红外通信收发系统实验报告

红外通信收发系统的设计

梁少峰

信息与通信工程学院 2011210795

摘要：当代移动互联网的崛起极大的推动了无线通信的发展，红外通信必将也会获得新的发展动力。本实验旨在通过设计一个简单的红外通信收发信通，理解红外通信的基本原理，为往后更高级的红外通信研究打下坚实的基础。

关键词：红外通信，噪声，功率

设计任务要求：

设计实现一个简单的红外光通信收发系统，能够实现对信号的发射与接受。

1、基本要求

（1）设计一个正弦波振荡器，产生f≥1kHz，Uopp≥1V的正弦信号。

（2）所涉及的正弦波振荡器的输出信号作为红外光通信收发系统的输入信号，在接收端可接受到无明显是真的该输入信号。

（3）要求红外光通信收发系统接收端点的增益为G=200。

（4）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建）。

2、提高要求

（1）利用音乐芯片产生乐曲作为红外光通信收发系统发送端的输入信号，接收端接收信号并用喇叭将发送的乐曲无失真的播放出来。

（2）探索其他红外光通信收发系统的应用实例，数字调制的解决方案，给出应用方案。

设计思路：

本实验主要由产生电路、发射系统和接收系统三个模块构成，如图①所示。产生的信号通过发送系统转化为光信号进行发送，通过接收系统检测光信号并将其放大后转化为电信号。

信号产生电路LED的驱动和调制

电路光信号的检测和放大电路

电源电路

图①

电路单元设计：

（1）信号产生电路

★RC振荡电路：由于本实验需要设计一个频率为1kHz的低频信号源，可以采用RC振荡电

路构成，但主要信号的幅度不宜过大。RC振荡电路如图②所示，该振荡电路的

起荡条件为R f1＞2R f1，振荡频率为f=1/2πRC，改变不同的R和C值即可得到不

同的振荡频率。取C=2200pF，可以算的R=51KΩ。

图②

RC振荡电路利用二极管D1和D2的等效电阻随外加电压的增大而减小的特性达到稳幅目的。加大与二极管并联的电阻R2，减小与二极管串联的电阻R1，可以使二极管的非线性等效电阻在整个反馈电阻R f2中所得比重增大，使得稳幅效果更好，但失真会增大。R p用以调节负反馈的大小，使振荡电路输出电压的大小符合设计要求。

★音乐信号发生：音乐信号的发生利用音乐芯片KD9300来完成。该音乐芯片的用法见图③。

图③

（2）红外光发送模块

红外光发送电路如图④所示，由共发射极放大电路组成。该模块的设计原则主要是考虑红外发送管的工作电流。若电流过小，则传输距离短；若电流过大，则易毁坏发送管。

图④

图④所示电路中的分压电阻R1和R2用于调整基极偏置。晶体管集电极电流对模拟信号变化而变化，故LED1的输出光功率也随模拟信号而变化。由于电路采用5V工作电压，受红外发送管额定电流限制，I CQ要小于50mA。

（3）红外光接收模块

用运放LM386实验的红外接收放大电路如图⑤所示。

图⑤

红外接收管是接收电路的关键器件，其作用是将光信号转换为电信号。红外接收管都是光敏二极管，普通灯光也会对其造成一定程度的影响。为获得更好的效果，还要在信号输出端加入高通滤波器，消除恒定的外界低频信号的干扰，这样接收效果和灵敏度将显著提高。利用音频功率专用放大器LM386，可以得到50~200的增益，足以驱动0.8W的小喇叭，用于音乐信号的接受。

系统调测方法：

系统调测原则：根据电路原理先调制各单元电路，然后再整机调试。

第一步：调制发送电路，记录红外发送驱动电路的输出波形和红外管中的电流。

第二步：调制接收电路，去掉红外接收管，加一个正弦小信号，调试输出放大倍数，要求50~200倍直至输出为正弦波，确保不是自激信号或干扰信号。

第三步：整机调试，将发送电路和接收电路放到一起，在发送端输入正弦小信号，

观察信号波形。

第四步：按音乐芯片的接线方法焊好管脚，将芯片中音乐信号作为发送端输入信号，在接收端的喇叭中听到有没、无噪声的音乐。

功能实现：本设计基本符合实验的基本要求和提高要求，音乐声可以在接收端接受并还

原出来，有一定的噪声。发送端接收端的最远传输距离为3米。

故障及问题分析：

1、噪声问题

刚刚搭建好电路的时候，接收端播放出来的音乐声里有很大的噪声。经查阅资料可知，红外发送管和红外接收管必须成一定的夹角才能使音乐声清晰。而且实验室内各种电磁波也会对接收端造成一定的影响。

2、传输距离问题

设计出来的电路发送端和接收端最远传输距离约为3米，理解到有些同学可以达到10米，经分析应该是红外发送管的电流偏小，以至于发送功率不足，传输距离不够远。适当的增大放大管偏置电阻，可以提高红外发送功率。

总结和结论：

本实验历时3周完成，包括构想，设计和实现等一系列的过程，最后成功的实现的实验的基本要求和提高要求。通过这次实验，让我了解到红外通信的基本原理，加深了我对系统调测方法的印象。

附PCB版截图

图⑥红外发送端

图⑦红外接收端

所用元器件及测试仪表清单

仪器：函数信号发生器、示波器、直流稳压电源、万用表、面包板

元器件：KD-9300音乐芯片、红外发送管、红外接收管、LM386、8050三极管、喇叭

参考文献：

【1】Protel 2004 电路设计从基础到实践电子工业出版社2007

【2】Protel DXP 2004 电路设计基础机械工业出版社2010