红外通信系统设计

红外通信系统设计同组人：焦新杭张乐同一、系统整体结构二、红外发射部分三、红外接收部分四、电源供电部分在红外接收机部分，首先通过红外接收管接收红外信号，再通过音频功率放大电路，驱动扬声器发出声音。红外光通信系统红外发射部分红外接收部分在红外发射机部分，首先通过咪头实现声电转换，即声音信号转换为电信号，再经过放大电路放大后，通过红外发射管发射出去。设计与制作一个红外光通信系统，包含红外发射机和接收机两部分。一、系统整体结构一、系统整体结构——简易实物展示二、红外发射部分语音信号采集电路红外发射电路语音信号ASK键控调制电路温度信号反向求和电路60K正弦产波电路二、红外发射部分——语音信号采集电路语音信号采集电路：实现将人声在空气中的机械振动转化为电信号。语音采集部分利用声音驻极体传感器，实现了将人声在空气中的机械振动转化为电信号。随后，信号经过阻容耦合的两级放大电路：分压式静态工作点稳定电路：第一级电压放大，在温度变化时静态工作点Q基本不变。共集电极放大电路：第二级电流放大，输出语音模拟信号VA1。二、红外发射部分——60K正弦载波产生电路这是一个RC串并联网络振荡电路，其中采用低噪声、高精度的0P27AZ集成运放器作为放大电路，RC串并联网络是选频网络，而且当f=f0=12𝜋𝑅𝐶（f0是振荡频率）时，φA+φF=0，即电路满足相位平衡条件，是一个接成正反馈的反馈网络。另外，R17和R16引入了一个负反馈给反向输入端，可以用热敏电阻作为R17来实现自动稳幅（振荡幅度增大→反馈电流增大→温升→阻值减小→负反馈增强→电压放大倍数降低→抑制输出幅度增长；反之，同理可推）。补充：一般来说，正弦波振荡电路应该具备四个组成部分：放大电路、反馈电路、选频网络、稳幅环节。当振荡电路与电源接通时，在电路中会激起一个微小的扰动信号（起始信号），经过放大、反馈、选频、稳幅后，电路能稳定地输出正弦波信号。二、红外发射部分——ASK键控电路CD4051BCN是单8通道模拟多路复用器，原理类似74HC138译码器。A、B、C是地址输入端，3个端口可有8种不同组合（000-111）。设计时，A、B端接地，C端输入一个经过AD转换后的温度信号（方波信号）。当VD=0时，端口X0输出60KHz的正弦信号Vsin；而当VD=1时，选通输出端口X1，端口X0无信号输出，通过这样的方式起到了ASK调制的作用。所以，键控后输出的ASK信号间接的包含了温度信号的信息。二、红外发射部分——反向求和电路这是反向加法求和电路。设计时，R7、R11与反馈电阻R4选用相同电阻值，电路完成语音信号VA2与ASK调制信号VD*Vsin2的反向求和，即VOUT=-（VA2+VD*Vsin2）二、红外发射部分——红外发射电路求和信号经过电容C6滤除直流、电路噪声后，进入单管共射放大电路。高频小功率三极管8050搭建的单管共射放大电路，实现了对微弱语音电信号幅度的15倍放大。随后，发射管D3将电信号转化为光信号进行传输。补充：红外发射管是一种发光二极管，这种管子通过电流时会发光是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。主要用途是电光转换。二、红外发射部分——简化实物展示三、红外接收部分同相放大电路包络检波器红外接收电路低通滤波器窄带滤波器语音信号温度信号三、红外接收部分——红外接收电路红外线接收管被经语音信号调制的红外光照射到的时候，接收管D5会产生一个与语音信号变化规律相同的光生电流，并通过R14转变成电压信号。这里加入电容C13隔直通交，而电阻R15的存在使得输入端有了明确的直流通路，可以建立起合适的静态工作点，最后输出信号VO。补充：接收电路的红外线接收管是一种光电二极管，是光电转换的常用器件。这种器件的PN结在反向偏置状态下运行，且反向电流与照度成正比。三、红外接收部分——低通滤波电路语音信号的频率范围约300Hz-3.4KHz，设计一个二阶有源低通滤波器，从混有语音信号和ASK调制信号的接收信号中，提取出语音信号。三、红外接收部分——同相放大电路提取出的语音信号较微弱，直接收入功放电路后声音比较微弱，现象不是很明显，没有很好的听觉效果，所以加入一级同相10倍放大电路后能够提高音质，以及调节音量。三、红外接收部分——音频功率放大电路该电路实现了对语音信号的电流放大，驱动8欧喇叭，最终达到电信号向声信号的转换。此电路采用TDA2030音频功放集成电路搭建而成。它的放大倍数可以调节，最大可实现33倍放大，最大不失真输出功率可达2.25W。补充：TDA2030是一款输出功率大的功放芯片，最大功率可达35W左右，静态电流小，负载能力强，动态电流大可带动4-16Ω的扬声器，具有电路简洁、制作方便、性能可靠的等特点，并且TDA2030具有内部保护电路。三、红外接收部分——60KHz窄带滤波电路设计一个窄带滤波电路，电路只允许频率为60KHz的信号通过，其他频率信号被抑制或隔绝，从而在混有语音信号和ASK调制信号的接收信号中，提取出ASK调制信号。三、红外接收部分——包络检波器二极管大信号包络检波器主要是利用二极管的单向导电性和检波负载电容的充、放电过程来实现的。高频二极管利用其单向导电性，将ASK调制信号（正弦信号）变换成单向脉动电压，起到了整流作用。当输入信号电压u(JBI)0时，可认为是D1导通，对电容C36进行充电，很快电容电压就达到高频输入信号的极大值；当输入信号电压由极大值下降到小于电容电压时，二极管D1截止，电容电压通过负载电阻R5放电。另外，电容电压虽然有些起伏不平（锯齿状），但因充电时间短、放电时间相对很长，所以电容电压起伏很小，检波后波形可视为和最初的温度信号（方波信号）一致。从而解调出温度信号，对其进行DA转换后，得到温度值。三、红外接收部分——简化实物展示电源供电电路可视为四部分：电源变压器（电网电压变换成二次电压）、整流电路（正弦交流电压整流成单向脉动电压）、滤波器（滤除单向脉动电压中的脉动成分，使输出较平滑的直流电压）、稳压电路（使输出直流电压在电网电压或者负载发生变化时保持稳定）。电源可提供正负5V，正负9V，以及正负12V电压，主要利用现有的7805、7809、7812集成正电源稳压电路线性芯片，以及7905、7909、7912负电源稳压电路线性芯片。红外发射部分采用单+5V供电，红外接收部分采用双电源供电。四、电源供电部分谢谢大家！