紅外通信.doc

模 電 綜 合 實 驗實驗報告課題名稱：紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要及關(guān)鍵詞摘要：紅外通信是利用紅外技術(shù)實現(xiàn)兩點間的近距離通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。由于紅外線能像可見光一樣集中成很窄的一束發(fā)射出去，因此紅外通信有兩個最突出的優(yōu)點：1、不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲，保密性強；2、幾乎不會受到電氣、天電、人為干擾，抗干擾性強。它一般由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對一個紅外輻射源進行調(diào)制后發(fā)射紅外信號，而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測器進行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。將音樂芯片KD-9300中的音樂信號作為系統(tǒng)的輸入，經(jīng)過發(fā)射端發(fā)射、接收端的接收和LM386的放大后能在接收端的喇叭里聽到優(yōu)美、無噪聲的音樂。關(guān)鍵詞: 紅外通信 ，發(fā)射系統(tǒng)，接收系統(tǒng)，增益，無失真。一 實驗?zāi)康? 掌握簡單的紅外光通信系統(tǒng)的組成及設(shè)計原理；2 掌握通信電子系統(tǒng)方案設(shè)計、電路設(shè)計的方法；3 熟悉電路仿真軟件的使用；4 掌握PCB設(shè)計電路裝配和調(diào)試的方法；二 設(shè)計任務(wù)要求：1.基本要求設(shè)計一個正弦波振蕩器，f=1kHZ,Uopp=3V；.所設(shè)計的正弦波振蕩器的輸出信號作為紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)發(fā)送端的輸入信號，在接收端可以接收到無明顯失真的輸入信號；.要求接受端LM386增益設(shè)計大于G=200； .設(shè)計該電路的電源電路(不要求實際搭建)，用PROTEL軟件繪制完整 的電路原理圖（SCH）及印制電路板圖（PCB）。 .提高要求：利用音樂芯片產(chǎn)生樂曲，調(diào)制LED后發(fā)出，接收端接收信號利用喇叭將發(fā)送的樂曲無失真地播放出來。探究環(huán)節(jié)：探索其他紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用實例，數(shù)字調(diào)制的解決方案，給出應(yīng)用方案。三 設(shè)計思路和總體結(jié)構(gòu)框圖語音和音樂等低頻電信號一般不直接進行遠(yuǎn)距離傳輸，而是經(jīng)過放大后對發(fā)射機的高頻振蕩進行調(diào)制，然后將此攜帶有低頻信號的高頻已調(diào)制信號，通過一定的媒介傳輸出去。紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計是光通信系統(tǒng)的一個重要分支，其設(shè)計思路和目前世界上所采用的骨干通信網(wǎng)的光纖通信系統(tǒng)是有相同之處的，唯一重要的差別就是它們二者所采用的傳輸媒質(zhì)不用，一個是大氣，一個則是光纖。一個簡單的光通信收發(fā)系統(tǒng)如下圖所示：四分塊電路和總體電路的設(shè)計（含電路圖）。1 信號產(chǎn)生：這里利用了音樂芯片KD9300或是LX9300來完成。 LX-9300的接法kd-9300的接法信號產(chǎn)生也可以用RC振蕩器構(gòu)成，但注意信號的幅度不宜過大。（2）紅外光發(fā)送模塊的設(shè)計 設(shè)計原則主要是考慮紅外發(fā)送管的工作電流，電流過小，傳輸距離短，電流過大有容易毀壞發(fā)光管紅外光發(fā)送電路（3）紅外光接收模塊的設(shè)計紅外光接收電路（4）高通濾波器 紅外接收的二極管都是光敏二極管，這樣普通燈光也對其都成一定程度的影響，為了獲得更好的效果，還要在信號輸出端加入高通濾波器，消除恒定的外接低頻信號的干擾，這樣接收效果和靈敏度將顯著提高。 （5）功率放大器 利用音頻功率專用放大器LM386，可以得到50200的增益，足以驅(qū)動0.8W的小喇叭。放大器LM386（6）系統(tǒng)調(diào)制 ：系統(tǒng)調(diào)制原則：根據(jù)電路原理先調(diào)制各單元電路，然后再整機調(diào)試。 第一步是調(diào)制發(fā)送電路。記錄紅外發(fā)射驅(qū)動電路的輸出波形和紅外管中的電流； 第二步調(diào)制接收電路。去掉紅外接收管，加一個正弦小信號，調(diào)試輸出放大倍數(shù)，要求50200倍直至輸出為正弦波，確保不是自激信號或干擾信號； 第三步是整機調(diào)試。將發(fā)送電路和接收電路放到一起，在發(fā)送端送入正弦小信號，觀察輸出信號波形； 按音樂芯片CW9300的接線方法焊好管腳，將芯片中音樂信號作為輸入信號，能在喇叭中聽到優(yōu)美、無噪聲的音樂。 五所實現(xiàn)功能說明（已完成的基本功能和擴展功能，主要測試數(shù)據(jù)，必要的測試方法等）；本次實驗電路大致分為三個部分：音樂芯片發(fā)生信號，紅外發(fā)送電路，紅外接收電路。紅外發(fā)送電路部分是將信號調(diào)制，放大后將電信號轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)送出去。需要調(diào)制三極管放大電路的靜態(tài)工作點，保證紅外管得到足夠的驅(qū)動，同時又不至于過大燒毀紅外管。將信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號接入輸入端，用示波器同時監(jiān)測輸入輸出信號，檢測波形。觀察到輸出波形為峰值增大（放大）的，無失真的正弦波。接收部分主要的功能是將紅外信號通過紅外接受管轉(zhuǎn)化為電信號，同時放大功率，最后通過喇叭傳輸出去。由于紅外接收管具有光敏性，對普通光也有相應(yīng)的低頻信號。所以在接收到的信號上加上一個電容器，以濾去低頻，起消除外界干擾的作用。之后的三極管放大電路和LM386放大電路兩級放大，使得能夠達到要求的增益和喇叭的功率。調(diào)試時，在接收管處加上一個小的正弦信號，在喇叭處用示波器監(jiān)測信號，調(diào)節(jié)滑動變阻器，是得波形增益為200，且不失真。整體調(diào)試：將1KHZ的正弦信號接到發(fā)送電路的電源端，將示波器連接到接收電路喇叭處監(jiān)測，將光接收管朝向發(fā)光管的方向，調(diào)試電路，使得監(jiān)測輸出信號達到相應(yīng)的幅度且無失真。實驗的提高要求：以音樂芯片產(chǎn)生的樂曲信號作為電源，傳送該信號。首先按照圖示焊接芯片，連接電路后調(diào)試使喇叭能夠發(fā)聲。然后將該電路連接到發(fā)送紅外電路的電源端，將喇叭重新接到接收電路端，調(diào)試，使得喇叭能夠發(fā)出響亮的不失真的聲音。發(fā)生信號部分是用音樂芯片LX-9300產(chǎn)生電流信號，作為電路的電源部分。同時，發(fā)生信號電路是連接的電阻還可以改變電流信號的變化，起到控制電路的作用。六 故障及問題分析1.接收端接收不到信號電路插好后發(fā)現(xiàn)接收端用示波器檢測不到信號，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)接收器正負(fù)極插反了，調(diào)整后信號傳輸正常。2.音樂芯片不發(fā)聲檢查了整個發(fā)送端的電路，發(fā)現(xiàn)并無無錯誤，但此時音樂芯片依然沒有發(fā)聲。后更換電壓源則發(fā)聲，說明之前的電壓源存在問題。要注意音樂芯片的工作電壓太小了就不能驅(qū)動芯片，也就得不到實驗效果。所接電壓過大芯片也會燒壞。要控制音樂芯片所接電壓大致為3V左右。3.噪聲很大電路接通并成功發(fā)聲后，發(fā)現(xiàn)其中噪音較大，后通過調(diào)節(jié)電位器旋鈕減小了噪音。經(jīng)過試驗，用電池作為電源也可以有效地減少噪音。4.鈴聲時有時無經(jīng)反復(fù)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，信號的接收與兩個管子之間的正對角度及之間障礙物的阻隔有很大關(guān)系，角度對應(yīng)不好或其中有障礙物將使鈴聲消失或變小。5.發(fā)送管和接收管之間有障礙物時也有鈴聲可能是因為所用LED為廣角的，并且發(fā)送功率較大，改變LED角度后發(fā)現(xiàn)樂音明顯減弱，但仍有輸出。6. 沒有發(fā)射管，接收管，接收裝置仍然有音樂經(jīng)過多次試驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)接收管和發(fā)射管還有音樂芯片的地線連在一起時，接收裝置就會有音樂，經(jīng)過查資料求證，音樂芯片發(fā)出的信號通過地線，經(jīng)過多次耦合，到達接收端，使得無接收管喇叭也可有音樂。七：總結(jié)和結(jié)論通過這次實驗我掌握了簡單的紅外光通信系統(tǒng)的組成和設(shè)計原理，熟練掌握了面包板的使用，學(xué)會了如何設(shè)計通信電子系統(tǒng)和電路，熟悉了電路仿真軟件并掌握了PCB設(shè)計電路裝配和調(diào)試的方法。這次實驗是我第一次進行電子電路設(shè)計實驗，實驗中也出現(xiàn)了很多問題。最初電路的連接不方便調(diào)試，而且經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)面包板有的小孔已經(jīng)不是通路，后來用信號燈檢測是否兩個孔通路。實驗中喇叭和芯片最初都存在問題，后親自焊接了新的元件。電路成功連接后增益不夠，后改成504的大滑變，發(fā)現(xiàn)阻值過大增益可以有效提高，并且距離可以增長，達到兩米聲音不衰減。整體來說實驗較為順利，結(jié)果也令人滿意。這個實驗原理與電路圖都較為簡單明了，重點在于調(diào)試與完善，需要足夠的耐心和細(xì)心。世上無難事，只要有堅定地信念與堅持不懈的毅力，認(rèn)真細(xì)心地對待每一個問題，最終一定能取得實驗的圓滿成功！八：PROTEL繪制原理圖紅外光發(fā)送，接受電路：九：所用元器件及測試儀表清單測試儀表：函數(shù)信號發(fā)生器示波器直流穩(wěn)壓電源萬用表晶體管毫伏表元