红外无线通信系统的设计与实现

第五章 总结与期望

摘 要

红外无线通信，通常又叫红外光通信，是利用红外线传送信息的一种通信方式。红外线通信所传输的内容是多样的，可以是音频信号，也可以是视频信号。利用红外线，可以构成无绳电话及无线耳机系统。红外线的传输距离不远，一般在十米以内，但可以避免频谱占用，信号失真等电气指标较易处理，应用于普通的办公室和家庭等场合应该已经可以满足要求。红外线的应用范围很广，电视机、空调、微波炉等凡涉及到遥控的家电，一般均采用红外线来作为信号传输的载体。本次设计的红外无线通信系统主要是传递音频信号。该系统是由发射模块和接收模块组成。发射模块的输入与音响设备相连接，从音响设备输出的音频信号调制红外光以后，由红外光发射机将调制的红外光向空间发射。红外无线系统的接收部分将接收到的已调制红外光进行解调，还原出音频信号，然后送到扬声器发出声音。本次设计的电路系统具有实用、成本低廉、使用方便的优点。

关键词 红外线、发射、接收、调制、解调

目 录

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英文摘要.................................................Ⅱ

0 引言

1 红外发射系统

1.1 红外发射系统组成框图

1.2 红外发射系统的工作原理分析

1.2.1 直流稳压电源..............................................

1.2.2 音频放大电路..............................................

1.2.3 高频振荡电路..............................................

1.2.4 高频放大电路..............................................

1.2.5 频率调制电路..............................................

1.2.6 高频功放电路..............................................

1.2.7 红外发射电路..............................................

2 红外接收系统

2.1 红外接收系统的组成框图

2.2 红外接收系统的工作原理分析

2.2.1 直流稳压电源.................................................

2.2.2 红外接收电路.................................................

2.2.3 高频放大电路.................................................

2.2.4 频率解调电路.................................................

2.2.5 音频功放电路.................................................

2.2.6 扬声器.......................................................

3 红外通信系统的仿真

3.1 仿真软件的介绍

3.2 仿真调试

4.安装、焊接、调试及性能分析

5.结论

6.致谢

7.参考文献

0 引 言

随着计算机与通信技术的飞速发展，计算机通信得到广泛应用，硬件技术可谓是日新月异，其总体趋势向着高集成度、高稳定性、高速和高性价比方向发展。而红外无线耳机通信系统装置则是目前应用较为广泛的通信形式。

我们经常会碰到这样的情况：看电视或听音乐、上网为了不影响家人或者邻居休息，特地使用耳机，却又会常常为耳机线的存在而烦恼，有时是不够长，有时是跟别的设备缠绕在一起，使用起来很不方便。而制作一款无线耳机就能解决上述问题。由于感应式无线耳机的发射电路必须固定安装在房间的墙壁或天花板上，故无法在室外使用，这是感应式无线耳机的主要缺点。而红外无线耳机则不然，由于它的信号发射采用小巧的红外发射电路，既可在室内用于电化教学、家庭电视和音响设备的音频信号无线接收，也能在户外使用便携式录音机、CD、VCD 及MP3时，方便地去掉耳机线，实现名副其实的无线“随身听”。它不仅带给我们无拘无束的轻松感觉，更多的是使我们的心情舒畅自在。无线耳机也可以广泛用于外语听力教育，是现代电化教育的辅助工具，充分利用了无线电的磁场在空气中传播的原理。

信号的调制方式有三种，分别是幅度调制、频率调制、相位调制三种。其中频率调制具有比幅度调制频率高、带宽宽、抗干扰强，同时比调相方式经济等特点．

锁相环技术(PLL) 是一种能自动跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统．该技术在频率调制方面应用十分广泛, 遍及广播、电视、通信、雷达、导航、计算机及仪表等领域．锁相环集成电路CD4046（能跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统） 是一种低频多功能单片数字锁相环集成电路, 最高工作频率1.3 MHz , 电源电压3 ~18 V．与类似的双极性单片锁相环集成电路相比,功耗仅为其数百分之一, 因而它在频率调制与解调、频率合成、电视机彩色副波提取、FM 立体声解码、遥控系统、频率的编码和译码等诸多方面均得到了应用．集成环路部件以其低成本、性能优良、使用简便而得到了青睐。本文介绍了集成锁相环cd4046在频率的调制与解调方面的应用。基于频率调制和锁相环技术的优点，本次介绍一种应用锁相环和红外技术制作而成，采用频率调制方式，用红外线传送音频信号的调频红外无线设备．该设备具有供电方式多样，传输距离10m以内，音质较好，红外信号基本不受电磁干扰，性价比高等特点。

1红外发射系统

1.1 红外发射系统组成框图

图1是红外发射系统的组成框图。它是由音频放大电路、频率调制电路、高频功放电路、高频振荡电路、高频放大电路、直流稳压电源、红外发光二极管组成。

图1 红外发射系统的组成框图

1.2 红外发射系统的工作原理分析

1.2.1直流稳压电源

考虑到直流电源。我们用四个1N4007四个晶体管构成桥式整流桥。将220V50Hz的交流电转换为直流电。以电容元件进行整流。因为我们要输出5V的电压，所以选用稳压管7805。图2是直流稳压电源电路系统框图。

图2 直流稳压电源电路系统框图

1.2.1.1 变压器

220V交流电端子连一个降变压器把电压值降到8V左右

1.2.1.2 桥式全波整流电路

根据图，输出的平均电压值0()2012sin()AVUUd

即：0()20.9AVUU

1.2.1.3 电容滤波

本设计我们使用电容滤波，滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。

C 越大， RL越大，τ越大，放电越慢，曲线越平滑，脉动越小。

1.2.1.4 +5V直流稳压电源的总设计框图

图3 +5v直流稳压电源的总设计框图

图3是+5v直流稳压电源的总设计框图。它由电源变压器，桥式整流电路D1～D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C4和一只固定式三端稳压器(7805)组成的。220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。

1.2.2 音频放大电路

本次发射模块的电路系统的音频放大采用的是三极管共射级放大电路

电路。图4是共射级放大电路

图4 共射级放大电路 1.2.3 高频振荡电路

振荡器是一种不需要外加输入信号，而能够自己产生输出信号的电路。产生无线电载波信号的高频振荡器属于正弦波振荡器。正弦波振荡器由放大电路和反馈电路两部分组成，反馈电路将放大电路输出电压的一部分正反馈到放大电路的输入端，周而复始即形成振荡，如图1 所示。高频振荡器有变压器耦合振荡器、电感三点式振荡器、电容三点式振荡器、晶体振荡器等多种电路形式，图4是正弦波振荡器。

图5 正弦波振荡器

1.2.3.1 变压器耦合振荡器

变压器耦合振荡器电路如图6 。变压器T 包括振荡线圈L2 和反馈线圈L1，

L2 与C2 组成LC 并联谐振回路，作为晶体管VT 的集电极负载，L1 接在VT 基极。

VT 与LC 并联谐振回路构成选频放大器，只有频率f ＝f o 的信号得到放大，并

经变压器T 正反馈至基极，形成振荡，振荡频率f o＝1/（2π L 2C2），正弦

波信号经C4 耦合输出。变压器耦合振荡器的特点是容易起振，输出电压较大，

但最高振荡频率较低。

1.2.3.2 电感三点式振荡器

所谓三点式振荡器，是指晶体管的3 个电极直接与振荡回路的3 个端点相连接而构成的振荡器。