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全国大学生电子设计竞赛红外通信装置报告.docx

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.36M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    红外通信装置
    一 系统方案
    1.1 通信方案的论证与选择
    1.2 温度信号调制方式的论证与选择
    1.3 信号解调方案的论证与选择
    二 系统理论分析
    2.1 红外发射电路的分析
    2.2 ASK调制电路的分析
    2.3 ASK解调电路的分析
    3.4 比较电路的分析
    三.电路的设计
    3.1 红外发射电路
    3.2 红外接收电路
    3.3 ASK调制电路
    3.4加法器电路
    3.5滤波电路
    3.6全波整流电路
    四 软件流程图
    五 测试方案与测试结果
    5.1测试方案
    5.2测试条件与仪器
    5.3 实际温度与接收端显示温度测试
    六.参考文献
    红外通信装置 摘要：此系统由温度信号调制电路，语音信号输入电路，加法器电路，红外发射 电路，红外接收电路，滤波电路，温度信号解调电路，语音信号功率输出电路组 成。单片机 STM32 通过温度传感器 DHT11 得到温度后进行 ASK 调制，调制后与 模拟语音信号经过加法器送往红外发射电路，红外接收电路接收后的信号经滤波 后分别滤出调制后的温度信号和模拟语音信号，分别送往 ASK 解调和语音功率放 大电路，解调后的温度经接收端单片机处理后直接在 OLED 上显示，功率放大后 的语音信号通过负载为 8Ω的喇叭输出。 关键字：ASK 调制解调 红外传输 非相干解调 包络检波 加法器 滤波
    目录 红外通信装置 .................................................................................................................................... 1 一 系统方案 ...................................................................................................................................... 3 1.1 通信方案的论证与选择 .....................................................................................................3 1.2 温度信号调制方式的论证与选择 ...................................................................................4 1.3 信号解调方案的论证与选择 .............................................................................................4 二 系统理论分析 .............................................................................................................................. 4 2.1 红外发射电路的分析.......................................................................................................4 2.2 ASK 调制电路的分析 ........................................................................................................5 2.3 ASK 解调电路的分析 ........................................................................................................5 3.4 比较电路的分析.................................................................................................................5 三.电路的设计................................................................................................................................... 5 3.1 红外发射电路 ..................................................................................................................... 5 3.2 红外接收电路 ..................................................................................................................... 6 3.3 ASK 调制电路 ....................................................................................................................7 3.4 加法器电路 .......................................................................................................................... 8 3.5 滤波电路 .............................................................................................................................. 9 3.6 全波整流电路 ....................................................................................................................10 四 软件流程图 ................................................................................................................................ 12 五 测试方案与测试结果 ................................................................................................................12 5.1 测试方案 ............................................................................................................................ 12 5.2 测试条件与仪器 ................................................................................................................13 5.3 实际温度与接收端显示温度测试 ...................................................................................13 六.参考文献..................................................................................................................................... 13
    一 系统方案 此系统为红外通信装置，重点在于温度和语音信号在同一信道内同时传输，系统 分为两大模块，发射模块和接收模块，发射模块的重点在于温度信号的调制和驱 动三极管静态工作点的选取，接收模块的重点在于温度信号的解调。此系统的核 心为 ASK 调制与解调，将温度转换为方波的占空比，通过对这个方波的调制和解 调来传递温度信号。系统框图如下： 1.1 通信方案的论证与选择 方案一：采用双调制，将语音信号和温度信号都调制后送往红外发射电路，但这 种方案电路复杂不容易实现，调制困难。 方案二：采用单调制，将温度信号调制后与语音模拟信号直接相加后送往红外发 射电路，此方案电路相对简单，易于实现，且效果理想。
    综合考虑选择方案二，方案一虽然抗干扰能力强但电路复杂且调制困难不容易在 短时间内完成，而方案二电路相对方案一简单，易于调制，且效果理想，故选择 方案二。 1.2 温度信号调制方式的论证与选择 方案一：采用 FSK 调制，利用载波的频率变化来传递数字信息，通过单片机采集 到的温度数字量调制载波。抗干扰和衰减性能较好 方案二：采用 ASK 调制，利用载波的幅度变化来传递数字信息，通过温度的数字 量来改变载波的赋值。 综合考虑选择方案二，ASK 调制解调电路相对 FSK 电路比较电路简单，易于实现， 且对于本系统效果理想，故选择方案二。 1.3 信号解调方案的论证与选择 方案一：采用非相干解调，调制信号经过包络检波电路后得到温度信号，经过整 形后送往单片机处理 方案二：采用相干解调，调制信号与载波经过乘法器相乘后再经过低通滤波器后 进行抽样判决提取出温度信号 综合考虑选择方案一，相干解调解调又需要载波，增加了电路的复杂性，故选择 方案一。 二 系统理论分析 2.1 红外发射电路的分析 经过对目前拥有的红外发射管进行调试发现，当输入信号超过 6KHZ 后红外发射 的信号幅值即开始衰减，由于音频信号的范围在 300HZ 到 3.4KHZ 之间，为避免 两路信号频道过于靠近相互干扰，故温度信号载波选择 20KHZ。
    2.2 ASK 调制电路的分析 ASK 调制的原理是通过载波的幅值变化来传递信息，使用模拟开关芯片通过控制 载波的导通与截止即进行了调制。模拟开关芯片的控制为方波控制，高低电平是 导通与截止，将温度信号转换为方波，占空比的不同即温度的不同，本系统使用 STM32 输出占空比随温度变化的 1HZ 的方波进行调制，可达到实时传输，接收 端接收温度变化响应速度快。 2.3 ASK 解调电路的分析 本系统对 ASK 的解调使用非相干解调，即包络检波法，将一段时间调制信号的峰 值连线，构成上下两条线称为包络线，这两条包络线反应了信号幅值的变化。而 用低频信号（调制信号 1HZ 的方波）对高频信号（载波 20KHZ 的正弦波）进行 幅度调制时，低频信号就成了高频信号的包络线，这种信号为调制后的调幅信号， 而将低频信号解调出来的过程就称为包络检波。包络检波使用全波整流电路进行 整流，以避免上下两条包络线相互抵消，全波整流后经过低通滤波器即可得到这 个低频信号（调制信号 1HZ 的方波）。下图为包络检波流程图： 3.4 比较电路的分析 包络检波后得到的方波幅值过小，而单片机 STM32F103VC 对输入信号大于 2V 才 算高电平，故通过比较电路后得到幅值为 5V 的方波送入单片机处理得到温度信 号。 三.电路的设计 3.1 红外发射电路 红外发射电路采用三极管驱动红外发射管，经过计算与调试，当三极管静态工作 点处于 1/2VCC 时最大失真电压最大，此电路采用 NPN 型 S8050 三极管驱动五个 红外发射管，发射效果良好发射距离能达到两米要求。
    3.2 红外接收电路 接收端使用光敏二极管对红外信号进行接收，接收后的信号进过放大后分别送往 温度处理和音频处理。
    3.3 ASK 调制电路 ASK 调制的原理是根据载波的幅度变化来传递信息，通过使用模拟开关芯片 CD4052B 控制载波的导通和关断从而来改变载波的幅值，而导通和关断的时间则 根据温度信号的变化而变化，即将温度转化为方波信号，通过方波控制模拟开关 芯片 CD4052B 的开通与关断。
    3.4 加法器电路 温度和音频信号在进入加法器之前经过三极管组成的射级跟随电路，以避免两路 信号的相互干扰，然后进入由运放组成的加法电路，加法器输出的信号经过 1uf 电容滤去直流分量后送往红外发射。
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