红外无线通信装置(非常详细的原理)

西南科技大学

自动化专业方向设计报告

设计名称：红外光通信装置

姓名：杨 * *

学号: 2 0 1 0 5 7 8 9

班级：自动 1 0 0 4 班

指导教师：**

起止日期： 2013年10月15日--11月9日

西南科技大学信息工程学院制

方向设计任务书

学生班级：自动1004 学生姓名：杨* * 学号：20105789 设计名称：红外光通信装置

起止日期：2013年10月15日---11月9日指导教师：武丽

方向设计学生日志

红外光通信装置

摘要：基于2013年电子设计大赛红外光通信装置题目的要求，设计了具有实际运用价值的红

外光无线扩音装置。该装置由音频放大滤波电路，SPWM音频信号比较调制器，红外载波信号发生器，红外接收器，功率放大电路，LC低通滤波等模块构成。由模拟电路搭建的红外光通信信道传送经过处理的连续的音频信号，并由后级电路还原传送出来的音频信号，让喇叭发出原始音频信号。该系统能够完整的将频率范围为300Hz-8KHz的音频信号通过红外光传送4m以

外并接收还原。

关键词：红外光通信；音频传送；SPWM载波

Design of Infrared Communication Device

Abstract:The infrared communication device is based on the National Undergraduate Electronic Design Contest of 2013 , but it has more practical application value . This appliance contains an amplifier , SPWM modulator audio signal comparator , an infrared carrier signal generator , IR receiver , Power amplifier circuit , LC low-pass filter . The analog circuit structures of the infrared light transmitted through the communication channel continuous audio signal processed by the post-stage circuit to restore the audio signal sent out , so that the original audio signal horn . The system can be a complete frequency range of 300Hz-8KHz audio signals transmitted by infrared light and receive reduction up to 4m , temperature detection and transmission display .

Keyword: Infrared light transmission ; Audio transmission ; SPWM

0 引言

现在市面上使用较为广泛的无线技术有红外光无线以及无线电技术。无线电技术是通过无线电波传播声音或其他信号的技术，无线电波是在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波，频率为300MHz-300GHz的电磁波称为微波，也称为“超高频电磁波”。其特点是：只能进行可视范围内的通信；大气对微波信号的吸收与散射影响较大；主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到点的通信，速率也不高，一般为几百Kbps。红外是一种无线通讯方式，可以进行无线数据的传输。自1974年发明以来，得到很普遍的应用，如红外线鼠标，红外线打印机，红外线键盘等等。

红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.75～1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm 之间。由于红外线通信具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线通信技术。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线通信技术不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。在不能架设有线线路，而使用无线电又怕暴露自己的情况下，使用红外线通信是比较好的。

作为当今使用非常广泛的红外线通信，其主要运用在彩电、空调、以及小型玩具。然而在声音、图像等数据量非常大的无线传输技术中运用相对较少。今年电子设计大赛的题目要求运用红外线技术设计语音无线传输技术也是瞄向了时下新兴的技术。类似于比赛的题目要求，设计制作一个可以传输更远距离，更有实用性的红外无线话筒，不仅升华了比赛项目，更增加了学习研究学科知识的兴趣。

1 系统方案

1.1总体方案

本系统主要需完成的任务是通过红外光传送连续的音频信号和变化的温度值。需要传送的音频信号频率范围为300HZ到8KHZ的音频信号，还原的信号无失真现象，温度数字信号传输时延不超过10S，且还要在接收端显示出当前温度值。题目中提到的两种信号分别为模拟信号和数字信号，这就要求我们选择总体方案，是选择模拟传输，还是数字传输方案。我们分析了三种方案：

方案一：普通的数字传输方式，根据香农定理要还原原始信号每个周期至少要采集两个点，如果每个点以8位来计算的话，那么传输速率就要求最小为3.4K×8×2 =54.4K，它远大于我们测试的最大传输速率5K。

方案二：压缩数字传输，因为红外光的特性决定了其工作的特性，必须要有大于280uS 的基波发送和不小于300uS 的数据传输完的等待时间，其才能正常工作的特性。那么在数据传输区的信息量就很大，经过压缩后可以缓解信道的传输压力，但是时间还是不够用，增加了软件算法的难度。

方案三：模拟量传输方式，通过简单的前级处理就可以把连续的音频信号传送过去，经过相应的硬件电路解调后就可以较完整的还原原始信号。整个过程简单，不需要控制系统处理就能实现信号传送，不需要单片机的参与且效果很好。

综合以上三种方案，模拟通道设计相对简单，功耗小，没有使用单片机，信号传递速度快，抗干扰能力强，选择方案三。