紅外收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計-電子設(shè)計大賽報告論.doc

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目錄 一、摘要................................................. 1 二、關(guān)鍵詞............................................... 2 三、系統(tǒng)方案的設(shè)計與比較................................. 4 1. 方案一：單片機(jī)處理法............................... 4 2. 方案二：電壓放大法................................. 5 3. 方案三：調(diào)制解調(diào)法................................. 6 四、單元模塊的設(shè)計....................................... 6 1. 聲-電轉(zhuǎn)換模塊...................................... 6 2. 紅外發(fā)射模塊....................................... 7 3. 紅外接收模塊....................................... 8 4．電-聲轉(zhuǎn)換模塊...................................... 9 五、系統(tǒng)測試與結(jié)果....................................... 10 六、設(shè)計總結(jié)............................................. 11 七、參考文獻(xiàn)............................................. 11 紅外光通信裝置設(shè)計報告 1、 摘要 本裝置預(yù)計采用紅外光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)由聲-電轉(zhuǎn)換模塊、紅外光發(fā)送模塊、紅外光接收模塊和電-聲轉(zhuǎn)換模塊四部分構(gòu)成。實(shí)現(xiàn)對聲音信號的產(chǎn)生、發(fā)送、接收以及實(shí)現(xiàn)對聲音的濾波消除干擾和功率放大。 為了增大接收距離，增加發(fā)射能量，我們增加了一級簡單的功率放大器，同時推動7支紅外發(fā)射管（見后文圖）發(fā)射語音信號，為了濾除干擾光接收部分采用了廉價簡易的濾光片，實(shí)驗(yàn)采用音頻插孔線路輸入語音信號，耳機(jī)輸出語音信號，用示波器測試輸出發(fā)射與接收波形（見后文圖）。 為了完成以上幾個基本要求設(shè)計了三套方案，經(jīng)過對方案的論證與比較后，選出了一套簡易可行，成本較低的方案。 Abstract This 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、 關(guān)鍵詞：紅外光、音頻放大、濾光片、TL084運(yùn)放、CD40106斯密特觸發(fā)器 三、系統(tǒng)方案的設(shè)計與比較 方案一：單片機(jī)處理法 發(fā)射部分由晶振CRY，反相器74HC04及電阻、電容構(gòu)成的振蕩器產(chǎn)生方波信號。經(jīng)脈沖分頻器74LS92，六分頻，再經(jīng)過D觸發(fā)器構(gòu)成的2分頻/整形電路變成頻率低的方波信號。由單片機(jī)的異步串行口TX輸出的串行數(shù)據(jù)信號，送到與非門74HC00的輸入端。與非門的另一輸入端接載波信號，從而控制紅外發(fā)射管發(fā)送信息。 接收部分采用一種高效能的紅外接收器——德律風(fēng)根TFMS5380組件內(nèi)已裝上了接收二級管和前置放大器。 說明：此方案成本高，TFMS5380在網(wǎng)上一直買不到，且發(fā)射部分不易控制。 方案二：電壓放大法 首先主要用KD-9300芯片構(gòu)成音樂產(chǎn)生電路，發(fā)出電信號，再經(jīng)過一個分壓式共射電路適當(dāng)放大信號，并通過LED紅外發(fā)送管轉(zhuǎn)化為光信號發(fā)送。信號經(jīng)接收管接收后，通過運(yùn)放電路得到較高的輸出功率，驅(qū)動喇叭發(fā)出音樂芯片的音樂。 以下是紅外光發(fā)送模塊和接收模塊電路原理圖： 說明：此方案看似簡單，但經(jīng)過我們小組的測試發(fā)送模塊很難成功處理聲音信號，所以不用此方案。 方案三：調(diào)制解調(diào)法 采用音頻插孔線路輸入語音信號，耳機(jī)輸出語音信號，用protel軟件設(shè)計聲音發(fā)送和接收電路，然后實(shí)際操作焊接電路，用示波器測試輸出波形。 以下是我們的模塊流程圖： 經(jīng)過我們小組討論一直覺得此方案既容易實(shí)現(xiàn)成本也很低，還符合廢物利用的原則。 四、單元模塊設(shè)計 1. 聲-電轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計 用麥克風(fēng)、話筒、或藍(lán)牙均可將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，為了方便起見我們選用音頻插孔線路輸入聲音信號，將轉(zhuǎn)換后的聲音信號送入發(fā)射電路進(jìn)行放大處理。 2. 發(fā)射模塊的設(shè)計 紅外線發(fā)射電路：下圖是紅外線發(fā)射電路，圖中的MIC是一種常用的動圈式話筒，其輸出阻抗為20000（高阻動圈式 話筒）。話筒的輸出加到運(yùn)放IC1的反相端進(jìn)行信號放大。這里僅用了一級放大器。為了獲得足夠的增益，其反饋電阻Rf用的很大（可到10MΩ），所以其運(yùn)放的增益AV＝10^7／210^3＝5103（74dB）。 為了增大接收距離，應(yīng)增加圖2電路的發(fā)射能量，只要增加一級簡單的功率放大器，同時推動7支紅外發(fā)射管（或更多的），即可增大發(fā)射能量、擴(kuò)大接收距離。為了減輕IC2－2的輸出激勵信號，將未級用的CD40106斯米特觸發(fā)器并聯(lián)使用。如下圖所示： 3. 接收模塊的設(shè)計 紅外接收電路：下圖是紅外線接收和解調(diào)電路，其中VD3是紅外線接收二極管，它接收圖2中VD2發(fā)射的紅外線。發(fā)射和接收時，若在空曠區(qū)域，VD2與VD3盡可能在一直線上；在室內(nèi)，VD3也可接收門窗、 壁面VD2的反射信號。VD3的接收信號加到運(yùn)放IC3－1的反相端②腳被放大，調(diào)節(jié)反饋電阻R7可以改變運(yùn)放IC3－1的增益。這里，VD3的分布電容、運(yùn)放IC3－1的輸入電容和電阻R7構(gòu)成低通濾波器，該濾波器限制了輸入電路的頻率響應(yīng)。 IC3－1①腳放大的紅外光調(diào)制信號，加到IC3-2反相輸入端⑥腳再進(jìn)行放大，放大增益＝R9／R8，經(jīng)具體推算，為 40dB或100倍。IC3－2⑦腳輸出的紅外光調(diào)制信號加到由R10、C4組成的低通濾波器（僅一級）濾除載波（18kHz）信號，從而解調(diào)出語音信號。該語音信號仍然較弱，應(yīng)進(jìn)行一般的音頻放大后，用耳機(jī)收聽或由音響放音。 通過紅外接受管接受從發(fā)送端傳來的信號，并轉(zhuǎn)化為電信號接入放大電路中，然后經(jīng)0.01uF的電容濾除直流信號后由電位器和LM386運(yùn)放共同作用實(shí)現(xiàn)信號的放大，調(diào)節(jié)電位器的大小可以實(shí)現(xiàn)對增益大小的調(diào)節(jié)，最后再經(jīng)過喇叭將電信號轉(zhuǎn)化為聲信號，播放出音樂信號的音樂。其原理如圖如下圖所示： 4. 電-聲轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計 用揚(yáng)聲器、喇叭或耳機(jī)將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號，實(shí)際搭線時我們用的是耳機(jī)，將聽筒的那端接在接收模塊后面。 五、系統(tǒng)調(diào)試 從信號發(fā)生器產(chǎn)生2000Hz,500mv的正弦波波信號輸入發(fā)射模塊中，經(jīng)過調(diào)節(jié)得到較為清楚的調(diào)制后的輸出波形，可能是由于室內(nèi)其他紅外線的干擾，經(jīng)接收模塊解調(diào)后的波形類似正弦波，理論上應(yīng)該是得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。 發(fā)射模塊波形圖： 接收模塊測試波形圖： 裝置實(shí)物圖： 紅外線發(fā)射管（7個）圖： 六、設(shè)計總結(jié) 不得不說，學(xué)校的器材比較缺，很多我們電路板用的芯片，電阻，電容學(xué)校都不能一一滿足，第一次參加，不知道這種實(shí)際情況，直到第二天快要結(jié)束的時候才確定下來方案，然后失望的發(fā)現(xiàn)學(xué)校提供的器材不太合適我們的設(shè)計。淘寶上購買后，第三天晚上才到。縱使經(jīng)過一個晚上的奮斗，還是沒做出來，有一部分原因就是這個方面。電路板的焊接，以及電路板的調(diào)試實(shí)在不是一個晚上可以實(shí)現(xiàn)完成的。經(jīng)過這次比賽，我們明白了，電路參數(shù)很大程度不是設(shè)計出來，而是調(diào)出來的。盡管電路圖沒有錯誤，但就是實(shí)際的效果跟我們的想象還是有所差異的。信號發(fā)射圖中，電容c2是2700pf，經(jīng)過我們的東拼西湊的，雖然還是達(dá)到了這個電容值，但載波頻率與我們的預(yù)期差別很大，電容還是跟電阻不同，這里的電容起到一個震蕩的作用，c2的充電，放電，本身就是一個很微妙的過程，如果用若干個電容一起達(dá)到2700pf的話，可能電容之間的充電，放電過程會相互影響的。電阻就不會了，若干個電阻構(gòu)成的r與一個r值電阻在電路中是一個效果。接收電路中，本來應(yīng)該有個高通濾波器，接收管不僅會接收發(fā)射管的紅外線，正常情況下，室內(nèi)的紅外線也會干擾接收管的接收，高通濾波器額作用就是濾除這些室內(nèi)紅外線噪聲。經(jīng)過我們小組的討論，基于電路的簡便性考慮，我們買了850nm紅外線濾光片（發(fā)射管紅外光波長為850nm），圍在接收管周圍，這樣達(dá)到可以濾除空間紅外光850nm波長以外的紅外線。小組的討論結(jié)果是這種簡易的裝置，可以替代高通濾波器。 經(jīng)過這我們小組四天三夜的奮斗，我們深刻的明白了學(xué)以致用的重要性，雖說最后的測試結(jié)果有點(diǎn)不盡人意，但也是我們?yōu)殡娮幼叱龅牡谝徊?，相信以后情況會更加好的，明年繼續(xù)為電子加油吧！ 七、參考文獻(xiàn) [1]華成英 童詩白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：高等教育出版社，2006. [2]閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：高等教育出版社，2006.