紅外通信裝置

1、摘 要紅外線是近距離，高速無線通信的一種手段，作為一種近距離，室內(nèi)通信手段，紅外線具有無線電無法比擬的優(yōu)勢。本文介紹的系統(tǒng)是利用紅外通信信道構(gòu)成紅外無線近程設(shè)備控制系統(tǒng)，可以滿足無線控制的需要。本文主要闡述了紅外線通信的工作原理與實(shí)現(xiàn)方法，紅外線無線通信過程，詳細(xì)的分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的每一個(gè)模塊，得出了這一系統(tǒng)的最佳實(shí)施方案，成功的完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)分為3個(gè)模塊：電源模塊，紅外線發(fā)射模塊，紅外線接收模塊。電源模塊采用了7805組成的5V電源。紅外線發(fā)射模塊中主要是采用三極管，LM386將接收到的信號(hào)進(jìn)行電壓放大和功率放大以及紅外線發(fā)射管。在紅外線接收模塊中主要是采用三極管，LM386將接收

2、到的信號(hào)進(jìn)行電壓放大和功率放大以及紅外線接收管。其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是利用紅外發(fā)光管和紅外光接收模塊作為收發(fā)器件，傳輸距離為2米。關(guān)鍵詞：紅外線發(fā)射管 紅外線接收管 LM386音頻集功放器 IAbstractInfrared ray is close, a means of high-speed wireless communication, as a kind of close, indoor means of communication, infrared has incomparable advantage over radio.System is introduced in this pa

3、per by using the infrared communication channel constitute the infrared wireless short-range equipment control system, can meet the needs of the wireless control. This article mainly expounds the working principle and implementation method of infrared communication, infrared wireless communication p

4、rocess, a detailed analysis of each module of the system design, the best scheme of this system are derived, successfully completed the design of the system. This system is divided into three modules: voice module, the infrared emission module, the infrared receiving module. Power supply module adop

5、ts the 7805 of 5 v power supply. mainly used in infrared emission module triode, LM386 will receive the signal voltage amplifier and power amplifier and infrared transmitting tube. Mainly used in infrared receiving module triode, LM386 will receive the signal voltage amplifier and power amplifier an

6、d infrared receiving tube. The function of system implementation is the use of infrared light-emitting tube as the transceiver devices and infrared receiving module, transmission distance is 2 meters.keyword: Infrared Diodes Infrared Receiving Tube Set The Audio Power AmplifierII目錄摘 要IAbstractII一、緒論

7、2二、系統(tǒng)方案31、設(shè)計(jì)要求32、設(shè)計(jì)方案3三、硬件電路設(shè)計(jì)41、電源模塊42、紅外發(fā)射模塊53、紅外接收模塊64、電路參數(shù)的計(jì)算和元器件的選擇64.1、電路參數(shù)的計(jì)算64.2、元器件的選擇74.3、特殊元器件的選擇74.4、 各模塊的連接8四、測試方案與結(jié)果91、測試方案92、測試結(jié)果93、 測試分析與結(jié)論10五、結(jié)語10參考文獻(xiàn)11附錄一 系統(tǒng)實(shí)物圖12附錄二 原件清單14一、緒論20世紀(jì)80年代人類進(jìn)入信息時(shí)代以來，人們的一切社會(huì)活動(dòng)都是以信息獲取與信息交換為中心。因此，信息技術(shù)進(jìn)入新發(fā)展時(shí)期，作為信息產(chǎn)業(yè)三大支柱之一的傳感器技術(shù)也進(jìn)入迅速發(fā)展的新階段，“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的

8、觀點(diǎn)已被全世界所公認(rèn)。所以。從20世紀(jì)80年代以來，在世界范圍內(nèi)，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)了一批新型傳感器，新型傳感器功能材料，使用傳感器技術(shù)得到飛速發(fā)展，并取得了可喜的成就。紅外線技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用就是其中一例，隨著信息技術(shù)的普及和發(fā)展，尤其是跨入21世紀(jì)后，紅外線也得到了迅速發(fā)展，紅外探測和控制技術(shù)已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各行和人民生活的方方面面。紅外通信技術(shù)適合于低成本、跨平臺(tái)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速數(shù)據(jù)連接。其主要應(yīng)用：設(shè)備互聯(lián)、信息網(wǎng)關(guān)。設(shè)備互聯(lián)后可完成不同設(shè)備內(nèi)文件與信息的交換。信息網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)連接信息終端和互聯(lián)網(wǎng)。紅外通信技術(shù)是在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺(tái)所支持其

9、特點(diǎn)主要有： 1.通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。2. 主要是用來取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線纜連接。3. 新的通信標(biāo)準(zhǔn)兼容早期的通信標(biāo)準(zhǔn)。4.小角度（30度錐角以內(nèi)），短距離，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)。5. 傳輸速率較高，4M速率的FIR技術(shù)已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。6.不透光材料的阻隔性，可分隔性，限定物理使用性，方便集群使用：紅外線技術(shù)是限定使用空間的。在紅外不傳輸?shù)倪^程中，遇到不透光的材料，如墻面。它就會(huì)反射，這一特點(diǎn)，確定了每套設(shè)備之間，可以在不同的物理空間里使用。7.無頻道資源占用性，安全特性高：紅外線利用光傳輸數(shù)據(jù)的這一特點(diǎn)確定了它不存在無

10、線頻道資源的占用性，且安全性特別高。在限定的空間內(nèi)使用進(jìn)行竊聽數(shù)據(jù)可不是一件容易的事。8.優(yōu)秀的互換性，通用性。因?yàn)椴捎昧斯鈧鬏敚蚁薅ㄎ锢硎褂每臻g。紅外線發(fā)射和接收設(shè)備在同一頻率的條件下，可以相互使用。此外，紅外線通信還有抗干擾性強(qiáng)，系統(tǒng)安裝簡單，易于管理等優(yōu)點(diǎn)。二、系統(tǒng)方案1、設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)通過運(yùn)用紅外發(fā)光管和紅外光接收模塊作為收發(fā)器件，用來定向傳輸語音信號(hào)，傳輸距離2米之內(nèi)，當(dāng)接收裝置不能接收發(fā)射端發(fā)射的信號(hào)時(shí)，要用發(fā)光管指示。由語音信號(hào)源提供信號(hào)，由三極管將進(jìn)行電壓放大，再經(jīng)過LM386進(jìn)行音頻功放，發(fā)射管將信號(hào)輸送出去，接收管收到信號(hào)后由三極管將進(jìn)行電壓放大，再經(jīng)過LM386進(jìn)行音頻

11、功放，最后輸送到揚(yáng)聲器。2、設(shè)計(jì)方案紅外線通信系統(tǒng)的構(gòu)成，它由3個(gè)部分組成：電源模塊，紅外線發(fā)射模塊，紅外線接收模塊。紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為載體，來進(jìn)行通信。語音和音樂等所產(chǎn)生的電信號(hào)和其他低頻電信號(hào)一樣，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。紅外線接收管接收信號(hào)后經(jīng)過三極管電壓放大，LM386電壓放大后傳輸?shù)綋P(yáng)聲器。系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖和總體系統(tǒng)電路圖由如圖1、圖2所示。紅外線發(fā)射模塊功率放大電壓放大音頻輸入電源模塊 音頻輸出功率放大電壓放大紅外線接收模塊 圖 1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成框

12、圖 圖2 總體系統(tǒng)電路圖三、硬件電路設(shè)計(jì)1、電源模塊采用7805組成的5V輸出電源，內(nèi)部電路具有調(diào)節(jié)電位繼，只需要經(jīng)過調(diào)解電位繼RP即可調(diào)節(jié)輸出的電壓。IC采用集成穩(wěn)壓器，并帶有電流旁電路，是7805穩(wěn)壓器輸出級(jí)不易被損壞，能夠很好的輸出5V電壓提供給紅外線發(fā)光模塊與紅外線接收模塊中電路使用。電路圖如圖3所示。 圖3 7805組成的5V輸出電源圖2、紅外發(fā)射模塊設(shè)計(jì)的原則是考慮紅外發(fā)射管的工作電流，電流過小，傳輸距離短，電流過大容易毀壞發(fā)光管。紅外發(fā)射模塊框圖如圖4所示與電路圖如圖5所示： 圖4 紅外線發(fā)射模塊框圖圖5 紅外線發(fā)射模塊電路圖這是一個(gè)共發(fā)射極的放大電路，調(diào)整基極偏置，輸入模擬信號(hào)

13、經(jīng)過電壓與功率放大，紅外發(fā)光二極管的輸出功率也隨著模擬信號(hào)而改變，從而可以將輸入信號(hào)發(fā)送出去。此操作既簡單又方便。3、紅外接收模塊利用紅外發(fā)光管接收信號(hào)，將接收到的信號(hào)通過三極管將電壓放大，再通過LM386將功率放大，最后通過簡單地驅(qū)動(dòng)電路，輸送到揚(yáng)聲器。成本低，操作簡單，容易檢修。紅外線接收模塊的框圖如圖6所示與電路如圖7所示： 圖6 紅外線接收模塊框圖圖7紅外線接收電路圖4、電路參數(shù)的計(jì)算和元器件的選擇41、電路參數(shù)的計(jì)算LM386放大電路增益的計(jì)算：增益= 30000/(150+(1350*R)/(1350+R)，R為1,8引腳之間串聯(lián)的電阻。因此，增益=30000/(150+(1350

14、*0)/(1350+0)=200；4.2、元器件的選擇VT1選用9013NPN小功率三極管，要求電流放大系數(shù)大于220，=0.625W，=0.5A 。VD1，VD2選擇SE303型紅外線發(fā)光二極管，VD選用PH302型紅外線接收管（不要選用光電二極管，以免干擾，影響接收效果）。選用CD11- 16V型CD11- 16V型電解電容器4.3、特殊元器件的選擇LM386內(nèi)部電路原理圖如圖所示。 圖3.4.1-LM386內(nèi)部原理圖與通用型集成運(yùn)放相類似，它是一個(gè)三級(jí)放大電路。 第一級(jí)為差分放大電路，T1和T3、T2和T4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；T5和T6組成鏡像電流源作為T1和T2的

15、有源負(fù)載；T3和T4信號(hào)從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。第二級(jí)為共射放大電路，T7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。 第三級(jí)中的T8和T9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管T10構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。二極管D1和D2為輸出級(jí)提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。 電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深

16、度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個(gè)電路具有穩(wěn)定的電壓增益。LM386的引腳圖 LM386的外形和引腳的排列如右圖所示。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時(shí)在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10。 圖3.4.2-LM386引腳圖LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。 LM386的電源電壓4-12V或5-18V(LM386N-4)；靜態(tài)消耗 電流為4mA；電壓增益為20-200dB；在1、8腳開路時(shí)，帶寬為300KHz； 輸入阻抗為

17、50K；音頻功率0.5W。盡管LM386的應(yīng)用非常簡單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會(huì)帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會(huì)產(chǎn)生非常討厭的噪聲。 三極管的介紹4.4、 各模塊的連接 電源模塊紅外線接收模塊紅外線發(fā)射模塊 圖3.4.4 各模塊連接圖220V電壓經(jīng)過音頻信號(hào)紅外轉(zhuǎn)發(fā)器有發(fā)射器和接收器兩部分組成。C1是發(fā)射器的核心，經(jīng)耦合電容的C1的隔離作用后會(huì)在9013的基極上加一組和音頻信號(hào)一樣變化的電流，再由9013的放大作用驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管。由LM386將功率放大使其接收到的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為紅外信號(hào)發(fā)送出去。紅外接收管接收到信號(hào)后，由三

18、極管將進(jìn)行電壓放大，再經(jīng)過LM386進(jìn)行音頻功放，最后輸送到揚(yáng)聲器。四、測試方案與結(jié)果1、測試方案將發(fā)射器與接收器的電子元器件放在涼快電路板上，安裝時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)射部分三極管VD的靜態(tài)電流在3mA左右，接收部分只要安裝無誤，不需要調(diào)節(jié)即可工作。 紅外線發(fā)光二極管在安裝時(shí)，要考慮其輻射區(qū)范圍，由于紅外發(fā)射管的輻射角一般在60度左右，所以安裝時(shí)要使它們的輻射空間范圍有一部分重疊，如圖3.1所示： 圖4.1 發(fā)射管的排列圖發(fā)射部分，接收部分經(jīng)調(diào)試后，都沒有出現(xiàn)什么錯(cuò)誤，即可發(fā)射音頻信號(hào)并在2米遠(yuǎn)處接收到信號(hào)，只是接收到的信號(hào)聲中有一些雜聲。2、測試結(jié)果將發(fā)射部分和接收部分分別接上5V電源，再接上音頻信號(hào)，

19、其發(fā)射管和接收管距離2米，通過揚(yáng)聲器聽到音質(zhì)較好的音頻信號(hào)。采用了萬用表測試了5V的電壓，以及各部分電路的電壓，電流以及電阻值。但實(shí)際上是4.9V。用示波器測試了發(fā)射端發(fā)射信號(hào)的波形，看到了發(fā)射信號(hào)呈現(xiàn)正弦波。調(diào)試發(fā)送電路。通過測試，紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路中紅外管的電流為30-40mA之間。調(diào)試接收電路。去掉紅外管，在輸入端加一個(gè)正弦小信號(hào)，用示波器同時(shí)觀測輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，在信號(hào)不失真的前提下，可以測試得到放大增益為50-200倍。具體如表1所示。電壓（v）電流(MA)增益紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路4.935120紅外接收驅(qū)動(dòng)電路4.937150表1 實(shí)測參數(shù)3、 測試分析與結(jié)論采用了萬用表測試了5V的電

20、壓，以及各部分電路的電壓，電流以及電阻值。由于電壓值沒有達(dá)到5V，不能實(shí)現(xiàn)控制紅外發(fā)射管與接收管的發(fā)射與接收的要求，所以運(yùn)用了變壓器穩(wěn)壓取出5V的電壓接入電路，實(shí)現(xiàn)了紅外線發(fā)射，接收管的發(fā)射與接收，距離為2米之內(nèi)。五、結(jié)語紅外通信是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般 由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)由一個(gè)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)，而接收系統(tǒng)用紅外接收管進(jìn)行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。 信號(hào)失真主要是由于接收裝置自己產(chǎn)生的失真以及發(fā)送過程信號(hào)發(fā)生失真。對(duì)于前者，我們發(fā)現(xiàn)噪音主要是高頻信號(hào)，所以我們在喇叭兩端接入了低值電容。對(duì)于發(fā)送過程失真，我們對(duì)電位器進(jìn)行電阻調(diào)節(jié)，直到輸出不失真。紅外通信技術(shù)基于其優(yōu)點(diǎn)在未來的發(fā)展與運(yùn)用中將會(huì)有更出色的表現(xiàn)，這是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)