红外通信收发系统的设计和实现实验报告北邮.doc

红外通信收发系统设计和实现试验汇报

学院：信息和通信工程学院

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红外通信收发系统设计和实现试验汇报
1、 课题名称
红外通信收发系统设计和实现
2、 摘要
红外通信系统设计是光通信系统一个关键分支， 红外数据传输，使用传输介质――红外线。红外线是波长在750nm～1mm之间电磁波，是人眼看不到光线。红外数据传输通常采取红外波段内近红外线，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发射电路和接收电路，实现了红外信号无线传输功效和音乐信号收发功效。
3、 关键词
红外线、收发系统、音乐芯片
3、 设计任务要求；
1、基础要求：
（1）设计一个正弦波振荡器，f≥1kHz，Uopp≥3v；
（2） 所设计正弦波振荡器输出信号作为红外光通信收发系统发送端输入信号，在接收端可收到无显著失真输入信号；
（3）要求接收端LM386增益设计G=200;
（4）设计该电路电源电路（不要求实际搭建），用软件绘制完整电路原理图（PROTEL）及印制电路板图（PCB）
2、提升要求：
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乐曲无失真播放出来。
3、探究步骤：
探索其它红外光通信收发系统应用实例，数字调制处理方案，给出应用方案。
4、 设计思绪、总体结构框图；
1、设计思绪
系统关键由信号产生电路，红外光发射系统，红外光接收系统三个模块完成基础试验要求，其中信号产生电路分别由信号发生器和音乐芯片替换，电信号经过发生系统转化为红外光信号，经接收系统接收后，光信号转化为电信号，再经过喇叭将其转化为语音信号，实现红外光通信全过程。
首先关键用信号发生器发出电信号，微弱电信号经过一个分压式共射电路合适放大，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输出功率，驱动喇叭发出声音。利用放大器LM386，调整电位器改变其增益，驱动喇叭得到所需功率。再将音乐芯片替换信号发生器反复上述过程即可驱动喇叭发出音乐芯片声音（此试验为三声门铃声）
2. 总体框架图
1、信号产生
试验中使用了音乐芯片KD-9300或LX-9300来完成。信号产生也能够使用RC振荡器组成，但信号幅度不宜过大。
2、红外光发送模块设计
设计标准关键是考虑红外发送管工作电流，电流过小，传输距离短，电流过大轻易毁坏发光管。（要注意芯片接法和发送电路连接。）
3、红外光接收模块设计
1）高通滤波器：红外接收二极管全部是光敏二极管，这么一般光对其全部成一定程度影响，为了取得愈加好效果，还要在信号输出端加入高通滤波器，消除恒定外接低频信号干扰，这么接收效果和灵敏度将显著提升。
2）功率放大器：利用音频功率专用放大器LM386，能够得到50~200增益，确保驱动喇叭。
所以设计框图以下

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
光信号检测和放大电路
信号产生电路
试验原理框图

电源电路

5、 分块电路和总体电路设计
1. 红外发送系统
该发送电路关键为分压式共射放大电路,由稳定直流电源和Rb1.Rb2组成份压式电路,给放大电路提供稳定直流工作点,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。所以电路图设计以下：

2. 红外接收系统
经过红外接收管接收从发送端传来信号，并转化为电信号接入电路中，然后经0.01uF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放大，调整电位器大小能够实现对增益大小调整，最终再经过喇叭将电信号转化为声信号，播放出接收信号。

3. 门铃电路

6、 所实现功效说明
本试验已完成:当用1kHz,1Vpp正弦信号输入时，发射系统射级电流为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显著失真正弦波、方波、三角波、脉冲波，喇叭有不一样声响，经过调整电位器，信号不失真时最大增益约为110，当音乐芯片替换信号发生器时，可听见显著三声门铃，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造成发射管烧坏，经检验改善后没再犯错。
2、 音乐芯片焊接
最初焊接不是很成功，焊接数次地方PCB板被氧化后不沾锡，后经过问询老师后，沾取少许松香，并改善线和板接触方法后问题得到了处理。
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，若有再检验发光二极管两端有没有输出波形，和射级电流是否符合，若这些完好再看接收管能否接收到信号。经检验还是电路连接问题，电容正负，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，认为这是个挺简单试验，不过眼高手低在试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，听得见声音不过出不来波形，增益不够大，传输距离不够远，好多我试验前完全没有考虑到问题全部接踵而来。我只能在试验中多探索多探讨，多和同学们交流心得，这么才能愈加快处理问题。
经过试验我认识到自己了缺点，对原理图了解不够透彻就去做试验，碰到问题思索僵化局限在某一块，动手能力不强，以后要多动手，碰到问题要勤加思索，多角度思索，注意基础知识掌握，做试验前一定要先搞明白试验原理再下手。
整个试验让我对红外通信收发系统组成和设计原理有所掌握，明白了其实现过程，对电路设计有了深入了解，提升了自己动手实践能力。
9、 PROTEL绘制原理图
1. 发送模块

2. 接收模块

3. PCB板

布线方法：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

11、 参考文件
电子测量和电子电路实践 北京邮电大学电流试验中心 10月