电子设计-红外无线耳机报告

电子设计-红外无线耳机报告
合肥学院第六届电子设计大赛
红外无线耳机
摘要
红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。

结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。

因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。

也可以当作传输之媒界。

太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。

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。

关键词：红外无线接收频率适用距离
1引言
我们在看电视节目或播放影碟机时，为了不影响家人的学习和休息，通常采用耳机收听伴音。

由于普通有线耳机的连接导线较短，使用者只能在距电视机lm左右的近距离观看节目，这对视力有一定的损害。

被报告中的介绍的红外无线耳机，借助红外线来实现音频信号的无线传递，使用者与电视机之间的距离可拉开2 -4m，还可以配用1 -4副耳机供多人同时收听。

本系统设计和制作的是一个红外无线耳机，主要通过外无线耳机的发射电路，使用时将插头XP插入电视机、收录机的耳机插座内，音频信号通过XP经电容Cl耦合、三极管VTl 放大，再由红外发射二极管VD1和VD2向外发射载有音频电波的红外线。

电路装成后适当调节偏置电阻R2，使流过VD1和VD2的静态电流为l0mA即可。

1.1红外无线耳机的原理
该红外无线耳机由红外线发射电路和红外线接收处理电路组成, 红外线发射电路由脉冲调制器和电流放大／红外线发射电路组成，其中，冲调制器电路由锁相环集成电路IC 1和电阻器R1一R8、电容器C1一C4组成；电流放大／红外线发射电路由晶体管V1、V2、电阻器R4、R5和红外发光二极管VL1一V13组成，如图3-31所示。

伴音信号（来自电视机音频输出插座）从IC1的9脚输人，经IC1内部的VCO压控振荡器等电路调制处理后，从4脚输出一组振动频率随音频信号的幅度同步变化的调频信号，该信号经V1、V2电流放大后，通过VL1一V13变换为红外调频信号并发送出去（VL1一V L3的发光强度与音频信号的变化有关）。

红外线接收处理电路由光电转换／放大电路、选频放大电路、解调器和音频放大电路组成，其中，光电转换／放大电路由红外光敏二极管VLS、结型场效应晶体管VF、电阻器R10一R13和电容器C10一C12组成；选频放大电路由集成电路IC2和电容器C13一C17、电阻器R9、R14～R16、电感器L组成；解调器电路由锁相环集成电路IC3和电阻器R17一R19、电容器C18一C20组成；音频放大电路由音频功率放大集成电路IC4、电阻器R20、电容器C5一C9和耳机BE组成，如图3-32所示。

US接收VL1一VU发射的红外线信号并将其转换为调频电信号，该信号经VF预放大、IC2选频放大及IC3解调
处理后，转换为音频信号。

该音护信号从IC3的10脚输出，经IC4功率放大后，推动耳机BE还原出电视伴音信号。

元器件选择 R1一R4和R6一R20选用1/4W 碳膜电阻器或金属膜电阻器；R5选用1/2W金属膜电阻器。

C1一C3、C5、C6、C11、C12、C14和C15均选用耐压值为16V的铝电解电容器；C4、C8、CIO和C20均选用高频瓷介电容器；C7、C9、C13、C16一C19选用独石电容器或涤纶电容器。

US选用与红外发光二极管配套的红外光敏二极管。

VLI一VU均选用HG302型红外发光二极管。

V1和V2选2SC9453DG12OB等型号的硅NPN晶体管。

VF选2SK117型结型场效应晶体管.
L选用磁心可调的电感器。

IC1和IC3均选CD4046型锁相环集成电路；IC2选用卜PC1373H型集电路；IC4选TDA2822 M型功率放大集成电路。

BE选用阻抗为3251的监听耳机。

1.2 设计方案
无线耳机一般是指以红外线传输信号的耳机系统，红外耳机的工作频率从几KHz到几MHz，有效距离大约10米，耳机要在可视范围内；无线耳机工作频率为VHF 130MHz-200 MHz、UHF 450 MHz -900MHz，大多数无绳耳机工作在UHF，可传输范围达100米，可以绕过障碍物。

两副或多副无线耳机可能会相互干扰，而且还要注意的是无线耳机电池的使用时间，一般不应低于8小时。

我们这次设计的红外无线耳机共分为两个主要模块:发射模块和接收模块。

发射模块
发射电路附图所示，它包含脉冲调制、电流放大及红外线发射等部分电路。

由锁相环CD4O46构成的压控振荡器（VCO）是发射器的核心；当伴音信号加在附图中的A点时，VCO的输出端会产生一组振荡频率随音频信号的幅度大小同步改变的调频信号，经红外发光管转变为红外调频信号发送出去.
附图中的三极管VT1与VT2用来驱动红外发光管，如果没有相同型号，也可用常见的C1815或9014代替，但管子的β值最好取得偏大一点。

接收模块
接收器由光电转换、脉冲放大、频率解调及音频放大四部分组成，接收器电路如附图所示。

经调制的红外信号首先被红外光敏管接收并转换为调频电信号，经过场效应管2SK117预放大，μPC1373H选频、放大后再由CD4046构成的鉴相电路解调并还原为音频信号。

接收与发射电路中两只CD4046的中心频率均为45kHz，故R7与R17、R8与R18、C4与C24的参数必须严格对应相等。

驱动红外发光管的三极管VT1与VT2均工作在放大状态，其VBE约0.6V；VT1与VT2
也可用9013替换，但管子的β应大于100。

发射电路的电源在图中没有标出，制作时可用LM7806稳压后获得。

每只红外发光管的正向压降均为1.15V，发射功率都小于100mW，将三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三只管子错
开45°排列。

红外光敏管只有被加上合适的反向电压才能正常工作，因此在电路安装时必须注意检查红外光敏管在电路中是否反接。

接收电路采用电池供电，对功放 TDA2822M进行桥接正是为了降低整机功耗。

电感L10可在工字形中周骨架上用φ0.06的漆包线密绕150匝后装上磁帽及屏蔽罩制得。

红外发光管与红外光敏管容易损坏，它们的具体参数如附表所示。

红外无线耳机的发射器不需要调整即可正常工作。

在对接收器进行调节时，我们可先把彩电遥控板对准接收器并随意按下任一键，监聴耳机中是否有响亮的“嘟嘟” 声；然后再把接收器对准发射器，用无感螺丝刀反复调节电感L10中磁帽的位置，直到伴音信号清晰宏亮而噪声最小时用高频蜡将磁帽固定，调试即告完成。

如果感觉耳机中的伴音干涩、音质不佳时，可适当调整阻尼电阻R16的阻值；如果接收器的频带过窄，可以将R7与R17分别开路试试。

传统耳机的平面结构图（见附图）其中的连线很容易遭到破坏，送一无线耳机的产生已经不可避免成为一种趋势了，目前2声道的音频数据流并不需要红外线那么大的带宽
发射器的功耗比较大。

这一点直接限制了红外线耳机不能自带麦克风。

（因为耳机带麦克风，便需要在耳机上集结一个发射器，从目前的电池技术来看，将大大的降低红外线耳机的实用性。

目前大部分产品的使用距离在7米以内。

由于红外线无线耳机的缺点限制，目前红外线耳机一般集中应用在电视耳机这个方向上。

产品多以中高端产品为主，在音频信号和信噪比方面，红外线耳机依然有一定的优势。

但这些优势对比飞速发展的2.4G耳机正在慢慢的消失，目前红外线耳机总的趋势是逐步消亡，所以发展，新型的红外无线耳机已经迫在眉睫
2.1红外无线耳机的创新点
我们选用C8051F005单片机作为系统的MCU。

该款MCU性价比高，不仅满足系统的所有要求，而且价格适中。

C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，有一个真正的12位多通道ADC,具有32K的ROM，256个字节的数据RAM，以及2K的片外RAM，具有很高的可扩展性。

2.2 红外无线耳机的调试
红外线无线耳机SH-IR系列功能简介和技术参数发射机有音频输入时把电源打开,没音频输入时把电源关掉,并有电源指示灯,接收机有电源指示灯和红
外指示系统制式:红外线工作模式:立体声发射功率:10mW发射载频:有效接收距离:S/N:≥65dB耳机频响:20Hz～20KHz ±3dB失真:1%≤分离度:≥50dB耳机音量可调主观听觉较好发射部分的电源DC10V～16V均可工作红外型要对汽车DVD 红外遥控没有相互干扰(38KHz频率)耳机电源:2XR3(AAA)七号电池.可靠
性:MTBF≥5000H红外线发射机电源要加滤波器.安装位置:汽车内顶部.调制带宽:性能保证温度范围:-20℃?+70℃动作保证温度范围:-30℃?+85℃保存保
证温度范围:-40℃?+85℃振动试验整机动作振动试验振动频率:15～150HZ加速度:3G振幅:2mm周期:6分方向及时间:上下/前后左右各2小时加振过程中及试验结束后功能应良好整机动作振动耐久试验振动频率:15～70HZ加速
度:1G振幅:2 mm周期:6分加振过程中及试验结束后功能应良好；我们也可以在家中对该耳机进行调试，调试时，将电视机的遥控器对准红外光敏二极管V LS 后按下任意键，监听耳机中应发出响亮的“嘟、嘟”声。

再将红外无线耳机的红外线发射电路与电视机的音频输出端连接好，将VLl一VU对准VL场，用无感螺钉旋具（俗称为无感螺丝刀或起子）反复调节L的磁心，直到伴音清晰宏亮且噪声最小，再用蜡将L的磁心封固即可。

参考文献
【1】康华光《电子技术基础--模拟部分》高等教育出版社 2009.7
【2】康华光《电子技术基础—数字部分》高等教育出版社 2010.1
【3】中国基础教育研究王为国 2008. 10 【4】江汉大学学报：自然科学版王为庆沈博 2008.3 【5】电气时代徐玉麟 2006.3
常用元器件
1 基本仪器清单
20MHz普通示波器（双通道，外触发输入，有X轴输入，可选带Z轴输入）
低频信号发生器（1Hz~1MHz）
高频信号发生器（1MHz~40MHz）
函数发生器
数字万用表
2 主要元器件清单
A/D、D/A转换器
无线通信模块
电压比较器算放大器OP07 运算放大器741、LM747、LM324
功放芯片DG4100、386
三极管8050、8550、9012、9015
LM298 ，LM297
稳压器7812，7805
变压器220V/12V
稳压二极管5V
LED显示器件、4M、12M石英晶体、电阻、电容，12V电机，步进电机
附图。