紅外通信.doc

模 電 綜 合 實(shí) 驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課題名稱：紅外通信收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要及關(guān)鍵詞摘要：紅外通信是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)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(gè)最突出的優(yōu)點(diǎn)：1、不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲，保密性強(qiáng)；2、幾乎不會(huì)受到電氣、天電、人為干擾，抗干擾性強(qiáng)。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(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào)，而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測(cè)器進(jìn)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(hào)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(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握簡(jiǎn)單的紅外光通信系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原理；2 掌握通信電子系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)的方法；3 熟悉電路仿真軟件的使用；4 掌握PCB設(shè)計(jì)電路裝配和調(diào)試的方法；二 設(shè)計(jì)任務(wù)要求：1.基本要求設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波振蕩器，f=1kHZ,Uopp=3V；.所設(shè)計(jì)的正弦波振蕩器的輸出信號(hào)作為紅外光通信收發(fā)系統(tǒng)發(fā)送端的輸入信號(hào)，在接收端可以接收到無明顯失真的輸入信號(hào)；.要求接受端LM386增益設(shè)計(jì)大于G=200； .設(shè)計(jì)該電路的電源電路(不要求實(shí)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(hào)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(shí)例，數(shù)字調(diào)制的解決方案，給出應(yīng)用方案。三 設(shè)計(jì)思路和總體結(jié)構(gòu)框圖語音和音樂等低頻電信號(hào)一般不直接進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，而是經(jīng)過放大后對(duì)發(fā)射機(jī)的高頻振蕩進(jìn)行調(diào)制，然后將此攜帶有低頻信號(hào)的高頻已調(diào)制信號(hào)，通過一定的媒介傳輸出去。紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是光通信系統(tǒng)的一個(gè)重要分支，其設(shè)計(jì)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(gè)是大氣，一個(gè)則是光纖。一個(gè)簡(jiǎn)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(jì)（含電路圖）。1 信號(hào)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(hào)產(chǎn)生也可以用RC振蕩器構(gòu)成，但注意信號(hào)的幅度不宜過大。（2）紅外光發(fā)送模塊的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)其都成一定程度的影響，為了獲得更好的效果，還要在信號(hào)輸出端加入高通濾波器，消除恒定的外接低頻信號(hào)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(dòng)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(jī)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(dòng)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(gè)正弦小信號(hào)，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(hào)或干擾信號(hào)； 第三步是整機(jī)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(hào)，觀察輸出信號(hào)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(hào)作為輸入信號(hào)，能在喇叭中聽到優(yōu)美、無噪聲的音樂。 五所實(shí)現(xiàn)功能說明（已完成的基本功能和擴(kuò)展功能，主要測(cè)試數(shù)據(jù)，必要的測(cè)試方法等）；本次實(shí)驗(yàn)電路大致分為三個(gè)部分：音樂芯片發(fā)生信號(hào)，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(hào)調(diào)制，放大后將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為紅外信號(hào)發(fā)送出去。需要調(diào)制三極管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，保證紅外管得到足夠的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)又不至于過大燒毀紅外管。將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)接入輸入端，用示波器同時(shí)監(jiān)測(cè)輸入輸出信號(hào)，檢測(cè)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(hào)通過紅外接受管轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，同時(shí)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(duì)普通光也有相應(yīng)的低頻信號(hào)。所以在接收到的信號(hào)上加上一個(gè)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(jí)放大，使得能夠達(dá)到要求的增益和喇叭的功率。調(diào)試時(shí)，在接收管處加上一個(gè)小的正弦信號(hào)，在喇叭處用示波器監(jiān)測(cè)信號(hào)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(hào)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(cè)，將光接收管朝向發(fā)光管的方向，調(diào)試電路，使得監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)達(dá)到相應(yīng)的幅度且無失真。實(shí)驗(yàn)的提高要求：以音樂芯片產(chǎn)生的樂曲信號(hào)作為電源，傳送該信號(hào)。首先按照?qǐng)D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(hào)部分是用音樂芯片LX-9300產(chǎn)生電流信號(hào)，作為電路的電源部分。同時(shí)，發(fā)生信號(hào)電路是連接的電阻還可以改變電流信號(hào)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(hào)電路插好后發(fā)現(xiàn)接收端用示波器檢測(cè)不到信號(hào)，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(hào)傳輸正常。2.音樂芯片不發(fā)聲檢查了整個(gè)發(fā)送端的電路，發(fā)現(xiàn)并無無錯(cuò)誤，但此時(shí)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(dòng)芯片，也就得不到實(shí)驗(yàn)效果。所接電壓過大芯片也會(huì)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(yàn)，用電池作為電源也可以有效地減少噪音。4.鈴聲時(shí)有時(shí)無經(jīng)反復(fù)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，信號(hào)的接收與兩個(gè)管子之間的正對(duì)角度及之間障礙物的阻隔有很大關(guān)系，角度對(duì)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(shí)也有鈴聲可能是因?yàn)樗肔ED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(yàn)，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(shí)，接收裝置就會(huì)有音樂，經(jīng)過查資料求證，音樂芯片發(fā)出的信號(hào)通過地線，經(jīng)過多次耦合，到達(dá)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(shí)驗(yàn)我掌握了簡(jiǎn)單的紅外光通信系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)原理，熟練掌握了面包板的使用，學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)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(jì)電路裝配和調(diào)試的方法。這次實(shí)驗(yàn)是我第一次進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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(huì)發(fā)現(xiàn)面包板有的小孔已經(jīng)不是通路，后來用信號(hào)燈檢測(cè)是否兩個(gè)孔通路。實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)，達(dá)到兩米聲音不衰減。整體來說實(shí)驗(yàn)較為順利，結(jié)果也令人滿意。這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理與電路圖都較為簡(jiǎn)單明了，重點(diǎn)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(jiān)定地信念與堅(jiān)持不懈的毅力，認(rèn)真細(xì)心地對(duì)待每一個(gè)問題，最終一定能取得實(shí)驗(yàn)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(cè)試儀表清單測(cè)試儀表：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器示波器直流穩(wěn)壓電源萬用表晶體管毫伏表元