红外光通信装置设计论文.docVIP

《红外光通信装置（F题）》设计报告 设计： 李晓帅 孙月 张久银 2013-09-07  1. 系统方案 3 1.1 总体方案 3 1.2 实施方案 3 1.2.1 载频发生电路 3 1.2.2 音频输入 3 1.2.3 调频发射电路 3 调频发射电路，主要是对输入的音频信号进行调制，来产生PWM信号，再通过红外发射管将载有音频信号的PWM信号发射出去，PWM比较器可以选择常用的LM339，为了提高LM339的输出电压上升沿的速率，采用跟随器上拉电路，其中电阻可以选择10K，二极管可以选择1N4148，晶体管可以选择s9014。为了改善驱动能力，在每一路输出接有缓冲器，可以选用高速CMOS的反相器MC74HC04A，对于发射管选用普通的红外对管发射管。 3 1.2.4 红外接收电路 3 1.2.5 脉冲放大输出电路 4 1.2.7 音频放大电路 4 2. 理论分析与计算 5 2.1 通信原理分析 5 2.1.1 红外通信原理 5 信号的通信就是是将信号变换为信道信号并发射，包括调制、放大、滤波等。接收系统是将信息从接收到信号中还原出来，主要包括解调、滤波等。 5 红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体。本次设计中，通过信号发送端将音频信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理进行解调，还原为二进制数字信号后输出。通过三角载波来实现信号调制的脉宽调制（PWM），实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输。 5 2.1.2 音频信号调制与发射 5 2.1.3 音频信号接收与解调 5 2.2 计算 5 2.2.1 红外发射管串联电阻 5 2.2.2 红外接收管输出信号标准 5 3. 程序设计 5 4. 测试方案与测试结果 7 4.1 测试方案 7 4.2 测试结果 7 4.3 测试结果分析 7  1.系统方案 1.1 总体方案 设计采用调频发射方法实现红外光通信功能，结构框图如图1所示。 图1 红外光通信装置结构框图 红外光通信装置主要分为发射与接收两个部分，发射端采用调频方法将音频信号进行调制，接收端利用D类放大器的数字化放大电路实现音频信号的解调与初级放大，最后通过音频放大电路进行音频功放，从而驱动耳机、扬声器等发声部件，还原出音频信号。 1.2 实施方案 1.2.1 载频发生电路 载频发生电路产生45KHz正弦信号，Vp-p不大于500mV，用于调制音频信号。 此部分有两种设计方案：第一，采用NE555电路实现，完全使用硬件电路搭建；第二，采用AD9851构成的DDS模块结合MCU实现。在制作过程中，因为NE555电路搭建耗时费力，加之元件准备不够充分，不能高效率制作出载频发生电路；并且在备件过程中，准备了DDS模块，且对其有较为深入的了解，外围电路熟悉，调试顺利，载频信号输出稳定可靠，故此，采用DDS模块结合MCU的方式制作载频发生电路。 1.2.2 音频输入 音频输入部分采集音频信号，直接使用改制的音频线将音频信号引入系统，转接入调频发射电路。 1.2.3 调频发射电路 调频发射电路，主要是对输入的音频信号进行调制，来产生PWM信号，再通过红外发射管将载有音频信号的PWM信号发射出去，PWM比较器可以选择常用的LM339，为了提高LM339的输出电压上升沿的速率，采用跟随器上拉电路，其中电阻可以选择10K，二极管可以选择1N4148，晶体管可以选择s9014。为了改善驱动能力，在每一路输出接有缓冲器，可以选用高速CMOS的反相器MC74HC04A，对于发射管选用普通的红外对管发射管。 1.2.4 红外接收电路 音频信号经过调制后得到一组PWM信号，为了将音频信号解调，首先要完成红外通信，需要对红外发射管发射出来的PWM音频信号进行接收，本设计通过普通红外对管接收管接收，由于脉冲放大电路采用的是H桥互补对称输出电路，驱动信号应为两组PWM波，并且一组反向，驱动能力也应该满足开关管的工作要求，这里PWM正向信号，可以直接利用接收的PWM脉冲信号，另一组对称的反向信号也可以通过选用高速CMOS的反相器MC74HC04A完成，从而得到两组输出级驱动信号。 1.2.5 脉冲放大输出电路 为了将音频信号输出放大，本设计采用H桥互补对称输出电路，并且选用VMOSFET管来搭建H桥，要求导通电阻要小，开关速度快，开启电压小，输出功率，5伏电源供电时，8Ω负载时输出功率不大于1W，属于小功率输出，可选用功率相对较小，输入电容较小，容易驱动的开关管，IRFD9120和IRFD120VMOS的参数能够满足上述要求，通过四个CMOS开关管搭建H桥输出电路，进