红外声音传输系统报告

技术报告红外声音传输系统技术报告一、 引言：在电子消费领域当中，红外产品的使用较为普遍，它多用于简单的近距离控制，如家电，玩具，各种抄表系统。红外通信过程主要由红外发射和红外接收两个过程，通常有两种实现方式。第一种是将进入发射装置的模拟信号直接发送出去，模拟的电压信号的强弱转换成光强，接收端接收到光强的变化，进而将接收到的光强再转换成模拟电压或者电流信号，得到的信号跟发射的信号变化规律相同，这样就实现了通信。另外一种方式是将要发射出去的模拟信号转换成数字信号，将数字信号送给红外发射电路，经该电路的调制转变成红外光信号在空中传输，然后红外接收电路收到该红外光信号，经过该电路的解调，将此红外光信号还原成可被单片机或其他处理系统处理的信号，由单片机或其他处理系统内部处理得到原来的数据编码。红外通信有自己优点，比如其安全性高，但是也有一定的缺点，例如传输距离短等，但是红外通信有巨大的发展潜力，因此研究红外通信也有比较大的意义，所以我们选做了这个红外声音传输系统。二、 任务及要求：设计一红外语音传输系统，可将话筒收到的语音信息通过红外传输的方式传到2.5米以外的地方重放。基本要求放大器1、2的增益为40db，增益可调。带通滤波器的带通300Hz-3.4kHz。实时实现语音传送，传输距离＞20cm。发挥部分将语音信号放大滤波后进行A/D采样并存储在存储器中，以数字量形式输出(串行)红外发射。红外接收并经过数字输入存在在存储器中，D/A转换输出语音信号，扬声器输出。传输距离1米以上。声音可重放，在1、2的基础上传输距离2.5米以上。图形显示语音波形。三、 红外声音传输系统的整体设计思路：【基础部分的设计:】基础部分的实现就是用到了红外通信的第一种方式。发射端发射端和滤波，实现电压放大可以考虑使用运放，接成同相放大器或者反相放大器都可以实现要求，但是注意的是，从拾音器过来的电压信号非常微弱，极易被噪声淹没，以此输入放大之前要接差分放大电路以减小噪声干扰，经过差分放大电路之后的信号在接入放大器，实现电压信号的放大。2、 为了保证信号的质量，必须对放大的电压信号进行滤波，考虑到人说话的频率范围有限，也即达到设计要求时的带宽，应该做一个带通滤波电路，为了滤波的效果更好，可设计双电源供电的有源滤波器，使用的芯片可以使NE5532或者LM324，经过计算得出相应的元器件参数，可以使用仿真软件进行一下仿真之后再搭电路进行调试。3、 通过滤波器之后的模拟信号进入到红外发射装置，由于没有找到合适的红外二极管发射和接受装置，我们选用了其他频段的电磁波来实现无限发射和接受，通过光强实现通信，在接收端收到光强的变化，经过转换得到的是按照相同规律变化的模拟信号。4、 将模拟信号再用同样的过程进行放大和滤波。5、 要想从扬声器得到声音的重现，必须进行功率放大，所以需做功率放大电路，将经过滤波后的模拟信号放大之后，就可以就声音信号放出来。【发挥部分的设计】发挥部分的设计就是运用了红外通信的第二类方式，只要在基础部分上在一部分改进就可以实现，同时红外的发射和接收装置也必须改动，及使其能发射和接收数字信号。1、要实现模拟信号向数字信号的变化，需要使用ARM控制进行采样，设计过程中需考虑设置AD（或DA）的分辨率、采样时间、以及如何做到存储问题。2、红外发射和接收装置的实现需用到一对RPM882-H14，该器件能数字信号通过红外发射出去并实现接收。四、红外声音传输系统分步实现：【基础部分的实现】1、拾音器输入信号声音经过拾音器进入电路时要进行差分放大，减小噪声的干扰，确保声音信号能够进入电路。具体电路如下:R1-"Wv-i.(jki>hrn:1QuF1.OkohmR2^l.bkohm注：进过计算后用到的元器件大小如图所示用到的主要运放是OP37，其主要功能如下:vD5tbw-FN+DMV-0叵E叵F1III11]MC二NOCONNECTTOC\o"1-5"\h\z电源电压 22V内部电压 22 V输出短路持续时间 不定差动输出电压(Note?) ()7 V差动输出电流(Note2) 25mA储存温度范围 -65°Cio+150&C工作温度范围OP37A一…一一 .一一+125”匚OP37E(Z) -25QC to+85flCOP37EtOP-37F(Pj 0°C to7(^COP37G(P(S,Z) -40°Ctn+85°C温度范围i焊接60秒) 30(rC交界处温度 -45，C心十I5O"C2、带通滤波器的实现设计为带通滤波器，要求带宽为300Hz到3.4KHZ,其由两部分构成，一部分是低通滤波器，一部分是高通滤波器，分别使用LM324n和5532和实现（1）低通滤波器电路原理图如下:R4--lO.kQh.m.t；2kohm12VR4--lO.kQh.m.t；2kohm12V注：进过计算后用到的元器件大小如图所示元件参数计算方式大致如下：上限截止频率：fH=1/(2PiRC)=3.4KHz令R=330O则C=150nf选增益Au=Rf/R1+1=1.2取Rf=10K则R1=62KLM324N的主要功能如下：四运算放大器★LM324内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。特点★内部频率补偿★直流电压增益高(约100dB)★单位增益频带宽(约1MHz)★电源电压范围宽：单电源(3—32V)；双电源(±1.5—±16V)★低功耗电流，适合于电池供电★低输入偏流★低输入失调电压和失调电流★共模输入电压范围宽，包括接地★差模输入电压范围宽，等于电源电压范围★输出电压摆幅大(0至VCC-1.5V)LM324的封装形式为塑封14引线双列直插式。高通滤波器的电路如下:

注：进过计算后用到的元器件大小如图所示元件参数计算方式大致如下：下限截止频率：fH=1/(2PiRC)=300Hz令R2=R3=50K则C1=C2=10nf取增益为Au=Rf/R1+1=1.8取Rf=48K则R1=62KLM324N的主要功能如下：NE5532P的主要功能如下：引脚图如下：NE5532P是双电源供电，8引脚接止电源，4引脚接负电源，1是A输出2是A同相输入，3是A反相输入，7是B输出，6是B反相输入，5是B同相输入。3、功率放大器的实现：经过放大滤波的信号要想从扬声器输出，必须进行功率放大，因此要进行功率放大器实现。功率放大器的具体电路如下所示：注：进过计算后用到的元器件大小如图所示用到的主要芯片是LM386，它是专门为低损耗电源设计的功率放大器集成电路，它的内建增益为二十，通过PIN1脚和PIn8脚位间电容的搭配，增益最高可达两百。引脚图及参数如下：

【发挥部分的实现】增益设定二增益理定根限¥96电源电印LM386N-L-3.LM386M-1)15V电源电压(LM386N-4)22V封装符散LM386N〉L25WLM306M)0.73WLM386MM*1>O,595W【发挥部分的实现】增益设定二增益理定根限¥96电源电印LM386N-L-3.LM386M-1)15V电源电压(LM386N-4)22V封装符散LM386N〉L25WLM306M)0.73WLM386MM*1>O,595W世入电压储存温度-6SE至+150E操作温结温+15UT'反向输入正向椅入——旁路—+电源1、 AD采样与数字存储的功能实现(DA的过程与此类似)该模块的实现需要用ARM控制，通过编写程序实现AD及DA的转换，同时控制采样时间、分辨率，并实现存储功能。(1)分辨率：12位，参考电压为2.5V，最小检测精度为2.5mv(2)采样时间：整个系统带宽最大为3.4Khz，跟踪信号系统中的采样定理，为了真实还原信号，本设计采用的采样时间为34Khz（3）存储功能的实现：ARM系统本身开发了一个较大存储空间，可以存储一定量的声音信号。（4）输出波形的显示：将输出的信号加到液晶显示屏上，就可以观测到声音波形。2、红外发射和接收功能的实现:红外发生装置的核心器件使用的是RPM882-H14。其主要结构如下:主其主要结构如下:主它能够将收到的数字信号通过红外发射出去，在接收端有同样的一个元件进行接收，这样就实现了两端之间的通信，得到的熟悉信号跟发射的数字信号相同。五、测试方案及测试结果：1、 放大器的测试及结果：将放大器的输入端接入0.05V（最大值），1KHz的电压（使用信号源），用示波器测量输出，记录幅值。测试结果：输出峰峰值10V左右，并可调，说明放大了100倍，增益可调功能实现。2、 滤波器的测试方案及结果：用信号源产生1V的不同频率的信号加到滤波器的输入端，用示波器测输出，观察幅值。测试结果：频率为200Hz及其以下时候发生较为明显的衰减，幅值约为300mv，频率大于4KHz的时候幅值降到400mv左右，中间频率的幅值没有衰减，因此带宽约为200HZ到4KHz，与要求的带快有一定的差异，但仍然可以使用。3、 AD采样及存储（包括。入）的测试方案及结果：用ARM写好AD及DA转换的程序后，用信号发生器给电路输入模拟信号，检测输出的信号；同时再将输出的信号输入到。人转换器，检测得到的模拟量，将最终得到的模拟量与最初的模拟量进行比较，观察失真程度。测试结果：波形变化趋势基本一致，误差在允许的范围之内，可以实现转换4、 红外发射和接受装置的测试及结果：用计算机串口给RPM882-H14输入数字信号，在接收端将另外一个RPM882-H14接受，检测接收到的信号，并与发射信号进行比较，进而验证发射和接收装置能否工作。测试结果：在保证两个RPM882-H14对准的情况下能够检测到跟输入信号几乎一致的信号，如果两个元件出现一定的角度误差，接受的信号会出现偏差。5、 功率放大器的测试及结果：用MP3或者手机输入音频信号，看扬声器时都能发出声音。测试结果：出声，有一定的噪音。六、注意事项及部分说明：1、 芯片需要双电源供电，电源不能接反，否则会烧坏芯片。2、 部分引脚或接线裸露，测试时注意不可短路。3、 部分导线极细，焊接不是特别结实，取放时注意不要拽断。4、 红外的发射和接收装置必须较为准确的相对，否则接收到的信号出现失真，因此发射和接收装置最好使用固定装置。5、 电源的提供：实现该系统的功能需要正负12V、2.8V、5V的直流稳压电源。正负12V及5V的电源可以直接从电子科技市场买到，能将220V的交流电变成正负12V百流电源输出，2.8V的电源可以使用电池提供