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红外通信收发系统的设计和实现实验报告北邮

红外通信收发系统的设计和实现实验报告

学院：信息与通信工程学院

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红外通信收发系统的设计和实现实验报告
1、 课题名称
红外通信收发系统的设计与实现
2、 摘要
红外通信系统的设计是光通信系统的一个重要分支， 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。本实protel软件辅助设计，分析并设计了红外通信系统的发射电路与接收电路，实现了红外信号的无线传输功能和音乐信号的收发功能。
3、 关键词
红外线、收发系统、音乐芯片
3、 设计任务要求；
1、基本要求：
（1）设计一个正弦波振荡器，f≥1kHz，Uopp≥3v；
（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发送端的输入信号，在接收端可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），用软件绘制完整的电路原理图（PROTEL）及印制电路板图（PCB）
2、提高要求：
利用音乐芯片产生乐曲，调制LED后发出，接收端接收信号利用喇叭将发送的乐曲无失真的播放出来。
3、探究环节：
探索其它红外光通信收发系统的应用实例，数字调制的解决的方案，给出应用方案。
4、 设计思路、总体结构框图；
1、设计思路
系统主要由信号产生电路，红外光发射系统，红外光接收系统三个模块完成基本实验要求，其中信号产生电路分别由信号发生器和音乐芯片代替，电信号经过发生系统转化为红外光信号，经接收系统接受后，光信号转化为电信号，再经过喇叭将其转化为语音信号，实现红外光通信的全过程。
首先主要用信号发生器发出电信号，微弱的电信号经过一个分压式共射电路适当放大，并经过LED红外发送管转化为光信号发送。
信号经接收管接收后，经过运放电路得到较高的输出功率，驱动喇叭发出声音。利用放大器LM386，调节电位器改变其增益，驱动喇叭得到所需功率。再将音乐芯片替代信号发生器重复上述过程即可驱动喇叭发出音乐芯片的声音（此实验为三声门铃声）
2. 总体框架图
1、信号的产生
实验中使用了音乐芯片KD-9300或者LX-9300来完成。信号产生也能够使用RC振荡器构成，但信号的幅度不宜过大。
2、红外光发送模块的设计
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。（要注意芯片的接法以及发送电路的连接。）
3、红外光接收模块的设计
1）高通滤波器：红外接收的二极管都是光敏二极管，这样普通光对其都成一定程度的影响，为了获得更好的效果，还要在信号输出端加入高通滤波器，消除恒定的外接低频信号的干扰，这样接收效果和灵敏度将显著提高。
2）功率放大器：利用音频功率专用放大器LM386，能够得到50~200的增益，确保驱动喇叭。
因此设计框图如下

光通信收发系统原理图

光调制和光发射
语音信号
PCM编码
交换和复用
线路编码

数 字 传 输 部 分
线路解码
交换和分接
光接收和光解调
语音信号
解码

LED驱动和调制电路
光信号的检测和放大电路
信号产生电路
实验原理框图

电源电路

5、 分块电路和总体电路的设计
1. 红外发送系统
该发送电路主要为分压式的共射放大电路,由稳定直流电源和Rb1.Rb2构成分压式电路,给放大电路提供稳定的直流工作点,而NPN则对输入信号实现放大，并经过发光二极管LED将电信号转化为光信号发送出去。因此电路图设计如下：

2. 红外接收系统
经过红外接受管接受从发送端传来的信号，并转化为电信号接入电路中，然后经0.01uF的电容滤除直流信号后由电位器和LM386运放共同作用实现信号的放大，调节电位器的大小能够实现对增益大小的调节，最后再经过喇叭将电信号转化为声信号，播放出接受的信号。

3. 门铃电路

6、 所实现功能说明
本实验已完成:当用1kHz,1Vpp的正弦信号输入时，发射系统的射级电流为30.05mA。当信号发生器分别输出正弦波、方波、三角波、脉冲波时，输出端能够接收到无明显失真的正弦波、方波、三角波、脉冲波，喇叭有不同声响，经过调节电位器，信号不失真时最大增益约为110，当音乐芯片替代信号发生器时，可听见明显的三声门铃，传输距离大约为2米。
7、 故障及问题分析
1、 发射管烧坏
电路连接时最初二极管插反还有就是输入电流过大导致的发射管烧坏，经检查改进后没再出错。
2、 音乐芯片的焊接
最初的焊接不是很成功，焊接多次的地方PCB板被氧化后不沾锡，后经过询问老师后，沾取少许松香，并改进线与板的接触方式后问题得到了解决。
3、 喇叭两端没有输出波形
首先直接用信号发生器接到接收管两端，看是否有波形存在，若有再检查发光二极管两端有无输出波形，以及射级电流是否符合，若这些完好再看接收管能否接受到信号。经检查还是电路的连接问题，电容的正负，接地点是否全部接地。
8、 总结和结论；
刚开始看着原理图挺简单，以为这是个挺简单的实验，可是眼高手低，在实验过程中出了不少问题，烧坏发光二极管，电容接反，音乐芯片焊接不顺利，听得见声音可是出不来波形，增益不够大，传输距离不够远，好多我实验前完全没有考虑到的问题都接踵而来。我只能在实验中多摸索多探讨，多和同学们交流心得，这样才能更快的解决问题。
经过实验我认识到自己了缺点，对原理图理解不够透彻就去做实验，遇到问题思考僵化局限在某一块，动手能力不强，以后要多动手，遇到问题要勤加思考，多角度思考，注意基础知识的掌握，做实验前一定要先搞明白实验原理再下手。
整个实验让我对红外通信收发系统的组成和设计原理有所掌握，明白了其实现过程，对电路设计有了进一步了解，提高了自己动手实践的能力。
9、 PROTEL绘制的原理图
1. 发送模块

2. 接收模块

3. PCB板

布线方式：自动布线
10、所用元器件及测试仪表清单；
电源仪表：函数信号发生器
直流稳压源
模拟万用表
示波器
电路元件：红外发送管×1
红外接收管×1
音乐芯片KD9300×1
LM386×1
LX—9300×1
三极管8050×2
喇叭×1
可变电阻（10K）×1
电阻（2.7K）×1 （2K）×1 （51）×1 （33K）×1 （10）×3 （10k)×1
电容（10u）×2 （100u）×1 （0.01u）×1 （47u）×1 （0.047u）×1 （220u）×1

6、 参考文献
电子测量与电子电路实践 北京邮电大学电流实验中心 10月