红外光通信装置(F题)

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电子设计大赛F题红外通信

电子设计大赛F题红外通信公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]2013年全国大学生电子设计竞赛红外光通信装置（F题）2013年9月7日摘要设计红外通信收发系统，该系统由信号产生模块、红外光发送模块和红外光接收模块三部分构成，实现对信号的产生、发送、接收以及实现对信号的功率放大。

掌握系统的原理，用 Altium designer软件绘制原理图并生成PCB 板，然后实际操作搭建电路板。

系统主要由信号产生电路，红外光发射系统，红外光接收系统三个模块构成，由音乐芯片构成的信号产生电路发出电信号，通过发送系统转化为光信号发送，通过接收系统接受光信号并将其转化为电信号，再通过喇叭将其重新转化为语音信号，实现红外光通信的全过程。

首先主要用LM386芯片构成音乐产生电路，发出电信号，由于发出的信号比较微弱，所以需要再经过一个分压式共射电路适当放大信号，并通过LED红外发送管转化为光信号发送。

信号经接收管接收后，通过运放电路得到较高的输出功率，驱动喇叭发出音乐芯片的音乐。

利用放大器LM386、AD623、AD8608可以得到200的增益，驱动喇叭得到所需功率。

AbstractDesign of infrared communication transceiver system, the system module, the infrared light generated by the signal of sending module and infrared receiving module, realize the signal producing, sending, receiving, and realize the signal of power amplifier. The principle of control system, with Altium designer software map principle and generate the PCB, and then practical building circuit boards. System is mainly composed of signal generation circuit, infrared launch system, the infrared receiving system three modules, which composed the music chip issue electrical signal circuit, by sending system is converted into optical signals to send, receive light signals by receiving system and convert it into electrical signals, thenconvert it to speech signal over the loudspeaker, realize the whole process of infrared communication. First mainly with LM386 circuit chip music, send electrical signals, because the signals are faint, so need to pass a partial pressure type radio appropriate amplified signals, and through the LED infrared transmitting tube into thelight signal transmission. Signal after receiving tube, high output power is obtained by op-amp circuit, drive the horn music chip music. Using amplifier LM386, AD623, AD8608 can get the gain of 200, and drive the horn to get the required power.目录1系统方案.................................................................. . (4)发射管的论证与选择.............................................................. .. (4)输入端运放的论证与选择.................................................................. . (4)信号传输的论证与选择.................................................................. .. (4)功率放大器的论证与选择 (6)温度信号的获取与传输 (6)显示模块 (6)2系统理论分析与计算 (6)语音信号的放大与接受 (6)温度信号的接受 (6)传输距离的测试 (6)3电路与程序设计 (6)电路的设计 (6)发射电路设计 (6)接受电路设计 (7)小灯指示电路设计 (7)喇叭驱动电路设计 (8)中继节点电路设计 (8)稳压电源电路设计 (8)程序的设计 (9)程序功能描述与设计思路 (9)程序流程图 (9)程序代码 (10)4测试方案与测试结果 (10)测试方案 (10)测试条件与仪器 (10)测试结果及分析 (10)5总结 (11)附录1：电路原理图 (12)附录2：源程序 (13)红外光通信装置（F题）1、系统方案论证：总体系统由信号产生电路、红外光发射系统、红外光接收系统三个模块构成，由音乐芯片构成的信号产生电路发出电信号，通过发送系统转化为光信号发送，通过接收系统接收光信号并将其转化为电信号，再通过喇叭将其重新转化为语音信号，实现红外光通信的全过程。

红外感应理论基础知识题库100道及答案解析

答案：C
解析：红外感应技术的发展趋势是更简单、高效和低成本，而不是更复杂的结构。
21. 红外感应在医疗领域可用于（）
A. 体温测量 B. 疾病诊断 C. 药物研发 D. 手术操作
答案：A
解析：红外感应常用于非接触式的体温测量。
22. 以下哪种红外传感器的稳定性较好（）
A. 热释电传感器 B. 热电偶传感器 C. 热敏电阻传感器 D. 量子阱传感器
46. 红外感应与激光感应相比，优势在于（）
A. 成本低 B. 精度高 C. 抗干扰能力强 D. 测量范围大
答案：A
解析：红外感应相对激光感应成本较低。
47. 以下哪种红外传感器适用于远距离检测（）
A. 热释电传感器 B. 量子型传感器 C. 热电偶传感器 D. 热敏电阻传感器
答案：B
解析：量子型传感器在远距离检测方面具有优势。
A. 降低工作频率 B. 减少传感器数量 C. 提高检测精度 D. 缩短检测时间
答案：C
解析：提高检测精度可能会导致红外感应系统的功耗增加。
45. 红外感应系统的防护等级通常用（）表示
A. IP 代码 B. 电压等级 C. 灵敏度等级 D. 分辨率等级
答案：A
解析：防护等级通常用 IP 代码表示。
30. 红外感应可用于火灾预警，主要检测的是（）
A. 火焰的温度 B. 烟雾的浓度 C. 物体的燃烧 D. 异常的热辐射
答案：D
解析：红外感应在火灾预警中主要检测异常的热辐射。
31. 以下哪种红外传感器适用于测量微小的温度变化（）
A. 热电偶传感器 B. 热敏电阻传感器 C. 热释电传感器 D. 量子型传感器
39. 影响红外感应精度的因素不包括（）

红外通信数据通信

红外通信数据通信红外通信数据通信在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外通信则是被采用较多的一种方法。

红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。

在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外通信则是被采用较多的一种方法。

红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。

红外线通信是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案，主要应用于近距离的无线数据传输，也有用于近距离无线网络接入。

从早期的IRDA规范(115200bps)到ASKIR(1.152Mbps)，再到最新的FASTIR(4Mbps)，红外线接口的速度不断提高，使用红外线接口和电脑通信的信息设备也越来越多。

红外线接口是使用有方向性的红外线进行通讯，由于它的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以只适合于短距离无线通讯的场合，进行"点对点"的直线数据传输，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。

1. 红外通信的基本原理红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。

发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。

接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。

常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制(PPM)两种方法。

简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。

2. 红外通讯技术的特点红外通讯技术是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持:通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发;主要是用来取代点对点的线缆连接;新的通讯标准兼容早期的通讯标准;小角度(30度锥角以内)，短距离，点对点直线数据传输，保密性强;传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。

第1题红外光通信装置

红外光通信装置（F题）青岛大学薛帅殷凯李健摘要本套设计是一个红外光语音通信系统，该系统采用一对950nm波长红外光发光、接收管作为收发器件，实现了定向语音信号传输，无明显失真条件下传输距离可达2m，并可以实时传输发射端环境温度，在接收端数码管实时显示。

音频传输模块设计采用TI的高性能锁相环芯片CD4046实现对声音信号的调制、解调，采用TI公司的高精度运放LM386进行放大、滤波，通过扬声器输出语音信号。

温度模块采用STC89C52RC 作为控制核心，利用DS18B20温度传感器采集温度信息，实现温度的实时采集。

关键词：红外光语音信号调制解调无线通信温度显示1 系统方案1.1 方案比较与选择本系统主要需完成的任务是通过红外光传送连续的音频信号和变化的温度值。

需要传送的音频信号频率范围为300HZ到8KHZ的音频信号，还原的信号无失真现象，温度数字信号传输时延不超过10S，且还要在接收端显示出当前温度值。

题目中提到的两种信号分别为模拟信号和数字信号，这就要求我们选择总体方案，是选择模拟传输，还是数字传输方案。

我们分析了三种方案：方案一：普通的数字传输方式，根据香农定理要还原原始信号每个周期至少要采集两个点，如果每个点以8位来计算的话，那么传输速率就要求最小为3.4K ×8×2 =54.4K，它远大于我们测试的最大传输速率5K。

方案二：压缩数字传输，因为红外光的特性决定了其工作的特性，必须要有大于280uS的基波发送和不小于300uS 的数据传输完的等待时间，其才能正常工作的特性。

那么在数据传输区的信息量就很大，经过压缩后可以缓解信道的传输压力，但是时间还是不够用，增加了软件算法的难度。

方案三：模拟量传输方式，通过简单的前级调制处理就可以把连续的音频信号传送过去，经过相应的硬件电路解调后就可以较完整的还原原始信号。

整个过程简单，不需要控制系统处理就能实现信号传送，不需要单片机的参与且效果很好。

2013年全国大学生电子设计竞赛

2013年全国大学生电子设计竞赛红外光通信装置（F题）2013年9月6日摘要红外光通信装置（F题）一、总体方案设计仔细分析题目要求，红外光通信装置的传输距离需要达到2米、发挥部分中的中继转发点、保证信号无明显失真，是本题最大的难点。

同时，当发射端输入语音信号为800Hz 单音信号时，8Ω电阻负载上的输出电压有效值不小于0.4V；发射端输入信号的幅度为0V时，接收装置输出端噪声电压不大于0.1V也是本题中需要解决的问题。

对此，我们考虑了以下几种方案：1.1系统整体方案的论证与选择方案一：纯51单片机方式，数字传输，即用两块单片机分别完成对红外对管发送和接收的控制。

通过软件实现时序控制，AD端采样后对信号进行编码、调制，经红外对管传输，再解码解调出原信号。

方案二：纯FPGA方式，数字传输，方法同51单片机，通过数字方式对采样信号进行编码和ASK调制解调，占用资源少同时高速高效。

方案三：模拟电路加FPGA方式。

即通过乘法器和压控振荡器实现对音频信号的调制，经过光电对管传输后，再经过乘法器和亚控振荡器解调，直接输出到音响端；FPGA 用于处理温度信息，使用另一路光电对管传输，实现编码和解码的功能。

方案一的最大特点是控制简单，编程逻辑清晰，但是由于51自身的时钟经过分频，对于时钟信号的控制准确度低，而且时序控制需要时刻调用内部时钟中断，非常占资源，大大影响了处理速率，故不选择此方案。

方案二的特点是时钟信号十分精确，处理速度快，但是数字传输传输，速率要求太高，普通光电管接收起来有难度，温度和信号编码的时序要求非常高。

方案三模拟部分工作量较大，需要乘法器、多级放大器、压控振荡器、滤波器等器件，但是可以保证较高的输出功率，同时用FPGA实现对单一温度信息的传输、编码输出难度不大，故采用此方案。

1.2信号调制解调方案的论证与选择方案一：数字调制解调，即将音频信号通过AD采样后，传输给FPGA，在FPGA 内部通过软件实现调制，调制后的信号经过放大电路通过红外传递，接收端接收后，进行数字解调，经过滤波、放大之后得到原信号。

红外光通信装置F题

图1红外光通信装置方框图语音信号红外光通信装置 (F 题)【本科组】一、任务设计并制作一个红外光通信装置、要求1基本要求(1) 红外光通信装置利用红外发光管和红外光接收模块作为收发器件，用来定向传输语音信号，传输距离为 2m ,如图1所示。

(2) 传输的语音信号可采用话筒或 C 3.5mm 的音频插孔线路输入，也可由低频信号源输入；频率范围为 300~3400Hz 。

(3)接收的声音应无明显失真。

当发射端输入语音信号改为800Hz 单音信号时，在8 0电阻负载上，接收装置的输出电压有效值不小于0.4V不改变电路状态，减小发射端输入信号的幅度至0V ，采用低频毫伏表(低频毫伏表为有效值显示，频率响应范围低端不大于10Hz 、高端不小于1MHz )测量此时接收装置输出端噪声电压，读数不大于 0.1V 。

如果接收装置设有静噪功能，必须关闭该功能进行上述测试。

(4)当接收装置不能接收发射端发射的信号时，要用发光管指示。

F -1 / 3红外光中继转发节2m耳机2•发挥部分 (1)增加一路数字信道，实时传输发射端环境温度，并能在接收端显示。

数字信号传输时延不超过 10s 。

温度测量误差不超过 2C 。

语音信号和数字信号能同时传输。

(2)设计并制作一个红外光通信中继转发节点，以改变通信方向90。

，延长通信距离2 m ,如图2所示。

语音通信质量要求同基本要求(3)。

图2 红外光通信中继转发装置方框图中继转发节点采用 5V 直流单电源供电，电路见图 3。

串接的毫安表用来测量其供电直流电流。

(3) 在满足发挥部分(2)要求的条件下，尽量减小中继转发节点供电电流。

(4) 其他。

三、说明1 •本装置的通信信道必须采用红外光信道，不得使用其他通信装置。

发射端及转发节点必须采用分立的红外发光管作为发射器件，安装时需外露发光管，以便检查。

不得采用内部含有现成通信协议的红外光发射芯片或模块。

语音信号温度显示红外接收装置 —图3中继转发节点供电电路2•中继转发节点除外接的单5V供电电源外，不得使用其他供电装置(如电池、超级电容等）。

红外光通信装置（F题）红外光通信装置

红外光通信装置(F题) 红外光通信装置学校统一编号学院名称：队长姓名：队员姓名：指导教师姓名：红外光通信装置(F题)摘要由于红外载波的无线通信技术成本比较低，所以越来越多的应用于生活中，例如常用的电视机遥控器等，但由于红外光的特殊性，使它的传输距离有限，而且传输时需要将发射端与接收端对齐。

本文设计了一个利用红外光作为传输方式的通信装置。

首先将声音信号收集到，将其放大之后转换为数字信号，然后通过红外光进行传输，利用另一端的红外光接收装置将发射端发射的光信号接收到，经过解调转换成声音信号，然后输出。

在传输的过程中同时传输由发射端热敏电阻采集到的温度信息，并在接收端通过液晶显示屏显示出来。

在发射端和接收端使用STC12C5616AD单片机进行控制。

关键字：单片机红外光智能控制发射极接收极目录一、题目分析........................................................................................... (3)1.1计划任务........................................................................................... . (3)二、系统设计............................................................................................. (3)2.1方案比较........................................................................................... . (3)2.1.1方案一...........................................................................................3 2.1.2方案二 (3)2.2方案论证........................................................................................... . (4)2.2.1方案的优点 (4)2.2.2方案的缺点 (4)三、单元模块的设计与分析 (4)3.1各个单元模块的分析........................................................................................... .. (4)3.1.1.音频接收模块............................................................................... 4 3.1.2.红外发射模块............................................................................... 4 3.1.3 通信通道.. (5)3.1.4 红外接收装置 (5)3.2特殊元器件的介绍........................................................................................... (5)四、方案设计............................................................................................. (8)4.1电路仿真........................................................................................... ..................................... 8 4.2流程图........................................................................................... .. (8)五、系统测试............................................................................................. (9)5.1系统功能........................................................................................... . (9)5.1.1实现功能 (9)5.1.2与设计要求的比较 (10)5.2指标参数........................................................................................... .. (10)六、设计总结............................................................................................. ....... 10 七、参考文献............................................................................................. ....... 10 八、附录............................................................................................. (11)附录1：元器件列表........................................................................................... ...................... 11 附录2：仪器设备........................................................................................... .......................... 11 附录3：系统原理图........................................................................................... . (12)一、题目分析1.1计划任务设计并制作一个红外光通信装置，利用红外发光二极管和红外接收模块作为接收器件，红外光信道作为通信信道，来传输语音信号，并且使得传输距离达到两米。

2013年全国大学生电子设计竞赛新疆赛区获奖名单

2013年全国大学生电子设计竞赛新疆赛区获奖名单本科组：序号参赛队学校参赛作品参赛队成员赛区奖项全国奖项1 新疆大学红外光通信装置（F题）王伟、吴金芳、梁亚辉区一等奖全国二等奖2 新疆大学单相AC-DC变换电路（A题）许伟义、温英英、王厚华区一等奖3 新疆大学单相AC-DC变换电路（A题）于海涛、杨晓、郭琰区一等奖全国二等奖4 新疆大学简易旋转倒立摆及控制装置（C题）温煌璐、徐华迎、陈朋云区一等奖5 新疆师范大学红外光通信装置（F题）宋森森、韩雪、万如玥区二等奖6 新疆师范大学红外光通信装置（F题）朱迪迪、刘坤仑、廖锦辉区二等奖7 喀什师范学院红外光通信装置（F题）李腾飞、王杰、杨同心区二等奖8 喀什师范学院红外光通信装置（F题）牛磊、李硕、李丹区二等奖9 新疆大学手写绘图板（G题）熊秋峰、王心雨、王强军区二等奖10 新疆大学简易旋转倒立摆及控制装置（C题）张振、张春阳、陈宇星区二等奖11 新疆大学红外光通信装置（F题）李娜、唐小明、张亚慧区二等奖12 喀什师范学院简易旋转倒立摆及控制装置（C题）张涛、王洋洋、袁军慧区三等奖13 新疆大学简易频率特性测试仪（E题）何小敏、高雅洁、杨刘勤区三等奖14 新疆大学简易旋转倒立摆及控制装置（C题）崔亚笛、吾兰.努鲁别克、王韦龙区三等奖15 新疆农业大学单相AC-DC变换电路（A题）王洋洋、胡毅、鲁朋朋区三等奖16 新疆大学红外光通信装置（F题）李林、段才伟、布阿加古丽区三等奖17 新疆大学简易频率特性测试仪（E题）张腾月、陈琳琳、祖丽皮亚·艾尼区三等奖18 新疆大学简易旋转倒立摆及控制装置（C题）邵怡敏、热孜亚·依米提、汪露瑶区三等奖19 新疆大学简易旋转倒立摆及控制装置（C题）于鸿柏、秦淦、连苗苗区三等奖20 新疆大学简易频率特性测试仪（E题）王萌、麦麦提江.托合提、杨晓婷区三等奖21 新疆大学简易旋转倒立摆及控制装置（C题）马驰、热孜亚.百克尔、杨石坡区三等奖22 新疆大学单相AC-DC变换电路（A题）苏剑、郭西峰、南晓丽区三等奖23 新疆工程学院红外光通信装置（F题）杨滨、陈文、张芳区三等奖24 石河子大学红外光通信装置（F题）庄武、银智、段维俊区三等奖25 塔里木大学单相AC-DC变换电路（A题）何永峰、李祥区三等奖26 塔里木大学单相AC-DC变换电路（A题）彭利辉、刘殊奇、陈文强区三等奖高职高专组：序号学校名称参赛作品参赛队员赛区奖项全国奖项1 新疆工程学院直流稳压电源及漏电保护装置（L题）满玉新、常永兴、白青山区二等奖2 新疆工程学院电磁控制运动装置（J题）何国福、杨爱龙、谭运峰区三等奖。

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2013年全国大学生电子设计竞赛试题
参赛注意事项
（1）9月4日8:00竞赛正式开始。

本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高
职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生
身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。

（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设
计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

红外光通信装置（F 题）
【本科组】
一、任务
设计并制作一个红外光通信装置。

二、要求
1．基本要求
（1）红外光通信装置利用红外发光管和红外光接收模块作为收发器件，用
来定向传输语音信号，传输距离为2m ，如图1所示。

（2）传输的语音信号可采用话筒或Φ3.5mm 的音频插孔线路输入，也可由
低频信号源输入；频率范围为300~3400Hz 。

（3）接收的声音应无明显失真。

当发射端输入语音信号改为800Hz 单音信
号时，在8Ω电阻负载上，接收装置的输出电压有效值不小于0.4V 。

不改变电路状态，减小发射端输入信号的幅度至0V ，采用低频毫伏表（低频毫伏表为有效值显示，频率响应范围低端不大于10Hz
、高端不小于1MHz ）测量此时接收装置输出端噪声电压，读数不大于0.1V 。

如果接收装置设有静噪功能，必须关闭该功能进行上述测试。

（4）当接收装置不能接收发射端发射的信号时，要用发光管指示。

图1 红外光通信装置方框图
2．发挥部分
（1）增加一路数字信道，实时传输发射端环境温度，并能在接收端显示。

数字信号传输时延不超过10s 。

温度测量误差不超过2℃。

语音信号和数字信号能同时传输。

（2）设计并制作一个红外光通信中继转发节点，以改变通信方向90°，延
长通信距离2 m ，如图2所示。

语音通信质量要求同基本要求（3）。

中继转发节点采用5V 直流单电源供电，电路见图3。

串接的毫安表用来测量其供电直流电流。

图3中继转发节点供电电路
（3）在满足发挥部分（2）要求的条件下，尽量减小中继转发节点供电电流。

（4）其他。

三、说明
1．本装置的通信信道必须采用红外光信道，不得使用其他通信装置。