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紅外光通信裝置
【摘要】系統(tǒng)以STM32系列單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的編解碼以及傳輸控制功能，并且用它來控制溫度傳感器。結(jié)合了紅外線發(fā)射管，用以將電能直接轉(zhuǎn)換近紅外光并產(chǎn)生輻射，因其應(yīng)用的廣泛性，選擇它作為我們的紅外線發(fā)生裝置，還用及紅外線接收頭，來接收紅外線光信息轉(zhuǎn)換為音頻信息。
【關(guān)鍵詞】STM32；紅外線發(fā)射管；紅外線接收頭；LM386
此外我們的語音信號(hào)放大采用OP07，它是一款常用的放大器芯片，用它搭建的電路來采集音頻信息實(shí)現(xiàn)音頻放大功能，頻率范圍控制在題目要求的30HZ至3400HZ之間，采集音頻信號(hào)通過電能，光能等能量的轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)音頻信息的還原，實(shí)現(xiàn)了基本要求和發(fā)揮部分。我們組的特色是實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)，所選都是通用而價(jià)格低廉的元件，各種功能均已實(shí)現(xiàn)。
1.方案論證與選擇
1.1 產(chǎn)生方波方案
方案一：555發(fā)生器產(chǎn)生方波，選用LM555CM利用芯片的自身結(jié)構(gòu)并配合外圍電路：4腳和8腳接電源，6腳和2腳短接，5腳接電容和1腳接地即可以將正弦波轉(zhuǎn)化為方波
方案二：用比較器產(chǎn)生方波，該模塊由遲滯比較器電路組成，選用的集成放大器為TL082。由圖知電路的正反饋系數(shù)F為：F=R3/（R3+R4）相較于常用的LM324和741可以產(chǎn)生較好的方波波形，但也是局限于低頻區(qū)域。
方案三：用調(diào)制管實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生180K方波的電路，并集成在發(fā)射電路部分，具有體積小，功能強(qiáng)，干擾小的特點(diǎn)，并且可以便于將180K的載波與信號(hào)相疊加。
經(jīng)過實(shí)踐和論證我們最終確定用方案三來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生180K基波的功能。
1.2 紅外發(fā)射電路方案
方案一：由555時(shí)基電路構(gòu)成，電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。適合家用電器和小型儀器用途和開關(guān)。
方案二：采用專用芯片，采用LC7461專用發(fā)射芯片CX20106芯片LC7461是一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路。
方案三：采用與門將180K的基準(zhǔn)信號(hào)和要傳播的信號(hào)通過74LS08與門，180K的基準(zhǔn)信號(hào)通過調(diào)制器產(chǎn)生并加在電阻的前級(jí)，就會(huì)產(chǎn)生周期相與的高低電平脈沖信號(hào)。
通過論證，并搭建實(shí)物進(jìn)行比較，我們最終確定了用方案三，并達(dá)到了理想的效果。
1.3 紅外接收電路方案
方案一：由紅外接收管和放大電路組成，經(jīng)過三極管Q1通過第一級(jí)放大的信號(hào)傳輸?shù)饺龢O管Q2的第二級(jí)。但距離比較近時(shí)阻擋了接收管接收紅外線的強(qiáng)度，產(chǎn)生了一個(gè)低電平的脈沖信號(hào)，使得信號(hào)傳輸?shù)男Чд妗?/p>
方案二：用接收管來接收信號(hào)并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電流信號(hào)用以驅(qū)動(dòng)三極管9013的工作。三極管把電流信號(hào)放大產(chǎn)生的電流信號(hào)用在音頻信號(hào)的輸入。
經(jīng)過論證和比較我們，并且搭建出實(shí)物，我們最終確定采用方案三來實(shí)現(xiàn)接收功能。
2.總體方案設(shè)計(jì)
2.1 原理分析
紅外線傳輸需要180K的載波，這個(gè)頻率是固定的，我們用555電路搭建了出來，在傳輸?shù)男盘?hào)中表頭必須有10倍的載波周期輔助，結(jié)尾必須有77.8us的高電平信號(hào)，因而固定地占有了160us的時(shí)間，中間的信息傳輸中，需要將音頻信息添加在載波中，音頻的傳輸實(shí)質(zhì)就是辨別不同的頻率，從而傳輸?shù)臅r(shí)間不同，占空比不同。在頻率調(diào)制的過程中用180K的基波和300HZ到3.4KHZ進(jìn)行調(diào)制，將信號(hào)呈周期不同的狀態(tài)進(jìn)行疊加傳輸。
2.2 方案對(duì)比
方案一：我們之前用的方案是用單片機(jī)用AD轉(zhuǎn)換采8位信號(hào)，并用DA模擬出來，采樣的頻率是6.8K，傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)的頻率是1K，因而難以達(dá)到要求。后來我們想把信號(hào)減小為4位傳輸?shù)珎鬏數(shù)念l率是2K，因?yàn)槲覀兊牟蓸狱c(diǎn)就相應(yīng)的增加，而且音頻信號(hào)由于適量地丟失，造成我們的音頻信號(hào)有很大的傳輸缺陷，從而使得還原的信號(hào)失真明顯而且會(huì)丟失一些重要的數(shù)據(jù)。
方案二：我們想利用傳輸?shù)臄?shù)據(jù)差來模擬信號(hào)，這樣可以把部分傳輸?shù)念l率由原來的8位減少到4位，但是一小部分高頻的信號(hào)還是傳輸了8位。與此思想類似的是用數(shù)據(jù)去除個(gè)固定值如1000，可以將數(shù)據(jù)整體減小為4位，但是數(shù)據(jù)會(huì)大幅度的減小，從而帶來不必要的失真。
方案三：我們主要用硬件來搭建并實(shí)現(xiàn)電路。音頻信號(hào)大多是正弦波，利用比較器可以將其轉(zhuǎn)換為方波，用此信號(hào)來驅(qū)動(dòng)三極管的開斷，在之前的調(diào)試中，由于紅外
3.硬件設(shè)計(jì)之單元電路設(shè)計(jì)
3.1 紅外發(fā)送模塊
紅外線發(fā)射管也稱紅外線發(fā)射二極管，屬于二極管類。它是可以將電能直接轉(zhuǎn)換成近紅外光并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應(yīng)用于各種光電開關(guān)及遙控發(fā)射電路中。
3.2 紅外接收電路模塊
紅外線接收管是在LED行業(yè)中命名的，是專門用來接收和感應(yīng)紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線光線的。
3.3 音頻放大電路
我們采用OP07制作的音頻放大電路可以流暢地播放音頻信息，采用咪頭采集音頻信號(hào)通過放大選通電路，后級(jí)接入了低通濾波器，用喇叭將原來的聲音信號(hào)真實(shí)地還原出來。
4.軟件
因?yàn)榘l(fā)揮部分要求增加數(shù)溫度字通道，我們采用程序編碼解碼來傳送數(shù)字信號(hào)。我們用8位二進(jìn)制數(shù)表示溫度，然后再在這個(gè)字節(jié)前加一個(gè)表頭。我們用50us的高電平加120us的低電平表示表頭表示一個(gè)數(shù)的開始。然后用50us的高電平加50us的低電平表示1，用50us的高電平加50us的低電平表示0。
5.制作和測(cè)試
我們組剛開始開始討論方案，并走了一些彎路，但經(jīng)過不懈的努力，仿真，繪制PCB版，調(diào)試，最終得到了較為理想的結(jié)果。
5.1 測(cè)試條件和儀器
檢查多次，仿真電路和硬件電路與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。
測(cè)試儀器使用的儀器表，高精度的數(shù)字毫伏表，模擬示波器。
5.2 測(cè)試結(jié)論
經(jīng)過我們的測(cè)試和較為嚴(yán)密的分析，我們的電路將信號(hào)盡最大的可能通過紅外線傳輸?shù)搅宋覀兊慕邮昭b置上。在規(guī)定的無差范圍內(nèi)，而且語音沒有明顯的失真。
6.結(jié)論
由于系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)合理，功能電路實(shí)現(xiàn)較好，系統(tǒng)性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好地達(dá)到了題目要求的各項(xiàng)指標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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