北邮红外通信收发系统的设计实验报告

电子电路综合设计实验报告红外通信收发系统的设计与实现

院系：信息与通信工程学院

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【实验名称】红外通信收发系统的设计与实现

【摘要】

语音和音乐等低频电信号一般不适合直接远距离传输，而是通过调制加载到光或者高频信号上传输出去。本次试验的内容，就是设计一个合适的红外收发电路，实现多种信号的传输。红外通信系统的设计是光通信系统的一个重要分支，采用红外通信系统的设计方法来进行和目前世界上所采用的骨干通信网的光纤通信系统是有相同之处的，唯一重要的差别就是它们二者所采用的传输媒质不用，一个是大气，一个则是光纤。

【关键词】

关键词音频传输，调制，红外收发，自激，耦合。

【实验目的】

1、掌握简单的红外光通信系统的组成及设计原理；

2、掌握通信电子系统方案设计、电路设计的方法；

3、掌握红外发送、接收电路的设计原理和原则；

3、熟悉电路仿真软件的使用；

4、通过实验大家体会一下通信系统是一个怎样的工作模式，为今后更深层次的专业课的学习打下一个很好的基础。

【实验要求】

1、制定合理的实现方案，要求至少有两套红外设计的实现方法，理论计算出元件参数；

2、电路设计。根据自己的实现方案，提出元器件清单，确定元器件型号、数量，从可选方案中选出一套；

3、电路仿真和优化。运用Protel等工具软件对电路进行优化和仿真；

4、用面包板来搭建电路并进行调试；

5、测试电路完成的功能，记录测试数据，对于音乐电路，能得到清晰的音乐。

【设计任务要求】

1、基本要求：

1）设计的正弦波振荡器：f >=1kHz，Uopp>=3V;

2）所设计的正弦波振荡器的输出信号作为红外通信收发系统发送端的输入信号，在接收端可以接收到无明显失真的输入信号；

3）接收端LM386增益设计G>=200；

2. 提高要求：

利用音乐芯片产生乐曲，调制LED后发出，接收端接收到的信号利用喇叭可以将发送的乐曲无失真的播放出来，

【设计思路及分块和总体结构】

设计思路及总体结构框图如下：

红外设计的总体构架

上图是一个简单的红外通信系统的构造图，通过实验应该能进行模块化的设计，当然整个商用的红外光通信系统是相当复杂的，这里我们只考虑最基础和最必要的部分来完成整个红外光通信收发系统的设计。

1.信号产生：

这里利用了音乐芯片KD－9300或是LX9300来完成。

LX-9300的接法kd-9300的接法

信号产生也可以用RC振荡器构成，信号的幅度不宜过大。

2.红外光发送模块的设计

设计原则主要是考虑红外发送管的工作电流，电流过小，传输距离短，电流过大又容易毁坏发光管。

红外光发送电路

3.红外光接收模块的设计

红外光接收电路

4.高通滤波器

红外接收的二极管都是光敏二极管，这样普通灯光也对其都成一定程度的影响，为了获得更好的效果，还要在信号输出端加入高通滤波器，消除恒定的外接低频信号的干扰，这样接收效果和灵敏度将显著提高。

5.功率放大器

利用音频功率专用放大器LM386，可以得到50～200的增益，足以驱动0.8W的小喇叭。

放大器LM386

6.总体电路的设计（含电路图）

7.系统调制：

系统调制原则：根据电路原理先调制各单元电路，然后再整机调试。

（1）第一步是调制发送电路。记录红外发射驱动电路的输出波形和红外管中的电流；

（2）第二步调制接收电路。去掉红外接收管，加一个正弦小信号，调试输出放大倍数，要求50－200倍直至输出为正弦波，确保不是自激信号或干扰信号；

（3）第三步是整机调试。将发送电路和接收电路放到一起，在发送端送入正弦小信号，观察输出信号波形；

（4）按音乐芯片KD9300的接线方法焊好管脚，将芯片中音乐信号作为输入信号，能在喇叭中听到优美、无噪声的音乐。

一、所实现的功能说明：

本实验完成的基本功能为文氏桥ＲＣ振荡电路产生的振荡信号的传送和接收. 文氏桥ＲＣ振荡电路(前级)产生的一个频率为1.5kHz振荡信号,经具有分压式电流负反馈电路的共射放大电路(后级)的LED发射后由接收电路接收。

1.主要测试方法:

1）发射电路：

发射部分是为红外管提供驱动电流的，因此静态工作点的调试是必须的。所以要按照一般三极管放大电路的调试方法来调试静态工作点，保证红外管得到足够的驱动。用电压表测量射极电阻Re1两端的电压，由此求出Ieq,利用Ieq ≈Icq得到Icq的值。

然后进行交流调试，将信号发生器产生的正弦信号接入输入端，用示波器同时监测输入输出信号（输出信号取自发光管所在支路）。保证输出信号不失真无干扰。波形如下：

2）接收电路：

接收部分主要的功能是放大功率，所以必须进行增益调节。LM386有不同的接法，从而有不同的增益。实验中要调试使其实际能达到较大的增益。将接收管与LM386连接的电路断开，用函数信号发生器产生的信号代替接收管接收到的信号，分别测出输入和输出信号的幅

度，由此计算出LM386的增益。增益情况波形如下：

3）整体调试

在分级调试完成的基础上进行整体调试。接好直流偏置电源，用由信号发生器产生的单一频率正弦信号来测试。将1000Hz的正弦信号接到前级输入端，将光接收管朝向发光管的方向，用示波器监测后级输出端的信号，以输出信号无失真无干扰且有足够的幅度为标准，如果达不到此标准，则应仔细检查电路，重新调试。必要时要分级重调，更改元件规格或更换元件。直至达到标准为止。此过程为该实验的重点部分。

4)提高要求

实验的提高要求为传送声音信号。所以要焊接音乐芯片。按照电路图焊接并连接好芯片电路。现直接将芯片电路与小喇叭连接，看其能否正常发声。然后将芯片电路的信号输出接至前级输入端，小喇叭接至后级输出端，如果能听到清晰响亮的音乐声，则实验成功。否则要仔细检查电路重新调节。

通过两部分电路的配合，最终可以实现红外线的产生，发射，与接收显示等功能。而由于信号的强弱还与发射管，接受管所处位置（角度及距离）有关，所以实验时若角度选择不当，很有可能接收不到红外线，而当发射与接收电路相距较远时，接收到的信号会比较弱，不宜于进行实验观察，所以实验过程中要注意角度与距离的选取。所以需要由远及近的进行测试。

本实验完成了至少4米以上的信号无失真无干扰传输。由于桌子长度限制，没有进行更进一步的测试。

2.主要功能：

接收电路在LM386的三管脚之前加一小电容，等于在功率放大之前先消除恒定的外接低频信号的干扰，提高接收效果和灵敏度。LM386的放大电路，得到80倍左右的增益，来驱动0.8W的小喇叭。（其中接收管LED2采用PIN光电二极管或者雪崩光电二极管APD，将接收到的光信号转换成电信号）

3.主要测试数据为：