2013全国大学生电子设计大赛a 题目名称：红外通信装置（F题）摘要：红外通信的实质就是将音频信号经音频插孔输入电路，音频信号经三极管放大后推动红外发射管，接收端经音频放大集成电路LM386放大后经C1耦合至IC进行放大，由于IC具有功率放大能力，可供耳机收听。

红外通信装置利用红外发光管和红外接收管作为收发装置，达到语音的输入、传输及接收，我们以MP3为信号源，利用红外发射管、红外传输、红外接收管及以LM386为核心的音频放大电路来实现目标。

本系统是基于红外光通信原理，代替传统的电流•电压的传输，实现了基于红外光对语音的传输及放大功能，LM386的使用减小了系统的失真度结果显示，我们确实实现了语音信号的发射、传输、接收，但是输出信号出现了一定程度的失真，噪音，通过对电阻的调试、修改，使放大增益达到合适范围，最终以较理想的输出信号达到了设计要求。

关键字：红外通信；语音；放大目录一、方案的选择与论证 (3)1.整体方案选择......................................... (3)2.信号的采集......................................... .. (3)3.音频放大芯片的选择......................................... (3)4. 总方案确疋.... (4)-二- 、理论分析与计算• (4)1. 通信原理分析• (4)2. 转发器效率提高的方计 (6)1.发射端单元设计 (7)2.接收端单元设计 (8)3.总设计图 (8)四^ 测试方案与测试结果 (9)1.测试方案 (9)2.测试数据 (9)3.测试结果分析 (9)五结论 (9)参考文献 (10)附录.................................................................................. -10附 1 : 器件清单及详细参数 (10)附 2 : 仪器设备清单 (11)附 3 : 电源电路 (11)附4:LM386 引脚图及相关13一•方案的选择与论证1.整体方案选择方案一：语音作为模拟信号，以At89c52单片机为核心基础的数字转化语音处理，传递，因受到语音识别时间长，失真度大，此种方法对我们来说实现起来比较困难。

方案二:以所学模电与数电知识为基础，实现起来比较容易，连接线路方便简洁，使电路简单明了，而且处理以语音输入的信号比较方便，失真度比较小。

所以我们选择方案二作为红外光通信装置的实现方式。

2•信号的采集方案一：以耳麦直接采集语音作为信号的输入，由于个人问题，区域问题，语音音量问题造成采集到的信号断断续续，音质不好，影响实验结果，失真度明显。

方案二：以MP3作为信号的输入，音质好，音量大小可调，可以持续输出,对实验结果的影响较小。

所以我们选择方案二作为我们的信号采集源3.音频放大芯片的选择方案一：运用普通芯片（例LM358取得的放大效果不太好，而且失真度比较大，不适于音频放大。

方案二：LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。

所以我们选择方案二作为我们后续电路的音频放大电路。

4.总方案确定经过以上论证我们确定总体设计方案框图如下:1 •理论分析与计算1.通信原理分析红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体。

发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。

接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。

常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM两种方法。

简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。

具有以下特点：（1）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发；（2）主要是用来取代点对点的线缆连接；（3）新的通讯标准兼容早期的通讯标准；（4）小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强；（5）传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。

2.转发器效率提高的方法压缩数据，调制信号，增大光脉冲幅度把模拟信号转化数字信号，有选择地对某些信号转发，而对其他信号屏蔽，这样就避免了转发器之间互相转发和任意信号源都转发的混乱现象，保证了信号转发的准确性，提高转发器的效率。

三. 电路设计1.发射端单元设计C1是发射器的核心；当伴音信号加在图2中的A、B点时，经耦合电容C1（4.7卩）的隔直作用后会在8050的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，在由8050的放大作用，驱动两红外发光管。

使其对音频信号的幅度大小同步调制，转变为红外信号发送出去。

由于每只红外发光管的正向压降均为1.15V，发射功率都小于100mW，将两只红外管进行串联的目的在于提高红外线的发射功率。

此相同的电信号，相当于经过耦合电容C2 （0.22卩）隔直作用后，再由LM386放大后再由路解调并还原为音频信号。

接收部分原理图如下图所示。

电路仿真图如下:J 3QM J耐』ICiMKJNCwr geHU耶”3.总设计图左为发射部分电路原理。

鉴频后的音频信号经三极管 VT8050放大后推动红外发射管。

由于发射管的发射强度与通过其电流成正比，所以 VD1 VD2所发出的红外光，便受到音频信号的调制。

为了防止失真，VD1 VD2要设一定的偏置。

右是接收部分原理图。

其电路采用一块音频放大集成电路 LM386 VD 为红外线接收管。

当被音频信号调制的红外光照射到 VD 时，在其两端产生一个与音频信号变化规律相同的电信号，经C1耦合至IC ,进行放大。

由于IC 具有功率放大作用，所以可同时供1-4副耳机收听。

4.调试将发射器与接受器的电子元器件两块印刷电路板上，安装时调节发射部分 三极管VT1的静态电流在30mA 左右，接收部分只要安装无误，不需要调试即可 工作。

发射管的排列图T Wu —5 - > ■ ] •二^—11F?I.•”■ ■ ■ C4QzriF.1■r 呱1C1Q红外线发光二极管在安装时，要考虑其辐射区范围，由于红外发射管的辐射角一般在60度左右，所以安装时要使它们的辐射空间范围有一部分重叠，如图所示。

发射部分、接收部分经调试后，都没有出现什么错误，即可发射音频信号并在3米远处接收到信号，只是接收到的信号声中有一些杂音。

另外,调试的过程中还发现，在使用该音频信号红外转发器时最好将日光灯关闭，否则可能会有干扰杂音出现。

四. 测试方案与测试结果1.测试方案a.发射端输入语音信号改为800Hz单音信号时，在8Q电阻负载上，接收装置输出电压有效值。

b.不改变电路状态，减小发射端输入信号至0 V,采用低频毫伏表（低频毫伏表为有效值显示，频率响应范围低端不大于10Hz、高端不小于1MHZ测量此时接收装置输出端噪声电压读数。

2.测试数据a.基本要求部分：1.0.58V>0.4V，符合要求。

2.0.046W0.1V，符合要求。

b.发挥部分（中继转发节点）：1.1.48V>0.4V，符合要求。

2.0.63V>0.1V，不符合要求。

注：篇幅限制，数据均为多次测量求平均值3、测试结果分析a.基本要求部分完全符合题目要求，传输语音音质清晰动听，噪声低，有效距离达至3m,且有指示灯显示当前接通状态，通则亮，不通则不亮。

b.发挥部分的中继转发节点有一数据不符合要求，输入信号的幅度降至0V,接收装置输出端噪声电压大于要求的0.1V，噪声还是比较大，经分析应该是中转将衰弱的信号增强同时，也将噪声同时放大，噪声、语音叠加才会出现这个结果。

不过语音无明显失真，依然清晰可闻。

五、结论由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的大部分指标。

参考文献：1.黄智伟.常用电路模块制作.北京：航天航空大学出版社20112.刘征宇.电子设计实战攻略.福建：科学技术出版社20053.邱关源.电路.北京：高等教育出版社20084.康华光陈大钦.北京：高等教育出版社19875.李清泉.红外线转发器的制作[J].家用电器科技，1995.3附录：附1：器件清单及详细参数：1.发射部分用到的元器件及相关参数耦合电容C1(4.7uF) C2(100uF) 旁路电容C3(0.01uF)偏置电阻R(310) 电阻R2(100) 三极管VT8050发射管VD1和VD2注：三极管VT应选用8050中功率管，PCM=300mW, ICM=500m；R2的功率不小于1/4W;因为调试时是要求三极管VT的静态电流为30mA左右的，则R1应选用可调电阻；红外发射管的辐射角一般在60度左右，所以安装时要使它们的辐射有一部分重迭。

2.接收部分用到的元器件及相关参数电阻R1'(510K) 电阻R1' (100K)C1(0.22uF) C2(10uF) C3(100uF)旁路电容C4(0.1uF) 耦合电容C5(100uF)电容C6(0.1uF) 电容C7(100uF)音频放大集成电路LM386接收管VD注：因为电子元器件中没有电阻为620 K的电阻，所以在焊接电路时要用到将电阻分别为550K的电阻和100K的电阻串联以构成620K的电阻；VD为红外线接收管，它不能用光二极管，以防止可见光干扰影响接收的效果；此外应选用音频放大集成电路LM386以实现音频信号的转化。

附2:仪器设备清单1.数字万用表2.可调电源3.低频毫伏表4.信号发生器5.扬声器附3:电源电路可调电源原理图正负6V电源原理仿真图附4:LM386引脚图及相关说明LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式LM386的功能LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。

LM386的引脚图图中引脚2为反相输入端，3为同相输入端，引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端。

如果在对增益要求不高时它可直接去掉，此时的增益内置为20.LM386电源电压4—12V,音频功率0.5W, LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V,消耗静态电流为4mV当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW勺功率。

它的典型输入阻抗为50K.LM386内部电路原理图LM386内部电路原理图如上图所示。