第1题 红外光通信装置.docVIP

PAGE   PAGE 6 PAGE 1 红外光通信装置（F题） 青岛大学 薛帅 殷凯 李健 摘 要 本套设计是一个红外光语音通信系统，该系统采用一对950nm波长红外光发光、接收管作为收发器件，实现了定向语音信号传输，无明显失真条件下传输距离可达2m，并可以实时传输发射端环境温度，在接收端数码管实时显示。音频传输模块设计采用TI的高性能锁相环芯片CD4046实现对声音信号的调制、解调，采用TI公司的高精度运放LM386进行放大、滤波，通过扬声器输出语音信号。温度模块采用STC89C52RC作为控制核心，利用DS18B20温度传感器采集温度信息，实现温度的实时采集。 关键词：红外光 语音信号 调制解调 无线通信 温度显示 1 系统方案 1.1 方案比较与选择 本系统主要需完成的任务是通过红外光传送连续的音频信号和变化的温度值。需要传送的音频信号频率范围为300HZ到8KHZ的音频信号，还原的信号无失真现象，温度数字信号传输时延不超过10S，且还要在接收端显示出当前温度值。题目中提到的两种信号分别为模拟信号和数字信号，这就要求我们选择总体方案，是选择模拟传输，还是数字传输方案。我们分析了三种方案： 方案一：普通的数字传输方式，根据香农定理要还原原始信号每个周期至少要采集两个点，如果每个点以8位来计算的话，那么传输速率就要求最小为3.4K×8×2 =54.4K，它远大于我们测试的最大传输速率5K。 方案二：压缩数字传输，因为红外光的特性决定了其工作的特性，必须要有大于280uS的基波发送和不小于300uS 的数据传输完的等待时间，其才能正常工作的特性。那么在数据传输区的信息量就很大，经过压缩后可以缓解信道的传输压力，但是时间还是不够用，增加了软件算法的难度。 方案三：模拟量传输方式，通过简单的前级调制处理就可以把连续的音频信号传送过去，经过相应的硬件电路解调后就可以较完整的还原原始信号。整个过程简单，不需要控制系统处理就能实现信号传送，不需要单片机的参与且效果很好。 综合以上三种方案，模拟通道设计相对简单，功耗小，没有使用单片机，信号传递速度快，抗干扰能力强，选择方案三。 1.2 单元电路的设计与比较 1.2.1 发射电路设计方案的论证与选择 方案一：由555时基电路构成，电路简单，抗干扰能力强作用距离在10米以内。适合家用电器和小型仪器用途和开关。但是其电路中的原件不好匹配，电阻电容参数难设计。 方案二：用三级管搭建功率放大电路，红外发射管的功率越大，发射距离越远。红外发送器大多是使用Ga、As等材料制成的红外发射二极管，其能够通过的LED电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大；发射强度越大，红外传输距离就越远，传输距离正比于发射强度的平方根，高频三极管可以放大流过红外二极管的电流。该方法简单实用。 综合以上两种方案，稳定性更强的是方案二，所以选择方案二。 1.2.2 音频还原驱动喇叭方案的论证与选择 因为还原出来的音频信号功率较小有时无法使喇叭发声，所以在后级需要加入功放电路。我们小组想到了两种方案。 方案一：搭建Ｄ类功放的MOS桥来驱动喇叭发声，这种方式可以减少电路上的功耗损失，保证良好的音质，同时这种方案的硬件电路搭建比较困难。 方案二：直接采用LM386集成功放对音频信号进行放大。这种方法简单易于实施，但是实际测试效果并不理想。 综合以上两种方案，性价比更高的是方案二，所以选择方案二。 1.3 总体方案设计 本方案采用CD4046的调制和解调将音频信号通过红外传输过去，实现音频和温度的无失真传输。 1.3.1 发射部分 第一，通过3.5mm的音频接口线将MP3或者手机等音频播放器将音频信号采集出来，然后经过LM386音频放大芯片进行放大和滤波。 第二，将放大后的芯片经过CD4046的调制转为35KHZ左右的方波信号。 第三，将调制后的信号进行一级三极管功率放大，通过红外发射管发射出去。 1.3.2 发射部分 第一，通过红外接收管将接收到的信号经过一级三极管放大，然后将信号进行CD4046的解调，还原为音频信号。 第二，由于解调后的音频信号，全在零电平以上，因此通过一个LM358构成加法器将解调后的音频信号还原到零电平左右上下波动。 第三，将音频信号经过LM386音频放大芯片进行放大和滤波，接到一个8欧的喇叭上。 1.3.3 温度部分 第一，通过18b20温度传感器将温度信号采集出来，然后通过51单片机将采集到的温度信号在极短的中断音频信号的时间内传输出去。 第