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红外线语音通信系统本科毕业设计（论文）题 目 红外线语音通信系统 姓 名 专 业 通信工程 学 号 指导教师 信息工程学院 二一五年六月目 录摘要IAbstractII前言III1 红外线语音通信系统的总体设计11.1 红外光通信系统的设计要求11.1.1 语音采集所需要的环境11.1.2 语音的采集11.1.3 控制和管理11.2 方案的提出与选择21.3 总体设计思路41.4 发射部分电路设计61.4.1 发射部分框图61.4.2 发射部分电路61.5 接收部分电路设计61.5.1 接收部分框图61.5.2 接收部分电路72 基于红外线的语音发送接收系统的模块设计82.1 发送端语音采集电路82.2 音频放大电路的概述以及所用元件的介绍92.2.1 使用到的元器件的介绍92.2.2 放大电路112.3 发送端低通滤波器112.3.1低通滤波器的概述112.3.2 滤波电路122.4 红外线发射与接收电路122.5 接收端前级电压放大电路132.6 接收端有源低通滤波和有源高通滤波电路142.7 LM386功率放大电路162.7.1 概述162.7.2 功率放大的电路图182.8 扬声器和耳机183 基于红外线语音发送与接收系统的调试193.1 红外线发射模块与语音采集的测试193.2 红外接收模块与语音接收模块的测试213.3 测试及仿真的环境23结 论25致 谢26参考文献27附录1：总体电路图28附录2：实物图29红外线语音通信系统摘要随着科技的发展和创新，无线电通信技术得到了前所未有的发展，而红外无线通信相对于无线电数据通信具有低功耗、价格低廉、电磁干扰小、保密性强等优点，目前发展形势迅速，尤其在近距离（室内）无线数据通信中得到了广泛的应用。在课本和资料中我们可以知道红外线是一种近距离、高速通信的通信方式，对于我们经常使用的一种近距离、室内通信手段,红外线无线通信具有无线电缆无法比拟和超越的优势。本文介绍的系统主要阐述了红外线语音通信的工作原理以及红外线语音通信过程，详细的分析了系统设计中的每一个电路模块，得出了这一系统的最佳设计方案，用做大的努力去完成一个比较好的设计。本系统分为11个模块：语音采集模块，发送端前级音频与功率放大模块，发送端低通滤波器，红外线发射电路，红外线接收电路，接收端前级电压放大模块等等。红外线发射模块中主要是采用二极管，LM358将接收到的信号进行电压的放大和所转化长的电信号功率的放大以及红外线发射管。在红外线接收模块中主要是采用红外线接收管，LM386将接收到的信号进行电压放大和功率放大传输给红外线接收管。其系统实现的功能是利用红外发射管和红外光接收管作为收发器件，将电信号传至扩音器和耳机。 关键词：红外通信；发射；接收；LM386；LM358 INFRARED VOICE COMMUNICATION SYSTEMAbstract Todays advanced science and technology and radio communication technology has been an unprecedented development, while wireless infrared communication relative to the radio data communication has the advantages of low power consumption, low price, low electromagnetic interference, high confidentiality of. At present, the rapid development. Especially with development of coding and modulation techniques, wireless infrared data communication data rate becomes higher and higher, as many mobile devices, indoor office equipment and handheld devices, wireless data communication is an important way. In the textbooks and materials we can know infrared is a short distance, high speed communication means of communication, for we often use a close quarters, indoor means of communication, the wireless infrared communication with wireless cable unmatched and beyond the advantage. System is introduced in this paper mainly expounds the working principle of infrared voice communication and infrared voice communication process, detailed analysis of the system design of each circuit module, the optimal design scheme of the system are obtained and successful as might do a better show design. This system is divided into 11 modules: voice acquisition module, the sending end of audio and power amplifier module, the sending end low-pass filter, infrared emitting circuit, an infrared receiving circuit, the receiver of voltage amplification module and so on. The infrared emission module is mainly used in diode, LM358 will receive the signal of the amplification and conversion of the long power of the signal amplification and infrared emission tube. In the infrared receiving module, the infrared receiving tube is mainly used, and the signal is amplified by LM386 and amplified by power.Keywords: infrared communication; transmit; receive; LM386; LM358 II前言红外通信由来已久，但是进入90年代，这一通信技术又有新的发展，应用范围也越来越广泛。1995年，一个由部件、计算机系统、外围设备和电信厂商组成的大型集团红外数据协会（IrDA）就红外通信的标准达成一致。红外数据协会开发的这种新的无线通信标准还得到PC机产业的有力支持。主要的开发厂商，已在计算机之间推出了采用这种高速红外数据通信的PC机、笔记本计算机、打印机和手持式个人数字助理（PDA）的设备。此外，红外通信已经用在大多数新的笔记本计算机中，逐渐成为一种最成本效益高和使用方便快捷的无线通信技术，慢慢的占据市场的主导地位。经过40多年大发展，中国在红外技术研究方面已经取得了重大的进步，建成了专业研究所、红外物理实验室和众多的研究课题组。一批高等院校中，也设立了红外专业或包含红外专业的光电技术系，一批民营企业、股份制企业相继诞生，已经形成了不同规模的产品。近几年，随着智能化设备越来越普及，红外通信技术因其抗干扰性能突出，从而被广泛的应用到针对智能机器人、智能电器、智能家居的设计方案中。红外通信是最常用的近距离无线通信方式之一，采用红外通信的优点是低成本、高速率且低功耗，因此也就成为设计便携式遥控器的首选。除此之外，在广泛的基于单片机的智能家居设计中，红外通信也作为单片机之间的通信手段，并且与电信市话通信手段在做融洽的结合，从而实现对家居异常情况的监控，例如（盗窃、火警、燃气泄漏、漏水等）电话远程报警、远程遥控等功能1。本次设计的的主要内容，用电压放大电路和滤波放大电路对语音采集端的信号进行方法和滤波，通过红外线发射管和电阻组成的发射电路进行发射，接收电路由红外线接收管接收到之后，在进行音频功率放大和电压放大，最后在喇叭和耳机端得到语音信号。本设计的预期目的：利用红外发光管和接收管作为收发语音的元器件，来实现语音信号的传输，传输距离在0-2m之间。III1 红外线语音通信系统的总体设计随着计算机与信息技术的发展，红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种，当然我认为也是最高效的一种。利用红外线通信是目前使用较广泛的一种通信方式。由于红外线通信具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，在彩电之后，录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型家庭生活电器上也纷纷采用红外线通信技术，不仅通信性能非常可靠，而且能有效地隔离来自其他电器的干扰。那么总结一下来说单片机是目前设计应用中用得比较广泛的器件，因为单品机可以通过软件编程用不同代码片段来达到满足不同的功能，实现我们生活或者其他方面需要用到的各种各样不同的功能，具有灵活性强、可靠性高，可扩展性好的优点。1.1 红外光通信系统的设计要求1.1.1 语音采集所需要的环境在教室或是实验室一些噪音较小的环境中采集，我所设计的电路是一个环形电路，声音可以来回传播，容易被噪声和声音的共鸣干扰。1.1.2 语音的采集在这个系统当中我们可以用自己发出来的声音或是我们手机播放器发出声音，但是对于我的这个作品来说如果想要得到清晰的不受外界干扰的语音就需要使用耳机来作为输入语音信号的工具，因为这样可以减少干扰，我们尽量把传输的距离控制在2m，在两米之内，我们耳机和喇叭都可以正常听到，若是距离大于两米，喇叭就会出现共振。 1.1.3 控制和管理随着现在无线技术的不断创新，有好多对红外通信的做出不断创新的人才，比如我在网上查看的资料中，可以加入一个单片机来解决噪音以及共鸣得到问题等等，但是很遗憾我没有实现。分别使用了ML386和LM358两种不同的功率放大器，来尽量优化我的设计。1.2 方案的提出与选择话筒音频输入滤 波前 置 放 大中级放大A/D转换器门 电 路出驱 动 电 路单片机放 大整 形单 片 机D/A转换器选钟放 大fandango放滤 波喇 叭耳 机所谓的数字通信就是指把在发射端接受到的语音信号放大后传输到A/D转换中进行模/数转换，再由单片机中嵌入的程序控制A/D芯片进行模数转换，当红外接收端的红外线接收管接收到信号后，单片机对接收到的信号进行识别，之后将处理好的信号数据传入D/A转换器进行转化之后，传输滤波电路和功率放大电路进行处理，最后将处理好的语音信号输出，原理如图1.1所示。图1.1 红外数字通信原理图用电压放大电路和滤波放大电路对语音采集端的信号进行方法和滤波，通过红外线发射管和电阻组成的发射电路进行发射，接收电路由红外线接收管接收到之后，在进行音频功率放大和电压放大，最后在喇叭和耳机端得到语音信号。AM调制通信就是把接收到的语音信号传送到放大电路中放大，之后经过红外线发射直接发射出去，通过红外发射管把电信号转化为光信号，这个过程就是通过红外线传输语音信号的过程。红外线接收管接收到红外信号后把光信号转化成电信号，在传入功率放大电路中进行放大和滤波，最后把信号传输到音频输出也就是扬声器中，对处理好的电信号进行转化为语音信号输出，原理如图1.2所示。音频信号放大发送接收放大功率放大音频输出图1.2 AM调制通信的原理图在通信的课程中我们了解到FM调制通信就是利用锁相环技术（简称为PLL）对语音采集端输入的语音信号进行放大滤波之后送入红外发射管传输的由光信号转化的调频信号，接收端的接收到的调频信号之后再次采用用锁相环技术不过这时是进行解调，经过解调后的信号送入功率放大电路处理之后进行输出，调制原理如图1.3所示。音频信号放大发送接收放大功率放大音频输出锁相环调频锁相环解调图1.3 FM调制原理图通过上面的比较可以看出使用数电知识来设计电路，要涉及到单片机以及信号系统和电路基础的课程之后，还涉及到高数上面的计算，对于专业知识不是他别精通的人来说是个很大的挑战，并且在使用单片机的过程当中仍然会遇到一些不可避免的问题，还有一个问题就是利用单片机的话成本会高一些，在实现功能相同，效果相近的情况下，还是应该选择一个性价比高的方案。本次的设计，原来的思路是想用数字通信方面的知识，也就是利用单片机的程序设计来通过模数和数模转换来实现语音的通信，但是经过实际操作电路来验证的过程中，发现本人的知识点和能力不足以支持思想的实现，实现不了本次设计的设计要求，所以之后就选用了使用纯模电电路来进行本次设计。在设计的过程当中依然还是参考了数字技术的一些放大器和放大电路的设计思路。来进行优化设计方案。1.3 总体设计思路选择红外光的原因：无线通信方式可以分为电信号、超声波和红外线等等。由于电信号的使用方式比较传统，所以我选择超声波和红外线做为我的首要思路。那么我对超声波和红外线这两种方式也做了一些对比和比较。超声波通信的话，频带较窄，容易受噪声干扰，系统抗干扰能力差。那么红外线不会向室外泄露，不会产生信号干扰，反应速度快，传输效率高。所以我选择了这个红外线课题。来实现我想用红外线来实现简单的语音信号的传输。(1)红外线的特点我们的眼睛所能看到的光称为可见光，这些可见光按照波长排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。红光的波长范围为0.62m0.76m，我们把比红光波长还长的光叫红外线。我们的有一般家庭常用到的电视遥控器的红外线遥控器就是利用波长0.76m1.5m之间的近红外线来传送控制信号的。 红外线的特点是对其他电器设备工作干扰比较小，对周边环境的要求也不是很高，一般不会相互影响。最后就是红外线的电路具有调试简单等优点。(2)红外线发射和接收我们所涉及到的需要用到的红外通信项目中，必不可少的就是要用到的红外线的发射和接收两部分。我们这次试用的是简单的元器件：语音发射部分射发射元件为红外发光二极管，在二极管中我们还加了一个电阻， 一般常用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，红外线发射二极管的的外形与普通5mm发光二极管相同，但是颜色不是很一样。一般分为透明色、黑色和深蓝色等三种。接收电路的红外线接收二极管是一种光敏二极管，我们在使用的时候要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。由于红外发光二极管需要的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以在红外线的接收端要增加高增益放大电路，也就是说我们需要使用放大倍数较高的功率放大器来放大我们接收到的电信号，使我们之后再耳机或是扬声器听到的声音和输入的声音信号差别不大。系统的总体设计框图如图1.4所示。图1.4 系统的总体设计框图红外语音的传输，分为语音采集和红外线的发射与接收部分，下面来仔细说说红外线的发射与接收模块。红外线的发射部分：语音信号通过麦克风转化为电信号再经过LM358放大后的滤掉频率超过2000hz的语音信号经过由LM358和一个电容以及二极管组成的RC电路放大后推送到红外线发射管，由于发射管的发射强度与通过其电流由红外发射管转化为光信号进行传输成语音信号的大小改变其亮度。红外线的接收部分：红外线接收管被语音信号调制的红外光照射到的时候，在红外线接收管这侧产生一个与语音信号变化规律相同的电信号，经S9013进行电压放大再经过有源低通滤波LM358和有源高通滤波LM358以及放大倍数较大的LM386进行功率放大后进行放大，并将电信号信传至扩音器和耳机转化成为我们可以听到的声音信号，在这里呢，为了避免语音采集器与扬声器会产生一个共鸣，我加了一个开关，可以选择用耳机来听传输过来的语音信号也可以选择用扬声器来听取所传输过来的信号。1.4 发射部分电路设计1.4.1 发射部分框图语音信号输入入如LM358电压放大滤波电路红外发射管图1.5 红外线发射部分系统框图红外线发射电路部分主要由四个部分组成，语音信号的采集，使用LM358对电信号进行电压放大，之后再过滤放大，最后由红外线发射管发射出去。 1.4.2 发射部分电路 图1.6 发射部分原理图如图1.6所示，再语音信号输入后先通过一个由LM358对信号进行放大，然后在通过使用LM358和电容以及电阻组成的RC电路，进行滤波，把高于2000hz的信号过滤掉，最后交由发射管发射出去。1.5 接收部分电路设计红外线接收管电压放大语音输出滤波放大 1.5.1 接收部分框图图1.7 接收部分系统框图红外线接收电路主要由红外接收管，电压放大和滤波电路，以及语音输出部分组成，当红外线接收管接收到信号后，通过LM386对信号进行滤波放大，通过喇叭或者耳机把语音输出。1.5.2 接收部分电路图1.8 接收部分原理图如电路图1.8所示，接收部分由红外接收管接收到信号后，输入到LM386中进行放大和滤波，再传输到语音接收器耳机或者喇叭，接收电路中的C12，C13同样也是对电源部分起到滤波的作用，即当接收管接收到信号引起压变化时，通过比较器比较后输出高低电平使指示灯会闪烁，于是红外接收管的亮度就起到了信号指示的作用。2 基于红外线的语音发送接收系统的模块设计2.1 发送端语音采集电路驻极话筒其实通俗一点讲可以说是一个麦克风。它具有以下几个优点：体小、性能好、价格低。在早期的录音机、无线话筒以及声控电路中应用比较广泛。但是由于其输入和输出场效应管阻抗较高，一般要在话筒的外壳当中设置一个场效应管作为转换器，在工作当中需要直流工作电压。上面我们说到话筒的外壳里需要一个场效应管，那么我们使用的话筒其实就是由声音信号和电信号的转化以及阻抗变换两部分组成的。我们输入的语音信号转化为电信号关键元件就是驻极体振动膜，这个关键膜片是一片极薄的塑料膜片，然后再经过高压电场驻极后，两个极薄的塑料膜片上就会分别驻有异性电荷5。膜的膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连。塑料膜片的另外一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔开。蒸金膜与金属极板之间形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动也就是有语音信号时，电容两端的电场就会发生变化，交替变化的电场电压变化与语音信号的变化和声波。隔膜和金属板之间的电容是相对较小，通常数万pF。因此其输出阻抗值非常高（Xc = 1 / 2 交变），约几十个兆以上。这个高阻抗不直接与音频放大器。所以有一个需要访问的麦克风转换阻抗结型场效应晶体管。访问场效应晶体管的优点是输入阻抗、低噪声、高系数。常见的场效应晶体管有三个电极包括：源（S），（G）门和排水（D）。我这里是使用特殊的场效应电极和栅极之间加上一个二极管管内部来源。二极管场效应晶体管信号强烈影响保护功能是目的。场效应晶体管门与金属板。通过这种方式，驻极体麦克风的输出行有三个。一般用蓝色塑料排水管道D，红色的塑料线和连接金属编织屏蔽线8。驻极体麦克风一般动圈式麦克风和电容式麦克风的声音。在设计中,我使用是电容麦克风的声音。工作原理的电容式麦克风使用电容器的充电和放电的原理,压力振动感应语音隔膜，从而改变电极间的电压，然后我们输入语音信号转换为电信号，以方便我们低于功率放大和传输。电容麦克风没有声音线圈，由于没有音圈，隔膜和非常薄，所以，即使是很弱的声音也会感应非常敏感，可以转换为电信号。驻极话筒其实通俗一点讲可以说是一个麦克风。它具有以下几个优点：体积小、性能好、价格低。在早期的录音机、无线话筒以及声控电路中应用比较广泛。但是由于其输入和输出场效应管阻抗较高，一般要在话筒的外壳当中设置一个场效应管作为转换器，在工作当中需要直流工作电压。上面我们说到话筒的外壳里需要一个场效应管，那么我们使用的话筒其实就是由声音信号和电信号的转化以及阻抗变换两部分组成的。我们输入的语音信号转化为电信号关键元件就是驻极体振动膜，这个关键膜片是一片极薄的塑料膜片，然后再经过高压电场驻极后，两个极薄的塑料膜片上就会分别驻有异性电荷。膜的膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连。塑料膜片的另外一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔开。蒸金膜与金属极板之间形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动也就是有语音信号时，电容两端的电场就会发生变化，交替变化的电场电压变化与语音信号的变化和声波。隔膜和金属板之间的电容是相对较小,通常数万pF。驻极体麦克风一般动圈式麦克风和电容式麦克风的声音。在设计中,我使用是电容麦克风的声音。工作原理的电容式麦克风使用电容器的充电和放电的原理，压力振动感应语音隔膜，从而改变电极间的电压，然后我们输入语音信号转换为电信号，以方便我们低于功率放大和传输。电容麦克风没有声音线圈，由于没有音圈，隔膜和非常薄，所以，即使是很弱的声音也会感应非常敏感，敏感地可以转换为电信号。2.2 音频放大电路的概述以及所用元件的介绍2.2.1 使用到的元器件的介绍音频放大电路首先就经过一个可变电阻，通过对可变电阻的电阻阻值的调节，来改变功率放大器放大的倍数，LM358是一个双运算放大器，内部包括两个独立的、高增益的放大器，它比较适合于单电源的使用，使用的范围包括传感放大器，直流增益模组，音频放大电路，工业上的一些控制等等。LM358的封装有8引线双列直插式和贴片式。LM358拥有以下几个特性：内部频率补偿特性直流电压增益高特性（约100dB）单位增益频带宽特性（约1MHz）电源电压范围宽特性：单电源（3V30V）双电源特性（1.5V一15V）低功耗电流特性，适合于电池供电低输入偏流特性低输入失调电压和失调电流特性共模输入电压范围宽特性，包括接地差模输入电压范围宽特性，等于电源电压范围输出电压摆幅大特性参数特性输入偏置电流特性输入失调电流特性输入失调电压特性输入共模电压最大值特性共模抑制比特性电源抑制比特性图2.1 LM358引脚功能2.2.2 放大电路图2.2 前级电压放大电路 从电路图上，可以看到在这里用到的音频放大电路主要有LM358电阻还有电容组成的，在实际的电路当中，我使用的是可调电阻，通过调节电阻的阻值。来影响放大倍数， 前面我们已经用话筒把输入的语音信号转化为电信号，所以在这一电路当中我们就需要把当期的电信号放大，以便于在传输的过程当中不断的进行放大和过滤。在这里使用LM358，是因为LM358是双运算放大器，在语音传输的过程当中，最为重要的就是对声音信号的处理，怎么样能把声音信号完好的，噪声小的传送到接受端。2.3 发送端低通滤波器2.3.1低通滤波器的概述低通滤波器可以简单的理解为：通常认为的给它设定一个频率点，当输入端出传输过来的频率不高于我们设定的频率是可以通过。如果高于设定的频率则不能通过，这个频率点我们也成为截止频率，因为这个滤波器内部只能让低于截止频率的信号通过所以我们称之为低通滤波。在这里使用的就是最简单的低通滤波电路用一个可变电阻和一个电容以及一个LM358组成了一个RC低通滤波器。滤波器是一种能使我们需要的频率信号通过而同时抑制（或衰减）我们不需要的频率信号的电子电路或装置。在我们通常的课程设计当中，经常使用的它对信号处理，数据传送或抑制干扰等的作用。在以前的课程设计当中我们使用到的滤波器主要采用无源元件R、L、和C组成，那么到目前，我们一般用集成运放R、C组成，常称为有源滤波器。在一个实际的电子系统中，有时输入信号往往受干扰等原因而含有一些不必要的成分，应当把它衰减到足够小的程度。而在另一些场合，有时我们需要的信号和别的信号混在一起，应当设法把我们需要的信号挑出来。要解决这些问题都需要采用有源滤波器。所以这就引出了滤波器的进一步发展，人类一直的不断的进步，一步步使用科技来改变我们的生活，那么就像是这次的课程设计当中我们用到的滤波器，就是为了更好的能够方便生活，提高无线通信的方法。2.3.2 滤波电路图2.3 RC低通滤波器图2.3是本次设计使用的滤波电路，由一个电阻和电容组成，所谓滤波器上面我们已经介绍过了，它的作用就是过滤掉我们不需要的信号，在这里设定的截止频率就是人耳所能听到的最大频率，我们设定的截止频率为20000hz。把高于最大频率的信号都过滤掉，使发射出去的信号都为我们可以接收听到的。2.4 红外线发射与接收电路外线发射管或着说红外发光二极管，他们属于同一类。可以直接把电能转换成近红外光转换，可以过滤。它主要用于光电开关，触摸屏和遥控发射机。红外线发射管与普通发光二极管的结构，内部是实现的原理是差不多的，但不同的是使用的半导体材料不一样。红外发光二极管通常使用砷化镓（砷化镓）、砷化铝镓（GaAlAs）等材料，并且一般都使用全透明或淡蓝色、黑色树脂。驻极体麦克风一般动圈式麦克风和电容式麦克风的声音。在设计中，我使用是电容麦克风的声音。工作原理的电容式麦克风使用电容器的充电和放电的原理，压力振动感应语音隔膜，从而改变电极间的电压，然后我们输入语音信号转换为电信号，以方便我们低于功率放大和传输。电容麦克风没有声音线圈，由于没有音圈，隔膜和非常薄，所以即使是很弱的声音也会感应非常敏感，可以转换为电信号。2.5 接收端前级电压放大电路随着电子和计算机测量的发展，三极管广泛应用于集成电路，三晶体管特性也因为不同需求的而进行不断的改变，晶体管的倍数也不同。我们在课堂上所做过的三极管实验的设计的目的是在实现放大电路的两种类型的晶体管。实验电路由电源电路、三极管管类型判别电路、三级放大多个因素决定电路采用电压比较器的选择，生成电路、波形选择电路和电路是由5个部分组成的。针对实验电路大致确定晶体管模型和放大的大致范围，分别实现三极管管式的判断，判断原理，电源电路设计功能等等。在此次的电路中我们使用的三极管共射电路是最常用的三极管放大电路连接的应用程序，通过晶体管的基极和发射极输入信号，从集电极和发射极输出。因为发射是极为常见的地面，所以称为共发射极放大电路。1. As the most commonly used amplifying circuit, we must grasp the following content对于这种最常用的放大电路，需要掌握以下内容：2. 1, the triode structure, relations between the current of triode, characteristic curve, amplification conditions.（1）三极管结构，三极管，电流之间的关系曲线，扩增条件。3. 2, the role of components, the purpose of the circuit, voltage amplification factor, the input and output signal voltage and phase relationships, ac and dc equivalent circuit diagram.（2）元器件的作用，电路模块的作用，以及电压放大的系数，还有语音信号的输入和输出的信号电压和相位关系，交流和直流等效电路图等等。4. 3, the static working point calculation, the calculation of the voltage magnification.（3）静态工作点的计算，电压放大倍数的计算。图2.4 接收端电压放大电路如图2.4所示，在接收端使用的电压放大电路，与在发射端的电压放大电路是相同的原理。都是启到一个前级的电压放大的作用，在接收到的电信号的过程当中，首先进行放大，是为后边的处理更加的方便。所以使用的电路的设计模式是相同的。2.6 接收端有源低通滤波和有源高通滤波电路早在20世纪70年代初期，日本学者就提出有源滤波器APF（Active Power Filter）的概念，有源滤波器就是利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流归为零，从而来达到实时补偿谐波电流的目的。滤波器是这样一种装置，它能使最终需要的频率信号通过但同时滤掉（或衰减）不需要用到的的频率信号的电子电路装置。在工程上，它经常被用来来进行对语音信号做处理，数据传送或抑制干扰和噪声等等。以往滤波器主要采用无源元件R、L、和C组成，目前一般用集成运放R、C组成，称为有源滤波器。在一个实际的电子系统中，有时输入信号往往受干扰等原因而含有一些不必要的成分，应当把它衰减到足够小的程度。而在另一些场合，有时我们需要的信号和别的信号混在一起，应当设法把我们需要的信号过滤出来。而采用有源滤波器就能很好的解决这个问题。与无源滤波器相比，AFP的高度可控性和快速响应性，能补偿各次谐波，可抑制闪变、补偿无功，有抑制多能的特点将会启到很好的作用；它本身的滤波特性不会被系统阻抗的影响，并且可消除与系统阻抗发生谐振的危险情况2；还有一个更好的作用就是可以自动跟踪补偿变化着的谐波。滤波电路用于过滤整流器输出电压纹波，通常由电抗元件，如负载电阻的并联电容器,或负载电感系列，和由一个电容器和电感器组件和各种复合滤波电路。滤波是信号处理中的一个重要概念。过滤和筛选和现代过滤。经典滤波的概念，根据工程分析，提出傅立叶转换的概念。根据高等数学的内容原理，任何满足一定条件的信号可以被认为是由无数的正弦波的叠加。换句话说，它是工程信号的不同频率正弦波叠加在一起，从而形成一个信号不同，频率不同的的正弦波，这个波就叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。像这种只允许在一定范围内的频率分量的信号正常，并阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。一般来说无源滤波器的电路结构比较笨简单，设计起来比较简单，但它的通带放大倍数和截止频率根据负载的变化，所以说对电路的要求高，所以通常不适用于信号处理。无源滤波电路通常用在电源电路，比如说直流电源的整流滤波，或着用LC滤波器的高电流负载（电感和电容）电路17。Load does not affect the filtering properties of active filter circuit, so often used in signal processing demanding occasions. Active filter circuit is generally composed of RC network and integrated op-amp, thus under the condition of dc power supply must be in the right to use, also can be amplified. But the circuit composition and design is also more complex. Active filter circuit is not applicable to high voltage large current situation, applies only to signal processing.负荷不影响有源滤波电路的滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场合。有源滤波电路一般由RC网络和集成运算放大器，在直流电源的条件必须是在正确的使用，也可以放大。但电路组成和设计也越来越复杂。有源滤波电路不适用于高电压大电流的情况下，只适用于信号处理。 根据特性的滤波器，其幅频特性的电压放大倍数可以精确地描述电路的低通、高通部分、带通或带阻滤波器，所以，如果你能判断哪里是通带和阻带带宽的定性分析，可以确定滤波器的类型。Identify the filter method is: if the signal frequency structure has a certain voltage magnification, and signal frequency tends to infinity the voltage magnification tends to zero, for the low pass filter; On the other hand, if the signal frequency you have to determine the voltage magnification tends to infinity, and the signal frequency tends to zero voltage magnification tends to zero, for the high-pass filter; If the signal frequency voltage magnification when approaching zero and infinity are tending to zero, for band-pass filter; On the other hand, if the signal frequency voltage magnification when approaching zero and infinity sure with the same value, and at a certain frequency range voltage magnification tends to zero,确定滤波器的方法是：如果信号的频率结构具有一定的电压放大倍数，与信号频率趋于无穷大时的电压放大倍数趋于零，为低通滤波器；另一方面，如果信号频率必须确定电压放大倍数趋于无穷大，与信号频率趋于零电压放大率趋于零，为高通滤波器；如果信号频率的电压放大倍数接近零和无穷大时，趋向于零，带通滤波器；另一方面，如果信号频率的电压放大倍数接近零和无穷大时肯定有相同的值，并在一定的频率范围内的电压放大倍数趋于零，则为带阻滤波器。2.7 LM386功率放大电路2.7.1 概述LM386是一种集成音频功率放大器，因为其低功耗和简单的电压增益可以调整，电源电压范围宽，外部组件和总谐波失真等，广泛用于收音机和磁带录音机。LM386是一个音频功率放大器由美国国家半导体公司Ns，主要用于低压消费产品。为了使最小数量的外部组件，内置的电压增益是20。但在1引脚和8引脚被添加到一个外部电阻器和电容器，电压增益可以调整到任何值直到200。参考位置的输入，输出端自动偏置电源电压的一半，在电源电压6V，其静态功耗只有24mW，LM386尤其适用于电池供电的。LM386有8引脚的塑料双列直插式和贴片式。静态功耗很低，大约4毫安，可用于电池供电。工作电压范围宽,4-12V或5-18V。一些外围组件。电压增益可调20200，失真度较低。LM386引脚图如下图所示。引脚2是反相输入，3为同相输入端，引脚5是一个输出端，引脚6和4分别为电源端和地端，引脚1和8为电压增益设置端，接一个旁路电容在引脚7和与地之间。通过查找资料，可以了解到尽管LM386的应用非常简单，但是操作过程中也要特别注意，尤其在器件上电、断电的瞬间，都要小心谨慎，甚至在LM386工作稳定后，以下一些操作都会带来的瞬态冲击例如插拔音频插头、旋音量调节钮，在输出端的接收语音的喇叭上会产生刺耳的噪声。（1）通过接在1脚、8脚间的电容（1脚接电容+极）来改变增益，断开时增益为20。因此用不到大的增益，电容就不要接了，不光省了成本，还会带来好处噪音减少。（2）PCB设计时，LM386应该与所有外围元件尽可能不隔太远；接地端的线路尽可能粗一些；在输入语音信号的发射管发出的信号和接收管尽量保持在一条直线上。（3）调节音量的电位器选择也很重要。不能选择质量太差的那种，否则输出端的声音会特别的刺耳；电位器的阻值也不能太大，10K最合适，电阻太大也会使输出端的音质受影响和干扰。（4）在使用LM386的电路中尽量采用双音频输入输出的电路。这样做对抵消共模信号有很大的好处，所以使用LM386能有效抑制共模信号产生的噪声。（5）在引脚7脚（BYPASS）旁边的旁路电容不可缺少！在实际电路应用过程当中，BYPASS端必须外接一个电解电容到地，启到一个滤除噪声的作用。在电路稳定工作之后后，引脚7的电压值约等于电源电压的一半。想要有效的过滤掉无用的噪声，可以通过增大旁路电容的容值，减缓直流基准电压的上升、下降速度来做到。在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致，所以这个电容一定不能不要3。（6）最后一个重要的点就是要减少输出耦合电容。此电容在电路中的作用有两个：隔直，耦合。隔断直流电压，直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈；耦合音频的交流信号。它与扬声器负载构成了一阶高通滤波器。减小该电容值，可使噪声能量冲击的幅度变小、宽度变窄；太低还会使截止频率（fc=1/（2*RL*Cout）提高3。分别进行测试之后，得出10uF/4.7uF最为合适，这是个人的经验所得。图2.5 LM368引脚图2.7.2 功率放大的电路图图2.6 功率放大电路图2.8 扬声器和耳机扬声器我们日常生活中都称之为喇叭，是一种把电信号转化为声音信号的器件。扬声器的性能优劣对音质的影响很大。扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件，而对于音响效果而言，它又是一个最重要的部件。扬声器的种类繁多，而且价格相差很大。音频电能通过电磁，压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振（共鸣）而发出声音。图2.7 扬声器扬声器的种类有很多分为低频扬声器，中频扬声器和高频扬声器。我们在这里使用扬声器是为了使作品在演示的时候更加的方便的但是为了避免坏境因素产生的共鸣，我又多加了一个耳机，我们接受红外的电路板上有一个开关我们可以通过切换开关来选择使用哪一种方式来判断接受到的语音信号是否完好、清晰。3 基于红外线语音发送与接收系统的调试3.1 红外线发射模块与语音采集的测试发射模块通信的调试与测试主要包括各种按键控制指令的通信测试和载波输出信号的测试。（1） 按键指令测试：在我们实际的按键调试过程中，按键指令测试可以先通过观察在控制端逐一按键时红外发射二极管发光的亮灭情况来判断，每按下一键后，发射二极管闪烁着亮，说明按键信息有用，发射管有编码信号输出。当然，我们也可以利用串口来测试我们的电路，在发射板上我们已经设计安装了一个放大功率的语音通信电路，通过其接口和将采集的到的语音信号，可以将按键的键值在电脑屏幕上显示出来（需要运行串口调试软件）。这样，通过检测用户的按键输入，与实际中返回的指示状态可以用来判断发射模块的通信是否成功。 发送端前级电压放大的输入输出特性如图3.1所示。图3.1 电压放大的输入输出特性（2） 载波输出信号的测试：载波信号的测试可以通过边改变载波电路中精密可调变阻器RP1的阻值大小边用示波器观察电路输出端的频率来进行调试，务必要调到使输出端输出的频率为38KHz的载波信号。通过上述对按键指令和载波频率的测试进行多次，均告准确无误后，则可以认为红外发射模块通信准确，可以结束发射模块的调试与测试过程。发送端滤波电路分析的幅频特性和相频特性如图3.2所示。图 3.2 滤波电路的输入幅频特性和相频特性3.2 红外接收模块与语音接收模块的测试接收端前级电压放大的输入输出特性如图3.3所示。 图3.3 电压放大的输入输出特性接收端无源低通滤波幅频特性和相频特性如图3.4所示。图3.4 无源低通滤波的幅频特性和相频特性接收端有源低通滤波幅频特性和相频特性如图3.5所示。图3.5 有源低通滤波幅频特性和相频特性在调试的过程当中我们进行完模拟调试后还需要进行实物调试，红外接收模块我们可以通过开关的选择来切换到我们想的听取方式，在调试的过程当中我们需要不断的去调节滑动变阻器和声音的大小，以及两个模块之间的距离，来使我们输入到的语音信号更加清楚完整的接收到。红外接收模块的测试需要用到发射模块的支持与配合，通过发射模块发射控制按键信息，察看接收模块数码显示电路的显示与报响电路的报响，来判断验证接收模块的接收解码成功与否。在细节电路的测试方面，需要注意的是要检查一下红外接收头的三个管脚的接法是否正确，哪个是接电源的，哪个是接地的，哪个是数据输出的，一定要分清。目前市场上各种的红外接收头种类繁多，型号混杂，不同种类和型号的接收头其三个管脚的接法是不相同的，一定需要分清管脚后才能接上去。切记！否则很容易就会烧坏接收头。对于已知型号的接收头，可以在买的时候从包装袋上读得管脚的接法，而对于未知型号的接收头，则可以像测试三极管管脚一样用万用表测量三个脚之间的电压关系而判断出来。单片机红外接收模块调试确认无误后，可以确定接收模