红外无线音频收发装置

1、湄洲湾职业技术学院2011届毕业设计产品说明湄洲湾职业技术学院红外无线音频收发装置说明书系 别： 电子工程系 年 级： 08级 专 业： 应用电子技术 姓 名： 邹云龙 学 号： 0801010201 导师姓名： 佘明辉 职 称： 副教授 2011年6月16日2目录前言11系统设计技术参数要求32系统设计52.1 系统设计总体框图52.2 各模块原理说明62.3 系统总原理图说明72.4系统印刷电路板的制作图82.5 系统的操作说明及注意事项83参考文献94致谢词105. 附录11附录1(设计原理图)11附录2(PCB设计版图)12附录3(元件清单表)14 湄洲湾职业技术学院2011届毕业设计

2、产品说明前言随着计算机与通信技术的飞速发展，计算机通信得到广泛应用，硬件技术可谓是日新月异，其总体趋势向着高集成、高稳定性、高速和高性价比方向发展。而红外无线通信系统装置则是目前应用较为广泛的通信形式。我们经常会碰到这样的情况：看电视或听音乐、上网为了不影响家人或者邻居休息，特地使用耳机，却又会常常为耳机线的存在而烦恼，有时不够长，有时是跟别的设备缠绕在一起，使用起来很不方便。而制作一款无线音频收发装置（耳机）就能解决上述问题。由于感应式无线耳机的反射电路必须固定安装在房间的墙壁或天花板上，故无法在室外使用，这是感应式无线耳机的主要缺点。而红外无线音频收发装置（耳机）则不然，由于它的信号发射采

3、用小巧的红外发射电路，既可在室内用于电化教学、家庭电视和音响设备的音频信号无线接收，也能在户外使用便携式录音机、CD、VCD及MP3时，方便地去掉耳机线，实现名副其实的无线“随身听”。它不仅带给我们无拘无束的轻松感觉，更多的是使我们的心情舒畅自在。无线音频收发装置（耳机）也可以广泛用于外语听力教育，是现代电化教育的辅助工具，充分利用了无线电的磁场在空气中传播的原理。我设计的这款无线音频收发装置是借助红外线来实现音频信号的近距离传递的，因此称之为“红外无线音频收发装置（耳机）”。红外无线耳机通信的原理红外线通信，通常又叫红外光通信，是利用红外线传送信息的一种通信方式。红外线通信所传输的内容是多样

4、的，可以是音频信号，也可以是视频信号。利用红外线，可以构成无绳电话及无线耳机系统。红外线的传输距离不远，一般在十米以内，但可以避免频谱占用，信号失真等电气指标较易处理，应用于普通的办公室和家庭等场合应该已经可以满足要求。红外线的应用范围很广，电视机、空调、微波炉等凡涉及到遥控的家电，一般均采用红外线来作为信号传输的载体。家用红外线无线耳机系统一般由转发器及红外线耳机本身俩部分组成。发射端普遍为全向式或类全向式发射设计，由于红外线属光波的一种，在空气中开放式传输过程中，物理的遮挡、折射效果不理想的媒介如墙壁、家具等都可能造成信号的大幅度衰减甚至中断，如何将这个负面影响降低到最低是此类器材结构上的

5、设计重点之一。信号的调制方式有三种，即调幅、调频、调相其中调频调制具有比幅度调制调频率高、带宽宽、抗干扰强，同时比调相方式经济等特点。锁相环技术（PLL）是一种能自动跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。该技术在频率调制方面应用十分广泛，遍及广播、电视、雷达、导航、计算机及仪表等领域。锁相环集成电路CD4046（ 能跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统）是一种低频多功能单片机数字锁相环集成电路，最高工作频率1.3MHz，电源电压318V。与类似的双极性单片锁相环集成电路相比，功耗仅为其数百分之一，因而它在频率调制与解调、频率合成、电视机彩色副波提取、FM立体声解码、遥控系统、频率的编码和译码等诸多

6、方面均得到了应用。集成环路部件以其低成本、性能优良、使用简便而得到了青睐。本文介绍了集成锁相环cd4046在频率的调制与解调方面的应用。基于频率调制和锁相环技术的优点，本文在文献【1】的基础上介绍一种应用锁相环和红外技术制作而成，采用频率调制方式，用红外线传送音频信号的调频红外无线耳机。该耳机具有供电方式多样，传输距离10m以内，音质较好，红外信号基本不受电磁干扰，性价比高等特点。1 系统设计技术参数要求CD4046是低功耗CMOS型多功能数字环。其主要参数如下：（1） 工作电压318V（2） 静态工作电流10A（3） 最高工作频率1.3MHz（4） 稳压管稳压电压4.456.15VCD404

7、6含有两个相位比较器PCI与PCII。相位比较器PCI要求输入信号为方波，并且要求方波信号的占空比为50%。而相位比较器PCII对输入的方波信号占空比无此要求。在两个相位比较器的输入端有一个前置放大器，可把100mA的微弱信号变为端电平的方波脉冲。CD4046采用16线双列直插式封装，各管脚功能如表1所示：表1 CD4046管脚功能表- 14 -管脚号功能1PCII的锁定指示输出。锁定时为“1”，失锁时为“0”2PCI的输出端3相位比较器比较输入端4VCO的输出端5VCO的禁止端。设置“1”时，VCO停止工作；设置“0”时，VCO工作6、7外接电容端8电源接地端9VCO控制输入端10低通滤波器

8、经缓冲放大后的输出端11外接电阻R1端，R1、R2、C1和VDD决定VCO的振荡频率12接R2，R2确定VCO的最低振荡频率fmin13PCII的输出端，它与2脚通过外接低通滤波器后送入9脚14信号输入端15为内部稳压二极管的负电压引出线，使用时需要外接限流电阻16电源VDD图1 CD4046内部结构图VCO的中心频率fo由图1中的VDD、R1、R2和C1的关系曲线图决定。当CD4046的供电电压为5V，R2为0时，fo与R1、C1的曲线关系如图2所示。fmin表示输入信号的最小频率，fmax表示输入信号的最大频率。当R2为时，锁定频率范围2fc由如下公式决定： （1）由式（1）可知允许的频率

9、偏移值fc图2 fo与R1、C1的曲线关系图2 系统设计2.1 系统设计总框图 (1) 设计总框图思路 音频信号发射机图3 发射部分接收机耳机或扬声器图4 接收部分(2）设计细节框图a、发射机 图5 发射机设计思路框图 b、接收机 图6 接收机设计思路框图2.2 各模块原理说明a、 信号预放大电路 该预放大电路为电压并联交直流负反馈电路（如图7），共射极基本电路的另一接法，R1为反馈元件，控制Uce来改变NPN的静态工作点，当信号经前C1耦合到三极管，经NPN的放大后由后C1耦合到后面的连接电路 图7 信号预放大电路 图8 CD4046构成的频率调制电路b、 调制电路（如图8所示）当从9脚输入

10、载波信号Ui时，从4脚可输出受输入信号调制的调频信号Uo，如右图所示。由于调频时要求VCO有一定的频偏，所以不需要12脚外接电阻，仅用R1和C1确定、VCO的中心频率fo,R1、C1可由图2的关系曲线图求出。c、 解调电路（C1与R1作用同调制电路，R3与C2控制fo的频带宽度）（如图10所示）其工作原理如图9所示从14脚输入调频波信号Ui与VCO输出的信号经PDI获得变化的误差电压，该电压通过低通滤波器滤掉高频成分，继而获得随调制信号变化而变化的信号，经跟随器得到解调信号，从10脚输出Uo，从而实现解调过程。 图9 CD4046解调电路工作原理 图10 CD4046构成的频率解调电路d、 红

11、外线发射驱动电路（如图11所示）本图采用多个红外线二极管串联驱动电路方式电源总提供nIf的电流 图11 红外线二极管串联驱动电路 图12 TDA2822立体声放大电路e、 TDA2822音频放大电路（如图12所示）该电路的TDA2822芯片是由两个放大器封装而成的功率放大芯片，如右图所示，音频信号左右声道分别从INPUT1和INPUT输入到6、7脚，与外围元件组合经内部放大电路放大，然后从1、3脚输出的扬声器。2.3 系统总原理图说明该设计原理图分为发射和接收两个部分发射电路设计图（如附录1）的发射电路部分所示，它包含信号预放大电路（由共射放大电路构成）、脉冲调制(由CD4046构成)、电流放

12、大及红外线发射等部分电路。由锁相环CD4046构成的压控振荡器（VCO）是发射器的核心;当伴音信号加在AIUO点时，VCO的输出端会产生一组振荡频率随音频信号的幅度大小同步改变的调频信号，经红外发射二极管转变为红外调频信号发送出去。图中的三极管VT1（经调试可不要）与VT2用来驱动红外发射二极管，如果没有同型号，也可用常见的C1815或9014代替，但管子的值最好取得偏大一点。接收电路设计图（如附录1）的接收电路部分所示，接收器由光电转换、频率解调（CD4046构成）及音频放大电路（TDA2822构成）三部分组成。经调制的红外信号首先被红外光敏管接收并转变为调频信号，经过由CD4046构成的鉴

13、相器解调并还原为音频信号，还原后的音频信号通过TDA2822构成的音频放大电路进行放大，放大后的信号送入扬声器。2.4 系统PCB板制作图A、发射部分的PCB板制作图如附录【2】中的a发射部分所示。B、发射部分的PCB板制作图如附录【2】中的b接受部分所示。2.5 系统操作说明及注意事项(1) 操作说明在“AUIO”端输入音频信号到发射机电路，调节R1，使Q1的Uce接近1v，提高三极管的静态工作点，对音频信号不失真地放大，放大后的信号将被送入由CD4046构成的频率调制电路调制，音频信号经频率调制后，进入由红外发射二极管D1D3构成的红外发射电路。用接收机接收信号将接收机的光敏二极管对准发射

14、机红外发射二极管，声音小而不清晰时，适当调节R5（用可调电阻代替）来改变红外二极管的电流，增加红外二极管发射强度。(2) 注意事项接收与发射电路中两只CD4046的中心频率均为45kHz，故R8与R12、C4与C12须严格对应相等。驱动红外发射二极管的三极管VT1与VT2均工作在放大状态，其Vbe约0.6V; VT1与VT2也可用9013替换，但管子的值应大于100.每只红外二极管的正向电压降均为1.15V，发射功率都小于100mV，将三只红外管进行串联的目的在于提高红外线的发射功率。此外，由于红外发射管是辐射角度有限，因此在设计电路板时需将三只管子构成一定角度排列。红外光敏管只有被加上合适的

15、反向电压才能正常工作，因此在电路安装时必须注意检查红外光敏管在电路中是否反接。发射电路是电源可由USB提供，接收电路采用电池供电。3 参考文献1 王为庆，沈博，吴鹏.一种调幅红外无线耳机的设计J. 汉大学学报：自然科学版，2008（3）：32-34.2 张建国,吴宝棕,林蔚. 高频电子技术M. 高等教育出版社. 2008.3 陈梓城,方勤. 模拟电子技术基础(第2版) M. 高等教育出版社. 2007.11.4 陈大钦.电子技术基础实验M.高等教育出版社. 2000.5 王俊峰. 电子产品开发设计与制作M. 北京人民邮电出版社. 2005.6 王慧玲.电路基础M.高等教育出版,2004.4 致

16、谢词大学三年已经接近了尾声。三年的艰苦跋涉，几个月的精心准备，毕业设计终于到了划句号的时候，心头照例该如释重负，但创作过程中常常出现的辗转反侧和力不从心之感却挥之不去。毕业设计创作的过程并不轻松：各种压力的时时袭扰，知识积累的尚欠火候，致使我一次次埋头于图书馆中。第一次花费如此长的时间和如此多的精力，完成一套设计作品，其中的艰辛与困难难以诉说，但曲终幕落后留下的滋味，是值得我一生慢慢品尝的。在这里需要的感谢的人很多，是他们让我这大学三年从知识到人格上有了一个全新的改变。感谢我的指导老师，够顺利完成毕业设计，离不开他的悉心指导，他对我的设计从确定题目、修改直到完成，给予了我许多的指点和帮助。感谢

17、他在繁忙的工作之余，挤出时间对设计提出精辟的修改意见。在此，向老师致以最诚挚的谢意。我也要感谢学院所有教育过我的老师！你们传授给我的专业知识是我不断成长的源泉，也是完成本设计的基础。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。感谢我的室友和好友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我们有时红过脸，吵过嘴，过后你们依然的开怀大笑、你们的精神鼓励、你们的给了我快乐和温馨的感觉，给了我永远无法忘记的大学生活。我们在一起的日子，我会记一辈子的。能和你们相遇、相交、相知，是我人生的一大幸事，让我们永远记住曾在一起经历过的欢笑与泪水！让我们一起面对美好的未来，共同为充满希望的前程而继续努力奋斗！最后，我想要感谢的是这个伟大的校园：师者激情演讲、人文气息的熏陶、同学们风华正茂，条条绿荫、处处泛香。我明白，正是在他那温润宽厚的胸怀上，我成长起来的，我心我思永系长大。再次对所有关心、帮助我的人说一声“谢谢”。5 附录附录【1】 设计电路图(分为发射和接收部分)附录【2】 PCB设计版图（分为发射部分和接受部分）a、发射部分b、接收部分附录【3】 元件清单表表3 发射部分元件清单参数值编号元件代号编号