红外通信收发系统的设计与实现(共9页)
9页1、精选优质文档-倾情为你奉上红外通信收发系统的设计与实现The Design and Implement of an Infrared Communication System【摘要】本实验实现了一个简单的红外光通信系统,系统包括发送端与接收端两部分,分别由信号产生、放大、红外发送电路,以及光信号接收、滤波、放大、输出电路组成。输入的信号经单管放大电路通过红外发送管发送,接收信号经高通滤波电路去除背景噪声后经LM386放大输出。实验扩展使用KD9300音乐芯片作为输入,0.8W小喇叭为接收端负载,经测试可达10米左右的传输距离,音乐清晰,效果良好。关键词:通信、红外、电路设计任务要求:1. 基本要求1) 设计一个正弦波振荡器,f1kHz,Uopp3V;2) 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的发送端的输入信号,在接收端可接收到无明显失真的输入信号;3) 要求接收端LM386增益设计G=200;4) 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)及印制电路版图(PCB)。2. 提高要求:利用音乐芯片产生乐曲,调制LED后发出,接收
2、端接收信号利用喇叭将发送的乐曲无失真地播放出来。3. 探究环节:探究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。设计背景、思路及系统结构现代生活中电子设备花样翻新,层出不穷,它们越来越成为生活中不可或缺的好伙伴。然而,随着现代电子设备而来的是无数的数据线绕到台式电脑的主机箱后面,有鼠标接口,有显示接口,还有音频接口使用时不仅布线混乱,而且可能会有接线长度不足的缺点。所以,各种无线设备应运而生,如无线上网的路由器和笔记本,蓝牙耳机等。我们的这个红外通信收发系统也是基于同样的考虑,简化通信传输的介质,做到无线通信。接收端发送端图 1. 基本通信系统功能框图通常的通信系统大约有以下几个部分构成:信源、发送设备、传输介质、接收设备、信宿。传输介质分有线和无线两种,有线通常为电缆或者光纤,无线传输为微波或者红外等方式。红外传输具有成本低、体积小、反射性强等特点,广泛应用在嵌入式、遥控器等产品上。 单管共射放大电路红外发送电路直流偏置电路发 送 端红外接收电路直流供电模块接收端LM386音频功率放大器RC高通滤波器输出级首先设计的是发送端。因为传输信号为红外线,使用红外发光
3、管发送,不存在无线电传输时天线尺寸的问题,故不经过编码和调制直接放大后发送。红外发送管的交流电阻较低,故应给其提供近似电流源的输出信号,考虑到晶体管在共射极时从集电极看进去的输出电阻较大,而共基极时增益偏小的特点,选择单管共发射极放大电路,此时,红外发送管可获得较大的电流变化。信号输入端图 2. 发送端电路任何物体都在无时无刻地向外发送强度变化率较低的红外线,使用红外线作为传输信号,必须在接收端去除灯光等背景噪声的干扰,本实验采用RC可调电阻式高通滤波器,选择定容C=0.01uF,可变电阻R:010K,使用Mathematica软件绘制该高通滤波器的幅度相应如图3所示。可以看出,在音频频段(300-20kHz),对原始信号衰减较弱,而低频噪音段,衰减很大(约100倍)。图 3. RC高通滤波器幅度响应LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器(图3),主要应用于低电压消费类产品。输入端以地位参考,封装形式有塑封8引线双列直插式(如图4)。电压增益内置为20,本实验设计增益为200,故按照器件手册给出的典型应用图,在1、8管脚之间连接10uF的电容,同时在7脚与地之间连接滤波旁路
4、电容。整个接收级电路如图6所示。 图 4. LM386内部结构图 图 5. LM386封装图图 6. 增益G=200的连接图 图 7. 接收端电路连接图实验数据实验完成了实验教程中的各项任务,同时进行了扩展实验,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,音乐清晰,声音洪亮,效果良好。具体各项数据均以汇总到表1中。指标值单位晶体管静态工作点 VBQ2.9V晶体管静态工作点 ICQ27mA发送端增益 A11-接收端增益 A2190-输出电压 Vo1.6V最远传输距离(音乐清晰)10m最远传输距离(音乐洪亮)8m表 1. 实验数据汇总各数据测量方法:1. 静态工作点,使用数字万用表测量基极到地之间的电位差获得VBQ,同时测得发射极到地的电位差VEQ,利用ICQIEQ=VEQRE计算得 ICQ。2. 增益,首先将输入信号调为正弦,发送端幅度1V左右,接收端输入幅度0.01V左右(因运放的满幅输出为2.5V,增益约为200,故输入信号幅度不应过大),利用双踪示波器测得输入输出幅度之比计算得增益。3. 输出电压,输入正弦信号,利用交流毫伏表在输出端测
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