红外收发系统设计-电子设计大赛报告论文

全国大学生电子设计竞赛F题设计报告第第页目录一、摘要1二、关键词2三、系统方案的设计与比较4 1.方案一：单片机处理法4 2.方案二：电压放大法5 3.方案三：调制解调法6四、单元模块的设计6 1.声-电转换模块6 2.红外发射模块7 3.红外接收模块8 4．电-声转换模块9五、系统测试与结果10六、设计总结11七、参考文献11红外光通信装置设计报告摘要本装置预计采用红外光通信系统，该系统由声-电转换模块、红外光发送模块、红外光接收模块和电-声转换模块四部分构成。实现对声音信号的产生、发送、接收以及实现对声音的滤波消除干扰和功率放大。为了增大接收距离，增加发射能量，我们增加了一级简单的功率放大器，同时推动7支红外发射管（见后文图）发射语音信号，为了滤除干扰光接收部分采用了廉价简易的滤光片，实验采用音频插孔线路输入语音信号，耳机输出语音信号，用示波器测试输出发射与接收波形（见后文图）。为了完成以上几个基本要求设计了三套方案，经过对方案的论证与比较后，选出了一套简易可行，成本较低的方案。AbstractThisdeviceusesinfraredlightcommunicationsystem,whichbythesound-electricconversionmodule,theinfraredlighttransmittingmodule,aninfraredlightreceivingmoduleandtheelectric-acousticconversionmoduleoffourparts.Toachievethesoundsignalgeneration,transmission,receptionandfilteringtoachievethesoundeliminateinterferenceandpoweramplification.Usingaudiojacklineinputspeechsignal,headphoneoutputspeechsignal,usingprotelsoftwaredesignedtosendandreceivevoicecircuits,andthenpracticetheweldingcircuit,thetestoutputwaveformwithanoscilloscope.Morethanafewbasicrequirementsinordertocompletethedesignofthethreeprograms,throughtheprogramofthedemonstrationandcomparison,wehaveselectedasetofsimpleandfeasible,lowcostsolution.关键词：红外光、音频放大、滤光片、TL084运放、CD40106斯密特触发器三、系统方案的设计与比较方案一：单片机处理法发射部分由晶振CRY，反相器74HC04及电阻、电容构成的振荡器产生方波信号。经脉冲分频器74LS92，六分频，再经过D触发器构成的2分频/整形电路变成频率低的方波信号。由单片机的异步串行口TX输出的串行数据信号，送到与非门74HC00的输入端。与非门的另一输入端接载波信号，从而控制红外发射管发送信息。接收部分采用一种高效能的红外接收器——德律风根TFMS5380组件内已装上了接收二级管和前置放大器。说明：此方案成本高，TFMS5380在网上一直买不到，且发射部分不易控制。方案二：电压放大法首先主要用KD-9300芯片构成音乐产生电路，发出电信号，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。以下是红外光发送模块和接收模块电路原理图：说明：此方案看似简单，但经过我们小组的测试发送模块很难成功处理声音信号，所以不用此方案。方案三：调制解调法采用音频插孔线路输入语音信号，耳机输出语音信号，用protel软件设计声音发送和接收电路，然后实际操作焊接电路，用示波器测试输出波形。以下是我们的模块流程图：经过我们小组讨论一直觉得此方案既容易实现成本也很低，还符合废物利用的原则。四、单元模块设计1.声-电转换模块的设计用麦克风、话筒、或蓝牙均可将声音信号转换为电信号，为了方便起见我们选用音频插孔线路输入声音信号，将转换后的声音信号送入发射电路进行放大处理。2.发射模块的设计红外线发射电路：下图是红外线发射电路，图中的MIC是一种常用的动圈式话筒，其输出阻抗为20000（高阻动圈式话筒）。话筒的输出加到运放IC1的反相端进行信号放大。这里仅用了一级放大器。为了获得足够的增益，其反馈电阻Rf用的很大（可到10MΩ），所以其运放的增益AV＝10^7／2×10^3＝5×103（74dB）。为了增大接收距离，应增加图2电路的发射能量，只要增加一级简单的功率放大器，同时推动7支红外发射管（或更多的），即可增大发射能量、扩大接收距离。为了减轻IC2－2的输出激励信号，将未级用的CD40106斯米特触发器并联使用。如下图所示：3.接收模块的设计红外接收电路：下图是红外线接收和解调电路，其中VD3是红外线接收二极管，它接收图2中VD2发射的红外线。发射和接收时，若在空旷区域，VD2与VD3尽可能在一直线上；在室内，VD3也可接收门窗、壁面VD2的反射信号。VD3的接收信号加到运放IC3－1的反相端②脚被放大，调节反馈电阻R7可以改变运放IC3－1的增益。这里，VD3的分布电容、运放IC3－1的输入电容和电阻R7构成低通滤波器，该滤波器限制了输入电路的频率响应。IC3－1①脚放大的红外光调制信号，加到IC3-2反相输入端⑥脚再进行放大，放大增益＝R9／R8，经具体推算，为40dB或100倍。IC3－2⑦脚输出的红外光调制信号加到由R10、C4组成的低通滤波器（仅一级）滤除载波（18kHz）信号，从而解调出语音信号。该语音信号仍然较弱，应进行一般的音频放大后，用耳机收听或由音响放音。通过红外接受管接受从发送端传来的信号，并转化为电信号接入放大电路中，然后经0.01uF的电容滤除直流信号后由电位器和LM386运放共同作用实现信号的放大，调节电位器的大小可以实现对增益大小的调节，最后再经过喇叭将电信号转化为声信号，播放出音乐信号的音乐。其原理如图如下图所示：4.电-声转换模块的设计用扬声器、喇叭或耳机将电信号转换为声音信号，实际搭线时我们用的是耳机，将听筒的那端接在接收模块后面。五、系统调试从信号发生器产生2000Hz,500mv的正弦波波信号输入发射模块中，经过调节得到较为清楚的调制后的输出波形，可能是由于室内其他红外线的干扰，经接收模块解调后的波形类似正弦波，理论上应该是得到标准的正弦波。发射模块波形图：接收模块测试波形图：装置实物图：红外线发射管（7个）图：六、设计总结不得不说，学校的器材比较缺，很多我们电路板用的芯片，电阻，电容学校都不能一一满足，第一次参加，不知道这种实际情况，直到第二天快要结束的时候才确定下来方案，然后失望的发现学校提供的器材不太合适我们的设计。淘宝上购买后，第三天晚上才到。纵使经过一个晚上的奋斗，还是没做出来，有一部分原因就是这个方面。电路板的焊接，以及电路板的调试实在不是一个晚上可以实现完成的。经过这次比赛，我们明白了，电路参数很大程度不是设计出来，而是调出来的。尽管电路图没有错误，但就是实际的效果跟我们的想象还是有所差异的。信号发射图中，电容c2是2700pf，经过我们的东拼西凑的，虽然还是达到了这个电容值，但载波频率与我们的预期差别很大，电容还是跟电阻不同，这里的电容起到一个震荡的作用，c2的充电，放电，本身就是一个很微妙的过程，如果用若干个电容一起达到2700pf的话，可能电容之间的充电，放电过程会相互影响的。电阻就不会了，若干个电阻构成的r与一个r值电阻在电路中是一个效果。接收电路中，本来应该有个高通滤波器，接收管不仅会接收发射管的红外线，正常情况下，室内的红外线也会干扰接收管的接收，高通滤波器额作用就是滤除这些室内红外线噪声。经过我们小组的讨论，基于电路的简便性考虑，我们买了850nm红外线滤光片（发射管红外光波长为850nm），围在接收管周围，这样达到可以滤除空间红外光850nm波长以外的红外线。小组的讨论结果是这种简易的装置，可以替代高通滤波器。经过这我们小组四天三夜的奋斗，我们深刻的明白了学以致用的重要性，虽说最后的测试结果有点不尽人意，但也是我们为电子走出的第一步，相信以后情况会更加好的，明年继续为电子加油吧！七、参考文献[1]华成英童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现HYPERLINK"/