红外通信收发系统的设计与实现实验报告

1、电子电路综合实验实验报告题目: 红外通信收发系统的设计与实现姓名学院信息与通信工程学院专业通信工程班级学号班内序号指导教师一、实验目的通过红外通信收发系统的设计与实现，使实验者掌握简单的红外光通信系统的组成及设计原理；理解通信电子系统方案设计、电路设计的方法；学会电子电路安装和调试的基本方法；提高工程设计和实践动手能力；加强系统概念；激发创新实践欲望，培养创新实践兴趣，提高创新实践能力。2、 项目背景红外通信系统属于无线通信领域，它以红外线作为载体将信息从发射机传到接收机，从而实现遥控或信息传递的功能。红外通信系统的实际是光通信系统的一个重要分支，红外通信系统的实际思路和目前世界上所采用的骨干

2、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同，一个是大气，一个则是光纤。语音和音乐等所产生的电信号和其他低频电信号一样，一般不直接进行远距离传输，而是经过放大后对发射机的高频振荡进行调制，然后将此携带有低频信号的高频已调制信号，通过一定的媒介传输出去。红外数据传输，使用传输介质红外线。红外线是波长在750nm1mm之间的电磁波，是人眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.7525m之间。3、 实验任务 设计实现一个简单的红外通信收发系统，能够实现对信号的发射与接收。基本要求为：（1）利用音乐芯片产生乐曲作为红外光通信收发系统发送

3、端的输入信号，接收端接收信号并利用喇叭将发送的乐曲无失真地播放出来；（2）要求红外光通信收发系统接收端的增益为G=200；四、设计思路4.1 系统组成框图本实验主要由信号产生电路、发射系统和接收系统三个模块构成，如图1所示。产生的信号由发送系统转化为光信号进行发送，通过接受系统检测光信号并将其放大后转化为电信号。光信号的检测和放大电路LED的驱动和调制电路信号产生电路电源电路图1实验原理框图4.2 主要单元电路设计4.2.1 音乐信号发生电路实验中采用的音乐芯片的型号为TS088BD，其连接方法如图2所示。图2 TS088BD的接法4.2.2 红外光发送模块红外光发送电路如图3所示，由共射极放

4、大电路组成。该模块的设计原则主要考虑红外发送管的工作电流。若电流过小，则传输距离短；若电流过大，则容易损坏发送管。这一般要求集电极中的电流小于50mA。图3 红外光发送电路4.2.3 红外光接收模块用运放LM386实现的红外接收放大电路如图4所示。图4 红外光接收电路5、 实验仪器及元器件列表红外通信收发系统所需元器件和测试仪器如表1。表1 仪器与元器件列表名称数量数字万用表1台直流稳压电源2台示波器1台函数信号发生器1台红外发送管3031个红外接收管3021个 音频功率放大器LM3861个音乐芯片1片按键开关1个喇叭1个10k电位器1个8050三极管2个电阻电容若干其他6、 实验步骤（1）

5、按照设计好的电路原理图，在面包板上搭建电路。（2） 按要求焊接音乐芯片，按照正确连接方法将其连入电路，检测音乐芯片能否发出声音。（3） 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。（4） 调制接受电路，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50200倍直至输出为正弦波，确保不是自激信号或干扰信号。（5） 整机调试，将发送电路和接受电路放到一起，在发送端输入正弦小信号，观察输出信号波形。（6） 将音乐芯片中的音乐信号作为发送端输入信号，在接收端的喇叭中听到优美、无噪声的音乐。7、 实验数据1. 红外发送电路：加上5V直流电压，用数字万用表测得三极管各极电压为：

6、基极电压，发射极电压，集电极电压，则红外管中的工作电流。输入一个频率为1kHz，峰峰值为70mV的正弦信号，用示波器观察输入输出波形，可以看到输出波形略有失真，为缩小反向，峰峰值约为170mV的信号。红外发送电路的输入输出波形如图5所示。图5 红外发送电路输入输出波形2.红外接收电路：去掉红外接收管，输入一个频率为1kHz,峰峰值为10mV的正弦信号，用示波器观察输入输出波形。用示波器观察得输出波形的峰峰值约为1.90V，故可得放大电路的增益为：。红外接收电路的输入输出波形如图6所示。图6 红外接收电路输入输出波形3.整机调试：将发送电路和接受电路放在一起，在发送电路端输入一个频率为1kHz，

7、峰峰值为20mV的正弦信号，观察输入输出波形。可以看到，在接收端的输出波形为反向放大了的正弦信号。整机调试的输入输出波形如图7所示。图7 整机调试的输入输出波形4.音频功率放大器LM386各管脚电压如表2所示。表2 LM386各管脚电压管脚标号1234电压（V）1.240.000.000.01管脚标号5678电压（V）2.485.092.521.245.实验中测得系统的最远传输距离约为2m。八、实验中遇到的问题及其解决1.整机调试时，在发送端输入一个正弦小信号，在接收端看到的输出波形是被放大了的正弦信号，且随着距离的增加，信号的峰峰值减小。但是将音乐芯片的信号加至发送端时，接收端不但接收不到音

8、乐信号，却发出很大的噪声。由于前面的分开调试及观测到的输入输出波形都没有问题，所以电路的设计应该没有问题。我猜想可能是电路产生的自激，所以在两边的电路的电源与地之间都并联上了一个大电容（100F）和一个小电容（0.1F）。但是问题没有得到显著的解决。随后，我决定分开测试我的两块电路板。我先将自己的接收电路和组内同学的发送电路一起调试，发现接收电路可以收到音乐信号。但是当我的发送电路和同学的接收电路一起调试时，却没有音乐声传出。故知是我的发送电路模块出了问题。我又开始单独调试发送电路，发现波形仍然正确，所以问题的范围进一步缩小到了音乐芯片上面。我单独用喇叭测试音乐芯片，发现仍然能够正常听到音乐，

9、但是整合到发送电路时却不能正常工作。在观察电路的时候，我发现我的音乐芯片的连接电路由于心急，所以插得特别没有条理，布局不合适，所以这次我重新进行了音乐芯片连接电路的布局。这次调整之后，接收端电路成功接收到了音乐信号。2.在整体调试时，角度的选择十分重要。接收管总是要以一定角度对着发送管，才能接收到清晰的音乐信号，而且二者中间有障碍物时，接收管会接收不到任何信号。3.虽然能够听到音乐，但是伴随着的噪声也很大，并且随着两个管的距离增加，音乐会越微弱，噪声也越大。这个问题跟发送电路的功率，接收端的增益，以及器件工艺有很大关系。4.在实验验收前夕，我在实验室能够测得的最大传输距离大概有3m，但是后来调

10、试的时候，突然就听不到一点声音了。经过可能的故障排查，发现喇叭突然坏掉了，具体原因不明。但是换了另外一个喇叭之后，声音明显变小，音乐可以传输的最远距离也减小了。这个问题应该是与模拟电路的不确定性有较大关系。九、PCB板图图8 红外光发送电路PCB板图9 红外光接收电路PCB板十、实验总结及心得体会通过这次为期两周的实验，我掌握了简单的红外通信系统的组成以及设计原理，对红外线在通信中的作用有了一定的了解。在实验中，我进一步锻炼了自己搭建电路板、熟练正确使用仪器仪表的能力，并且还学习了Protel DXP软件的使用方法，学会了用软件来绘制和设计PCB板。实践是检验真理的唯一标准。理论知识是停留在书

11、本上的，只有将它正确灵活地运用到实际当中来，才能发挥它的作用。在实验前，一定要熟悉本实验的目的及原理，并且要熟练掌握搭建面包板的操作。元器件在面包板上面的布局一定要清晰合理，这次实验也告诉我，一个布局清晰合理的面包板不仅美观，还能帮助你快速看清电路以便排查故障，也能使元器件之间的衔接更加合理。在将元器件插到面包板上之前，一定要确定好器件的取值，看清楚正负极、管脚编号等等。实验中由于器件的正负极接反，或者是管脚编号看错而接错元器件而导致电路出现严重问题是很多的。另外，在接入器件之前也要确保器件是好的，提前排除器件损坏的错误。在实验出现意外现象时，不要盲目更换器件，而是应该首先检查电路的连接，很多时候问题都出在电路的连接而不是器件上面。在实验前，一定要熟悉