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Atpresent,thevoicecommunicationsystemismainlythroughthetelephonelines,bluetooth,theInternetandWIFIandGPRS,etc,butithasthehighcostandthedesign,powerconsumptionhighershortcomingscomplex.Becauseinfraredcommunicationgoodsecrecy,notaffectedbyradiofrequencytousecontrol,andinthenightsilentstatedidnotincreasethewirelesswasfoundprobability,althoughinfraredlasercannotdirectlytransferspeechsignal,butifyouuseinfraredcodingintheformofcodingmodulationsignaltoinfraredcarrier,canrealizetheinfraredvoicecommunication,soastorealizetheinfraredcommunicationtransferspeechsignalsystemdesignrequirements.
二、基本原理
我们现在所说的通信是指狭义的通信,即信息的传递。
是指由一地向另一地进行信息的传输与交换,其目的是传输消息。
然而,通信在人类实践过程中随着社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升,使得人类文明不断进步。
在各种各样的通信方式中,利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication),这种通信具有迅速、准确、可靠等特点,且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制,因而得到了飞速发展和广泛应用。
1、通信系统的组成
其中,发射系统是将信号变换为信道信号并发射,包括调制、放大、滤波等。
接收系统是将信息从接收到信号中还原出来,主要包括解调、滤波等。
传输媒介主要分为有线和无线媒介。
噪声包括内部干扰噪声(由发射和接受设备本身所产生的噪声)和外部干扰噪声(信道产生的噪声)。
2、通信系统的分类
按照不同的分类方法,通信系统可分为有线通信、无线通信、光通信等,在此,我们只讨论按照信道传输信号类型的分类,即模拟通信和数字通信。
模拟信号通信(AnylogCommunication)是指用模拟信号作为载体来传输信息,或用模拟信号对载波进行模拟调制后再传输的通信方式。
比如在电话通信中,用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的,这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的,这种信号称为模拟信号。
数字信号通信(DigitalCommunication)则是指用数字信号作为载体来传输信息,或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。
数字信号是指其信息由若干明确规定的离散值来表示,而这些离散值的特征量是可以按时间提取的时间离散信号。
3、红外通信的基本原理
红外通信的基本原理是利用950nm近红外波段的红外线作为信息的载体,将二进制信号调制为若干脉冲信号,最后驱动红外线发射元件(如红外发光二极管)发射红外信号.红外接收端收到红外脉冲信号后,将红外信号转换为电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出.红外信号的调制方法比较常用的有两种:
通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PulseWidthModulation,PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉冲位置调制码(PulsePositionModulation,PPM)两种方法.换句话说,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制和解调,以便利用红外进行传输,红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器.
4、红外通信的特点
红外通讯技术是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术,被大多数软件与硬件平台所支持,它具有以下特点:
通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发;
红外技术主要是用来取代点对点的线缆连接;
新的通讯标准兼容早期的通讯标准;
小角度(30度锥角以内),短距离,点对点直线数据传输,保密性强;
传输速率较高,目前4M速率的FIR技术已被广泛使用,16M速率的VFIR技术已经发布.
5、红外技术的用途
红外通信技术被广泛应用于下列设备中:
个人计算机、服务器和手持终端设备;
鼠标、键盘和打印机等计算机外围设备;
电话机、移动电话和寻呼机;
数码相机、游戏机、数字机顶盒、计算器和手表;
医疗设备和工业设备;
网络接入设备,如调制解调器和路由器.
三、元件选择
1、红外发光二极管
常用的红外发光二极管其外形和发光二极管LED相似,
发出红外光。
管压降约1.4v,工作电流一般小于20mA。
为了适应不同的工作电压,回路中常常串有限流电阻。
一些彩电红外遥控器,其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/3-1/4;
一些电器产品红外遥控器,其占空比是1/10。
减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。
常见的红外发光二极管,其功率分为小功率(1mW-10mW)、中功率(20mW-50mW)和大功率(50mW-100mW以上)三大类。
要使红外发光二极管产生调制光,只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。
用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时,受控装置中均有相应的红外光一电转换元件,如红外接收二极管,光电三极管等。
实用中已有红外发射和接收配对的二极管。
2、红外接收管
红外接收管就是将光信号(不可见光)转换成电信号一般是接收、放大、解调一体头,红外信号经接收管解调后,数据“0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上,单片机解码时,通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断,结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。
重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。
红外接收管的简介
红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件,它的核心部件是一个特殊材料的PN结,和普通二极管相比,在结构上采取了大的改变,红外线接收管为了更多更大面积的接收入,电流则随之增大,红外接收管分两种,一种是二极管,一种是三极管。
红外接收管是一个高速度和高灵敏销光电二极管在一个标准的3Φ塑料包装。
该设备是可见光和红外光谱匹配,一般都是配对于红外发射管使用。
3、LM386
LM386是一种音频集成功放,具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点,广泛应用于录音机和收音机之中。
LM386内部电路原理图如图2所示。
与通用型集成运放相类似,它是一个三级放大电路。
第一级为差分放大电路,T1和T3、T2和T4分别构成复合管,作为差分放大电路的放大管;
T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载;
T3和T4信号从管的基极输入,从T2管的集电极输出,为双端输入单端输出差分电路。
使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载,可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。
第二级为共射放大电路,T7为放大管,恒流源作有源负载,以增大放大倍数。
第三级中的T8和T9管复合成PNP型管,与NPN型管T10构成准互补输出级。
二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压,可以消除交越失真。
引脚2为反相输入端,引脚3为同相输入端。
电路由单电源供电,故为OTL电路。
输出端(引脚5)应外接输出电容后再接负载。
电阻R7从输出端连接到T2的发射极,形成反馈通路,并与R5和R6构成反馈网络,从而引入了深度电压串联负反馈,使整个电路具有稳定的电压增益。
LM386的外形和引脚的排列如下图3所示。
引脚2为反相输入端,3为同相输入端;
引脚5为输出端;
引脚6和4分别为电源和地;
引脚1和8为电压增益设定端;
使用时在引脚7和地之间接旁路电容,通常取10μF。
集成功率放大电路的主要性能指标除最大输出功率外,还有电源电压范围、电源静态电流、电压增益、频带宽、输入阻抗、输入偏置电流、总谐波失真等。
静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电。
工作电压范围宽,4-12Vor5-18V。
外围元件少。
电压增益可调,20-200。
低失真度。
LM386电源电压4--12V,音频功率0.5w。
LM386音响功放是由NSC制造的,它的电源电压范围非常宽,最高可使用到15V,消耗静态电流为4mA,当电源电压为12V时,在8欧姆的负载情况下,可提供几百mW的功率。
它的典型输入阻抗为50K。
*C1是发射器的核心;
当伴音信号加在图1中的A、B点时,经耦合电容C1(4.7μ)的隔直作用后会在8050的基极加上一组和音频信号一样变化的电流,在由8050的放大作用,驱动两红外发光管。
使其对音频信号的幅度大小同步调制,转变为红外信号发送出去。
由于每只红外发光管的正向压降均为1.15V,发射功率都小于100mW,将两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,由于红外发光管的辐射角度有限,因此在设计电路板时需将作用区有叠加地排列。
发射部分原理图如图4示。
4、DS18B20
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire,即单总线器件,具有线路简单,体积小的特点。
因此用它来组成一个测温系统,具有线路简单,在一根通信线,可以挂很多这样的数字温度计,十分方便。
DS18B20产品的特点
1、只要求一个端口即可实现通信。
2、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
3、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
4、测量温度范围在-55。
C到+125。
C之间。
5、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
6、内部有温度上、下限告警设置。
TO-92封装的DS18B20的引脚排列见图1,其引脚功能描述见表1。
图1(底视图)
表1 DS18B20详细引脚功能描述
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
工作于寄生电源时,此引脚必须接地。
四、总体电路设计
此电路设计是根据转发和接收器的原理,即可现无方向性接收,若配制多太接收器,还可多人同时接收。
此原理采用红外线作为传输媒介,可以避免无线电波的干扰。
图为发射部分电路原理。
鉴频后的伴音(音频)信号经三极管T放大后推动红外发射管。
由于发射管的发射强度与通过其电流成正比,所以VD1、VD2所发出的红外光,便受到音频信号的调制。
为了防止失真,VD1、VD2要设一定的偏置。
图1(b)是接收部分原理图。
其电路采用一块音频放大集成电路LM386。
VD为红外线接收管。
当被音频信号调制的红外光照射到VD时,在其两端产生一个与音频信号变化规律相同的电信号,经C1耦合至IC,进行放大。
由于IC具有功率放大作用,所以可同时供1-4副耳机收听。
接收器由光电转换、电源、耳机插孔及音频放大器四大部分组成,接收器电路如图5所示。
经调制的红外信号首先被红外光敏管接收并转换为变化规律和音频信号相同的电信号,相当于经过耦合电容C2(0.22μ)隔直作用后,再由LM386放大后再由路解调并还原为音频信号。
接收部分原理图如图5示。
五、整体调试
1.首先应检查电路是否接错,如果接错应进行拆焊,然后根据原理图将焊错的元器件正确的焊接到电路板上,同时应注意二极管的正负极有没有接反,三极管的各个管脚有没有接错等,然后用万用表逐个认真细致的检测各焊点的电流情况,看有没有出现虚焊和元器件损坏现象。
2.调节工作台上的两个直流稳压电源,一个调节为12V,一个调节为6V。
3.将制作好的实物的发射部分接电源的两根导线接在电源为12V的正负极两端,将接收接电源的两根导线接在电源为6V的正负极两端,并将做成的实物A和B代表的导线接至收音机耳机的两根信号引出线上,以在A和B两端最先产生音频信号,在发射部分线路板的耳机插口处塞上耳机。
4.按这样连接好线路后,发射部分调节可变电阻R1使VT的静态电流在30mA左右,先使发射管和接收管靠近,看是否能通过耳机听到清晰的声音;
然后将发射管和接收管逐渐远离至3米左右,若仍能清楚的听到声音却不失真,证明能够接收到红外信号。
5.接收部分只要安装无误,不需调试即可工作。
此外应保证红外发射管的辐射角一般在60度左右,所以安装时要使它们的辐射要有一部分重迭,以实现转发距离不小于3m。
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- 红外 通讯