2013年全国大学生电子设计竞赛..docxVIP

2013年全国大学生电子设计竞赛 2013 National Undergraduate Electronic Design Contest 设计报告 design report 参赛题目： 红外光通信装置（F题） 队伍编号 日 期：2013年9月7日 红外光通信装置（F题） 摘要 本装置由32位MCUfe主控制器。采集音频信号及温度信号后， 利用红外发光 管和红外光接收模块作为收发器件，用来定向传输。另配有一个红外光通信中继转 发节点，以改变通信方向90。，传输距离为2m。接收装置在接收到信号后用耳机 播放出语音，用液晶屏显示当前温度。 当接收装置不能接收发射端发射的信号时， 用发光管指示。装置如图所示： 语音信号―红外发射装置红外光4中维转发节点温度传感器 语音信号―红外发射装置 红外光 4中维转发节点 温度传感器 ,J 21 n 21 红外光 温度显示.红外接收装置一耳机 关键词： MCU 关键词： MCU ;红外通信；语音信号 定向传输 Abstract:: This communication device is based on a 32-bit MCU controller . First , the system Acquisition audio signal and temperature . Then , we use infrared receiver and infrared transmitter to transport audio signal . Beside , there is a relay node.we can use relay node to change transmission direction 90° , and relay distance no less than 2 meters . Last , the system play audio by earphone and show the temperature by LCD . If infrared receiver cant receive signals , the LED turned on . Keyword: MCU Infrared Communication Audio Transmission 1.引言 我们在分析题目之后认为难点是利用红外收发装置尽可能完整的传输信号而且信号中要包含音频信息和温度信息。于是我们设计了三种方案： （一）直接 传输音频的模拟信号，定时发生中断，在中断中发送温度的数字信号。 （二）用 VS1503把采到的音频信号转化为压缩比较高的.og/式，再通过串口方式发送给 接收端，接收端解码为音频信号播出。（三）用STM32对采集到的音频信号转化 为数字信号，通过软件降噪后再转化为模拟信号传输。 接收端同样将接收到的模 拟信号转化为数字信号，用软件处理后转化为模拟信号播放。 在硬件方面，考虑到音频信号的采集和播放，需要设计一些滤波电路和一些 放大电路等。红外数字传输可以用包络检波在模拟信号中加载出信号。 在完成硬 件平台后，我们开始从以上方案入手，开始对问题的讨论。 2.方案设计与论证 方案（一） 直接传输音频的模拟信号，定时发生中断，在中断中发送温度的数字信号 流程图如下： 音频信号输入—?信号预处理 k红外发射端 z r 1 1 + ［发送音频卜 经过仔细分析，用模拟信号传输音频会造成很大的失真，在发送温度时会严 重影响音频的播放。 方案（二） 用VS1503把采到的音频信号转化为压缩比较高的.ogg格式，再通过串口方式 发送给接收端，接收端解码为音频信号播出。此方案从理论上来说造成音频信号 的失真非常小，使用串口方式通信的话波特率我们根据红外光发射接收头的波长 特性，发射功率等参数计算并测试下来可达到 4800bps,如要实时更新音频信号 则会有较大延时， 可能会超过5-10秒，如采用数字语音压缩算法，8K采样率下8 位数据可压缩至1K byte/秒，且必须靠可靠的双向通信协议来保证， 不然信号 将失真严重，故此方案被放弃。 方案（三） 用STM32对采集到的音频信号经过8k或16k采样周期转化为数字信号，采 用软件降低噪音， 采用芯片带的PWM更新中断协调好8K载波周期。 采用 11位高精度PWM脉宽调制。接收端同样将接收到的微弱的模拟信号经过带通 滤波器，电容隔直放大信号后 ADC采样转化为数字信号，温度传感器采集的 数字信号通过包络载波形式加载与模拟信号之中用软件数字降噪调理处理后转 化为模拟信号播放。具体流程如下： STMJ2 STM32 此方案的操作性比较强，从理论上分许可以达到预定目标 3.系统设计 本系统分为5个模块，分