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课题:红外光通信装置〔F 题〕
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摘要：
红外技术是无线通讯的鼻祖，是先进科学技术的重要组成局部，广泛应用在遥控和传输方面。红外通信是一种以红外光为载体，通过其在空中的传输来语音和数据的传输方式。红外通信装置一般由红外放射和红外接收两个过程组成。为了满足红外通信装置的设计要求，设计了纯电路为核心的掌握系统和算法。首先进展了各单元电路方案的比较论证，确定了硬件设计方案。承受红外收发管作为放射和接收的器件，系统所用的根本技术是光—电和电—光转换，其中光源受到点信号的调制。红外通信保密性好，不受无线频率使用管制，具有传输距离长的特点，使其可以较好的进展远距离传输。实际测试说明，所承受的设计方案先进有效，根本到达了设计要求。
关键词：红外光通信；光—电转换；电—光转换
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1、系统方案的设计与论证
系统总体框架
整个系统在大的方向由放射模块和接收模块组成。两个模块的具体实现如下。
其中放射模块的系统框图如下：
理论分析
声音经过拾音器〔即话筒〕的微弱电压信号输入需进展放大和滤波，
实现电压放大可以考虑使用运放，接成同相放大器或者反相放大器都可以实现要求，但是留意的是，从拾音器过来的电压信号非 常微弱，极易被噪声漂浮，以此输入放大之前要接差分放大电路以减小噪声干扰，经过差分放大电路之后的信号在接入放大器，实现电压信号的放大。
为了保证信号的质量，必需对放大的电压信号进展滤波，考虑到人
说话的频率范围有限，也即到达设计要求时的带宽，应当做一个带通滤波电路， 为了滤波的效果更好，设计双电源供电的有源滤波器，使用的芯片可以使 NE5532 或者 LM324，经过计算得出相应的元器件参数，使用仿真软件进展一下仿真之后再搭电路进展调试。
通过滤波器之后的模拟信号进入到红外放射装置，驱动红外放射管
发出红外光，通过光强的强弱变化来实现通信，在接收端收到光强的变化，经过转换得到的是依据一样规律变化的模拟信号。
将模拟信号进展多级的放大和滤波，以弥补传输过程带来的信号的损伤，然后将会输出和原始信号相全都的电信号。
此题中要从扬声器获得到声音的重现，那么就必需进展功率放大，
所以需做功率放大电路，将经过滤波后的模拟信号放大之后，就可以就声音信号
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放出来。
方案论证与比较
掌握模块
传统的 51 单片机广为应用，具有使用简便、廉价价格等优点，但是其运算力量较低，速度较慢，功能相对单一，难以实现较简单的任务要求。
而 Atmega16 是一款功能强大的 16 位微掌握器，具有格外丰富的片上资源， 如：8 路 10 位精度的 ADC，节约了片外 AD；强大的定时功能，可以进展较准确的定时；另外还有周密的比较器，大容量的 RAM 和 ROM，可存储大容量的程序。
所以选择 Atmega16 为掌握模块。
红外收发装置
方案一：承受红外放射管+红外接收管 即红外收发对管。此方法简洁快捷。但是其解调电路比较繁琐。
方案二：承受红外放射管+HS0038红外一体化接收头。本次设计中的红外接收电路主要是将放射管发过来的无信信号进展放大，整形，解码，再放大后驱动喇叭发声。所以选着了集成的红外接收器 HS0038。该集成的红外接收器内部具有放大，滤波，解调的功能，直接输出的是数字信号，便利进展处理。
所以选择方案二。
放大电路
方案一：使用的一次性放大到所需要的倍数的电路。比方要放大 1000 倍， 那么就是用一个放大电路一次性使信号放大 1000 倍！这样子电路比较易于构建， 但是信号波形简洁缺失，甚至得不出预想的处理信号。
方案二：使用多级放大，不宜一次性放大太高的倍数。比方要放大1000 倍， 先是放大 10 倍，再放大 100 倍。如此这般，信号的波形，不易缺失，简洁弥补传输过程带来的信号的损伤。
所以选择方案二。
红外放射管驱动电路
通过运算放大器可以设计出把电压信号转换成电流的电路。
方案一：使用一个红外放射管来放射信号。此方法虽然直接简洁，但是其放射距离有限，达不到 2m,与题目要求不符。
方案二：把 3 个红外放射管并联接到驱动三极管的集电极，减小放射极的电阻，使通过每一个红外 led 的电流与只有一个红外 led 时的电流一样。此方法大大的提高了红外 led 的放射功率，其接收效果更好。
所以选择方案二。
电源电路
方案一：使用锂电池供电。该方法安全，简易。但是此题中，有的芯片供电的电压为正负 12V，不适合用锂电池供电。
方案二：通过变压器利用 220v 供电。双电源模式，放射和接收模块各自独
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立电源供电。如此可以避开长到线消耗电能，节约资源；同时，可以使两端的接收信号独立稳定。相互之间无电磁的干扰。
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所以选择方案二。
系统的硬件设计与实现
单元电路设计及参数计算
声音转换为电压信号电路
当使用驻极体话筒或音频信号作为音频发声器时，接线方法如下：
滤波电路
设计为带通滤波器，要求带宽为 300Hz 到 ，其由两局部构成，一局部是低通滤波器，一局部是高通滤波器，都用 NE5532 实现。
低通滤波器电路原理图如下：
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注：元件参数计算方法如下：
上限截止频率：fH=1/(2Pi R C)= Hz
令 R=22k 则 C= 选增益 Au=Ｒf/R1+1= 取 Rf=10K 则 R1=62K
高通滤波器的电路如下：
元件参数计算方式大致如下：
下限截止频率：fH=1/(2Pi R C)=300Hz
令 R2=R3=22K 则 C1=C2=22nf
取增益为 Au=Ｒf/R1+1=
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取 Rf=48K 则 R1=62K
放大电路
本设计中承受多级放大，每一级放大均为 10 倍增益。
红外管放射驱动电路
共有左右两种电路图。我们承受左图的方式，其中使用 3 个红外放射管并联的方法，相比于右图这样放射的明显功率提高〔其中电压不变，电流变为 3 倍， 所以放射功率提高〕。
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喇叭驱动电路
功率放大器的具体电路如下所示：
这样就可以把前面电路传送的声音信号复述出来了
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3、软件设计
上图是运用 DS18B20 测量测量环境温度。在利用一路数字信号，来实现温度信号的红外传递。
4、系统实测
在发送局部使用音频线接入声音信号。2 米之外可以通过喇叭发出声音。
5、留意事项
1、芯片需要双电源供电，电源不能接反，否则会烧坏芯片。
2、局部引脚或接线暴露，测试时留意不行短路。
3、局部导线极细，焊接不是特别结实，取放时留意不要拽断。
4、红外的放射和接收装置必需较为准确的相对，否则接收到的信号消灭失真。
5、电源的供给：实现该系统的功能需要正负 12V、5V 的直流稳压电源。本次试验中的正负 12V 及正负 5Ｖ的电源使用自制变压器得到，其能将 220Ｖ的沟通电变成正负１２V、正负 5Ｖ直流电源输出。
6、由于会使用 220v 沟通电，防范触电。
6. 总结
1、要想实现一个系统，那必需对整个系统的设计有整体的思路
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2、设计电路是系统功能实现的前提，合理的选用芯片格外关键，合理设置元器件参数更是一个难点。
3、焊接电路路需要扎实的根底功及较强的急躁，调试电路是必需认真细心。如有问题，急躁排查。
4、系统需要分模块完成，需要小组内成员相互协作。
5、需要有扎实的学问根底，既懂软件又懂硬件，会写程序能搭电路，对常用元器件比较了解。
6、任何小的问题都会影响系统的最终功能，所以必需留意细节，同时完成设计需要投入大量时间和精力，需要极强的毅力。
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