本科毕业设计论文红外收发系统设计电子设计大赛报告论文.docx
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本科毕业设计论文红外收发系统设计电子设计大赛报告论文
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
1、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。
Abstract
Thisdeviceusesinfraredlightcommunicationsystem,whichbythesound-electricconversionmodule,theinfraredlighttransmittingmodule,aninfraredlightreceivingmoduleandtheelectric-acousticconversionmoduleoffourparts.Toachievethesoundsignalgeneration,transmission,receptionandfilteringtoachievethesoundeliminateinterferenceandpoweramplification.Usingaudiojacklineinputspeechsignal,headphoneoutputspeechsignal,usingprotelsoftwaredesignedtosendandreceivevoicecircuits,andthenpracticetheweldingcircuit,thetestoutputwaveformwithanoscilloscope.
Morethanafewbasicrequirementsinordertocompletethedesignofthethreeprograms,throughtheprogramofthedemonstrationandcomparison,wehaveselectedasetofsimpleandfeasible,lowcostsolution.
2、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.
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