免费的红外通信收发系统的设计与实现(一)

一 实验目的
1 掌握简单的红外通信系统的组成及设计原理；
2 掌握通信电子系统方案设计，电路设计的方法；
3 熟悉电路仿真软件的使用；
4 掌握PCB设计电路的装配和调试的方法。

二 摘要
  利用电路相关知识，设计一个简单的红外通信收发系统单元。将音乐芯片KD-9300中的音乐信号作为系统的输入，经过发射端发射、接收端的接收和LM386的放大后能在接收端的喇叭里听到优美、无燥声的音乐。锻炼搭建、调试大型电路以及分析解决问题的能力。
关键词: 红外通信收发系统单元 KD-9300 发射端发射，接收端接收  LM386

三 设计任务及要求
基本要求
 设计一个正弦波振荡器，f≥1kHz. uopp≥3v;
 所设计的正弦波振荡器的输出信号作为红外光通信收发系统发送端的输入信号，在接收端可收到无明显失真的输入信号；
 要求接收端LM386增益设计G=200;
 设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用软件绘制完整的电路原理图（PROTEL）及印制电路板图（PCB）。
提高要求：利用音乐芯片产生乐曲，调制LED后发出，接收端接收信号利用喇叭将发送的乐曲无失真的播放出来。
3．探究环节：探索其它红外光通信收发系统的应用实例，数字调制的解决的方案，给出应用方案。

四 设计思路
语音和音乐等低频电信号一般不适合直接远距离传输，而是经过放大后对发射机的高频振荡进行调制后通过一定的媒介传输出去。本实验中信号的放大任务可用一个基本的三极管放大电路实现。红外通信系统的设计是光通信系统的一个重要分支，采用红外通信系统的设计方法来进行和目前世界上所采用的骨干通信网的光纤通信系统是有相同之处的，唯一重要的差别就是它们二者所采用的传输媒质不用，一个是大气，一个则是光纤。 大学排名
 
五 总体结构框图

上图是一个简单的红外通信系统的构造图，通过实验应该能进行模块化设计，当然整个商用的红外光通信系统是相当复杂的，这里我们只考虑最基础和最必要的部分来完成整个红外光通信收发系统的设计。

六 所用元器件及测试仪表
器件名称 功能 数量 
发送管303 发送端发送信号 1个 
接收管302 接收端接收信号 1个 
LM386 将接收到的信号放大驱动喇叭 1个 
KD9300 产生音乐信号作为输入 1个 
发光管 监测电平高低 1个 
按键开关 控制电路通断 1个 
电位器10K 放大电路基本构件单元 1个 
电位器100K  1个 
BD138  1个 
电阻（2K，2.7K,20，51 ，33K，10）  各1个 
8050NPN  1个 
电容（0.01uF，0.047uF）  各1个 
电解电容（10uF,100uF,220uF,47uF） 隔直，旁路电容等 10uF2个，其它各1个 
万用表 测电阻，电压，电流 1个 
示波器 观测输出正弦波形 1个 
函数信号发生器 产生正弦波测试电路 1个 
直流稳压电源 为实验提供合适直流电源 1个 
电烙铁 焊接音乐芯片引线 1个 

七 总体,及分块电路设计
 
1，信号产生

      LX-9300 的接法              kd-9300的接法
这里利用了音乐芯片KD－9300或是LX9300来完成。信号产生也能用RC震荡器构成，但注意信号的幅度不宜过大，负责容易造成失真

2，红外光发送模块的设计
 设计原则主要是考虑红外管的工作电流，电流过发送小，传输距离短，电流过大又容易毁坏发光管 。注意这里的射极旁路电容和隔直电容的大小选取要合适。

            红外光接收电路

4，高通滤波器
红外接收的二极管都是光敏二极管，这样普通灯光也对其都成一定程度的影响，为了获得更好的效果，还要在信号输出端加入高通滤波器，消除恒定的外接低频信号的干扰，这样接收效果和灵敏度将显著提高。

5，功率放大器
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。

6，系统调制
第一步是调制发送电路。记录红外发射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；
第三步是整机调试。将发送电路和接收电路放到一起，在发送端送入正弦小信号，观测输出信号波形；
按音乐芯片CW9300的接线方法焊好管脚，将芯片中音乐信号作为输入信号，能在喇叭中听到优美、无噪声的音乐。

八 实现功能
基本功能：从红外光发送电路的输入端一个适当幅度和频率的正弦波作为激励，在接收端与发射端相隔1.5米距离内可以收到无明显失真的输入信号。

扩展功能：利用音乐芯片中音乐作为输入时，能在接收端的喇叭中听到优美无燥声的音乐。

十 故障及问题分析
基本功能的实现过程中，电路搭好以后，无法实现信号传输的功能，只能在接收端收到环境中的干扰光。分析可能是发送管中电流太小，无法有效将输入信号发送到出去；或是接收端LM386放大，使用音乐芯片CW9300中的音乐信号作为输入，输出端接上喇叭实现提高要求时，虽然发出的音乐比较清晰，没有杂音，传输距离也符合要求，但喇叭发出声音较小，刚开始分析可能是变阻器值调节不当，但实现基本要求的过程中已经测试过整个系统

十一 思考题

2 如何判定红外发送和接收管的极性？
  红外发光二极管的检测：红外发光二极管有两个引脚，通常长引脚为正极，短引脚为负极。因红外发光二极管呈透明状，所以管壳内的电极清晰可见，内部电极较宽较大的一个为负极，而较窄且小的一个为正极。红外接收二极管的检测：从外观上识别。常见的红外接收二极管外观颜色呈黑色。识别引脚时，面对受光窗口，从左至右，分别为正极和负极。另外，在红外接收二极管的管体顶端有一个小斜切平面，通常带有此斜切平面一端