红外光通信装置

红外光通信装置

红外光通信装置

【摘要】系统以STM32系列单片机为控制核心，实现信号的编解码以及传输控制功能，并且用它来控制温度传感器。结合了红外线发射管，用以将电能直接转换近红外光并产生辐射，因其应用的广泛性，选择它作为我们的红外线发生装置，还用及红外线接收头，来接收红外线光信息转换为音频信息。

【关键词】STM32；红外线发射管；红外线接收头；LM386

此外我们的语音信号放大采用OP07，它是一款常用的放大器芯片，用它搭建的电路来采集音频信息实现音频放大功能，频率范围控制在题目要求的30HZ至3400HZ之间，采集音频信号通过电能，光能等能量的转化实现音频信息的还原，实现了基本要求和发挥部分。我们组的特色是实现功能的同时，所选都是通用而价格低廉的元件，各种功能均已实现。

1.方案论证与选择

1.1 产生方波方案

方案一：555发生器产生方波，选用LM555CM利用芯片的自身结构并配合外围电路：4脚和8脚接电源，6脚和2脚短接，5脚接电容和1脚接地即可以将正弦波转化为方波

方案二：用比较器产生方波，该模块由迟滞比较器电路组成，选用的集成放大器为TL082。由图知电路的正反馈系数F为：F=R3/（R3+R4）相较于常用的LM324和741可以产生较好的方波波形，但也是局限于低频区域。

方案三：用调制管实现产生180K方波的电路，并集成在发射电路部分，具有体积小，功能强，干扰小的特点，并且可以便于将180K的载波与信号相叠加。

经过实践和论证我们最终确定用方案三来实现产生180K基波的功能。

1.2 红外发射电路方案

方案一：由555时基电路构成，电路简单，抗干扰能力强。适合家用电器和小型仪器用途和开关。

方案二：采用专用芯片，采用LC7461专用发射芯片CX20106芯片LC7461是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路。

方案三：采用与门将180K的基准信号和要传播的信号通过74LS08与门，180K的基准信号通过调制器产生并加在电阻的前级，就会产生周期相与的高低电平脉冲信号。

通过论证，并搭建实物进行比较，我们最终确定了用方案三，并达到了理想的效果。

1.3 红外接收电路方案

方案一：由红外接收管和放大电路组成，经过三极管Q1通过第一级放大的信号传输到三极管Q2的第二级。但距离比较近时阻挡了接收管接收红外线的强度，产生了一个低电平的脉冲信号，使得信号传输的效果失真。

方案二：用接收管来接收信号并将光信号转换为弱电流信号用以驱动三极管9013的工作。三极管把电流信号放大产生的电流信号用在音频信号的输入。

经过论证和比较我们，并且搭建出实物，我们最终确定采用方案三来实现接收功能。

2.总体方案设计

2.1 原理分析

红外线传输需要180K的载波，这个频率是固定的，我们用555电路搭建了出来，在传输的信号中表头必须有10倍的载波周期辅助，结尾必须有77.8us的高电平信号，因而固定地占有了160us的时间，中间的信息传输中，需要将音频信息添加在载波中，音频的传输实质就是辨别不同的'频率，从而传输的时间不同，占空比不同。在频率调制的过程中用180K的基波和300HZ到3.4KHZ进行调制，将信号呈周期不同的状态进行叠加传输。

2.2 方案对比

方案一：我们之前用的方案是用单片机用AD转换采8位信号，并用DA模拟出来，采样的频率是6.8K，传输一个数据的频率是1K，因而难以达到要求。后来我们想把信号减小为4位传输但传输的频率是2K，因为我们的采样点就相应的增加，而且音频信号由于适量地丢失，造成我们的音频信号有很大的传输缺陷，从而使得还原的信号失真明显而且会丢失一些重要的数据。

方案二：我们想利用传输的数据差来模拟信号，这样可以把部分传输的频率由原来的8位减少到4位，但是一小部分高频的信号还是传输了8位。与此思想类似的是用数据去除个固定值如1000，可以将数据整体减小为4位，但是数据会大幅度的减小，从而带来不必要的失真。

方案三：我们主要用硬件来搭建并实现电路。音频信号大多是正弦波，利用比较器可以将其转换为方波，用此信号来驱动三极管的开断，在之前的调试中，由于红外

3.硬件设计之单元电路设计

3.1 红外发送模块

红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。

3.2 红外接收电路模块

红外线接收管是在LED行业中命名的，是专门用来接收和感应红外线发射管发出的红外线光线的。

3.3 音频放大电路

我们采用OP07制作的音频放大电路可以流畅地播放音频信息，采用咪头采集音频信号通过放大选通电路，后级接入了低通滤波器，用喇叭将原来的声音信号真实地还原出来。

4.软件

因为发挥部分要求增加数温度字通道，我们采用程序编码解码来传送数字信号。我们用8位二进制数表示温度，然后再在这个字节前加一个表头。我们用50us的高电平加120us的低电平表示表头表示一个数的开始。然后用50us的高电平加50us的低电平表示1，用50us的高电平加50us的低电平表示0。

5.制作和测试

我们组刚开始开始讨论方案，并走了一些弯路，但经过不懈的努力，仿真，绘制PCB版，调试，最终得到了较为理想的结果。

5.1 测试条件和仪器

检查多次，仿真电路和硬件电路与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。

测试仪器使用的仪器表，高精度的数字毫伏表，模拟示波器。

5.2 测试结论

经过我们的测试和较为严密的分析，我们的电路将信号尽最大的可能通过红外线传输到了我们的接收装置上。在规定的无差范围内，而且语音没有明显的失真。

6.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各项指标。

参考文献

ALAN V.OPPENHEIM.信号与系统[M].西安：西安交通大学出版社，1997.

元秋奇.数字图像处理学[M].北京：电子工业出版社，2000.

吴运昌.模拟电子线路基础[M].广州：华南理工大学出版社，2004.