３、红外光接收模块的设计方案其中，光电检测器是光接收机的第一个关键部件，其作用是将光信号变换成为电信号，在本系统中采用光电二极管302。红外光接收模块的电路图如下所示：４、高通滤波器红外接收的二极管是光敏二极管，普通灯光也对其有一定程度的影响，为了获得更好的效果，在输出端加了一个HPF，消除恒定的外接低频信号的干扰，这样接收效果和灵敏度都得到了显著的提高。５、功率放大器接收电路接收到的信号很微弱，不足以驱动1W的小喇叭，从而在小喇叭之前利用了音频功率专用放大器LM386，这样可以得到50~200的增益，以便驱动小喇叭。200倍增益的功率放大器电路如下图所示：红外通信收发系统的设计与实现5/6六、数据测量和功能实现１、调试发送电路。通过测试，红外发射驱动电路中红外管的电流为30-40mA之间。２、调试接收电路。去掉红外管，在输入端加一个正弦小信号，用示波器同时观测输入信号和输出信号，在信号不失真的前提下，可以测试得到放大增益为50-200倍。３、整机调试。将9300A芯片中的音乐信号作为输入信号，发送电路中的二极管对准接收电路中的二极管，在一定的距离之内，能在喇叭中听到无噪声的单音三声门铃。从而实现了信号的无线传输。七、问题分析利用以上收发电路构成的红外通信系统，信号的传输距离很短，在50cm之内，为了延长传输距离，可以在接收端加一个AGC，利用AGC的自动增益功能，可以将很微弱的信号放大至足以驱动小喇叭，从而延长传输距离。八、总结红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射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。通过这次红外通信系统的设计与实现，我掌握了简单的红外光通信系统的组成和设计原理，掌握了通信电子系统方案设计、电路设计的方法。通过搭建实际电路，提高我的动手能力以及发现问题的能力。实验中也遇到了一些困难，信号传输时遇到了失真，分析原因很可能是电阻出了问题。我又万用表重新测量了电阻值，发现有的电阻测量值与色环标称值存在较大误差，而我在接电路的过程中我全部通过读色环来识别电阻的，测量一遍后将较大误差的电阻更换成设计值。连接好电路测量，适当调整接收端的变阻器数值，接收端最终得到了完美的无失真的正弦波形。红外通信收发系统的设计与实现6/6通过查阅资料，我知道了红外通信系统还可以用于其他领域，比如：在机场和饭店等地点使用步行传真机和打印机，在这些地方利用红外技术，掌上计算机用户可以利用这些外设而勿需电缆。银行的ATM(柜员机)也可以采用红外接口装置。预计在不久的将来，红外技术将在通信领域得到普遍应用，数字蜂窝电话、寻呼机、付费电话等都将采用红外技术。红外技术的推广意味着计算机用户不用电缆连接的新潮即将到来。九、所用元件及测试仪表清单１、测试仪表：函数信号发生器，示波器，晶体管毫伏表，万用表，直流稳压电源。２、元件清单如下表：序号名称数量序号名称数量1