【正文】 ............. 23 結(jié) 論 .......................................................................................................................... 25 致 謝 .......................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 27 附錄 1：總體電路圖 ................................................................................................. 28 附錄 2：實(shí)物圖 ......................................................................................................... 29 紅外線語音通信系統(tǒng) I 紅外線語音通信系統(tǒng) 摘要 隨著科技的發(fā)展和創(chuàng)新，無線電通信技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，而紅外無線通信相對于無線電數(shù)據(jù)通信具有低功耗、價格低廉、電磁干擾小、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前發(fā)展形勢迅速，尤其在近距離（室內(nèi)）無線數(shù)據(jù)通信中得到了廣泛的應(yīng)用。 在課本和資料中我們可以知 道紅外線是一種近距離、高速通信的通信方式，對于我們經(jīng)常使用的一種近距離、室內(nèi)通信手段 ,紅外線無線通信具有無線電纜無法比擬和超越的優(yōu)勢。本系統(tǒng)分為 11 個模塊：語音采集模塊，發(fā)送端前級音頻與功率放大模塊，發(fā)送端低通濾波器，紅外線發(fā)射電路，紅外線接收電路，接收端前級電壓放大模塊等等。在紅外線接收模塊中主要是采用紅外線接收管， LM386 將接收到的信號進(jìn)行電壓放大和功率放大傳輸給紅外線接收管。 關(guān)鍵詞：紅外通信；發(fā)射；接收； LM386； LM358 紅外線語音通信系統(tǒng) II INFRARED VOICE COMMUNICATION SYSTEM Abstract Today39。 transmit。 LM386。 1995 年，一個由部件、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、外圍設(shè)備和電信廠商組成的大型集團(tuán) ──紅外數(shù)據(jù)協(xié)會 （ IrDA） 就紅外通信的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成一致。 主要的開發(fā)廠商，已在計(jì)算機(jī)之間推出了采用這種高速紅外數(shù)據(jù)通信的 PC機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和手持式個人數(shù)字助理 （ PDA） 的設(shè)備。 經(jīng)過 40 多年大發(fā)展，中國在紅外技術(shù)研究方面已經(jīng)取得了重大的進(jìn)步，建成了專業(yè)研究所、紅外物理實(shí)驗(yàn)室和眾多的研究課題組。 近幾年，隨著智能化設(shè)備越來越普及，紅外通信技術(shù)因其抗干擾性能突出，從而被廣泛的應(yīng)用到針對智能機(jī)器人、智能電器、智能家居的設(shè)計(jì)方案中。除此之外，在廣泛的基于單片機(jī)的智能家居設(shè)計(jì)中，紅外通信也作為單片機(jī)之間的通信手段，并且與電信市話通信手段在做融洽的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對家居異常情況的監(jiān)控，例如 （ 盜竊、火警、燃?xì)庑孤?、漏水?） 電話遠(yuǎn)程報(bào)警、遠(yuǎn)程遙控等功能 [1]。本設(shè)計(jì)的預(yù)期目的：利用紅外發(fā)光管和接收管作為收發(fā)語音的元 器件，來實(shí)現(xiàn)語音信號的傳輸，傳輸距離在 02m之間。利用紅外線通信是目前使用較廣泛的一種通信方式。那么總結(jié)一下來說單片機(jī)是目前設(shè)計(jì)應(yīng)用中用得 比較廣泛的器件，因?yàn)閱纹窓C(jī)可以通過軟件編程用不同代碼片段來達(dá)到滿足不同的功能，實(shí)現(xiàn)我們生活或者其他方面需要用到的各種各樣不同的功能，具有靈活性強(qiáng)、可靠性高，可擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)。 語音的采集 在這個系統(tǒng)當(dāng)中我們可以用自己發(fā)出來的聲音或是我們手機(jī)播放器發(fā)出聲音，但是對于我的這個作品來說如果想要得到清晰的不受外界干擾的 語音就需要使用耳機(jī)來作為輸入語音信號的工具，因?yàn)檫@樣可以減少干擾，我們盡量把傳輸?shù)木嚯x控制在 2m，在兩米之內(nèi)，我們耳機(jī)和喇叭都可以正常聽到，若是距離大于兩米，喇叭就會出現(xiàn)共振。分別使用了 ML386 和 LM358 兩種不同的功率放大器，來盡量優(yōu)化我的設(shè)計(jì)。 圖 紅外數(shù)字通信原理圖 用電壓放大電路和濾波放大電路對語音采集端的信號進(jìn)行方法和濾波，通過紅外線發(fā)射管和電阻組成的發(fā)射電路進(jìn)行發(fā)射，接收電路由紅外線接收管接收到之后，在進(jìn)行音頻功率放大和電壓放大， 最后在喇叭和耳機(jī)端得到語音信號。 紅外線接收管 接收到紅外信號后 把光信號轉(zhuǎn)化成電信號，在傳入功率放大電路中進(jìn)行放大和濾波，最后把信號傳輸?shù)揭纛l輸出也就是揚(yáng)聲器中，對處理好的電信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化為語音信號輸出 ，原理如圖 所示。 圖 FM 調(diào)制原理圖 通過上面的比較可以看出使用數(shù)電知識來設(shè)計(jì)電路，要涉及到單片機(jī)以及信號系統(tǒng)和電路基礎(chǔ)的課程之后，還涉及到高數(shù)上面的計(jì)算，對于專業(yè)知識不是他別精通的人來說是個很大的挑戰(zhàn)，并且在使用單片機(jī)的過程當(dāng)中仍然會遇到一些不可避免的問 題，還有一個問題就是利用單片機(jī)的話成本會高一些，在實(shí)現(xiàn)功能相同，效果相近的情況下，還是應(yīng)該選擇一個性價比高的方案。 在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中依然還是參考了數(shù)字技術(shù)的一些放大器和放大電路的設(shè)計(jì)思路。 總體設(shè)計(jì)思路 選擇紅外光的原 因：無線通信方式可以分為電信號、超聲波和紅外線等等。那么我對超聲波和紅外線這兩種方式也做了一些對比和比較。那么紅外線不會向室外泄露，不會產(chǎn)生信號干擾，反應(yīng)速度快，傳輸效率高。來實(shí)現(xiàn)我想用紅外線來實(shí)現(xiàn)簡單的語音信號的傳輸。紅光的波長范圍為 ～ ，我們把比紅光波長還長的光叫紅外線。 紅外線的特點(diǎn)是對其他電器設(shè)備工作干擾比較小，對周邊環(huán)境的要求也不是很高，一般不會相互影響。 (2)紅外線發(fā)射和接收 我們所涉及到的需要用到的紅外通信項(xiàng)目中，必不可少的就是要用到的紅外線的發(fā)射和接收兩部分。一般分為透明色、黑色和深藍(lán)色等三種。由于紅外發(fā)光二極管需要的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以在紅外線的接收端要增加高增益放大電路，也就是說我們需要使用放大倍數(shù)較高的功紅外線語音通信系統(tǒng) 5 率放大器來放大我們接收到的電信號，使我們之后再耳機(jī)或是揚(yáng)聲器聽 到的聲音和輸入的聲音信號差別不大。 語音采集模塊（ 駐極體話筒 ）前級音頻放大（ LM 358 ）低通濾波器（ RC 濾波 ）功率放大（ LM 386 ）紅外接收（ 紅外接收管 ）紅外發(fā)送（ 紅外發(fā)送管 ）前幾電壓放大（ S 9013 ）有源高通濾波（ LM 358 ）有源低通濾波（ LM 358 ）功率放大（ LM 386 ）耳機(jī)揚(yáng)聲器 圖 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖 紅外語音的傳輸，分為語音采集和紅外線的發(fā)射與接收部分，下面來仔細(xì)說說紅外線的發(fā)射與接收模塊。 紅外線的接收部分：紅外線接收管被語音信號調(diào)制的紅外光照射到的時候，在紅外線接收管這側(cè)產(chǎn)生一個與語音信號變化規(guī)律相同的電信號，經(jīng) S9013 進(jìn)行電壓放大再經(jīng)過有源低通濾波 LM358 和有源高通濾波 LM358 以及放大倍數(shù)較大的 LM386 進(jìn)行功率放大后進(jìn)行放大，并將電信號信傳至擴(kuò)音器和耳機(jī)轉(zhuǎn)化成為我們可以聽到的聲音信號，在這里呢，為了避免語音采集器與揚(yáng)聲器會產(chǎn)生一個共鳴，我加了一個開關(guān)，可以選擇用耳機(jī)來聽傳輸過來的語音信號也可紅外線語音通信系統(tǒng) 6 以選擇用揚(yáng)聲器來聽取所傳輸過來的信號。 發(fā)射部分電路 圖 發(fā)射部分原理圖 如圖 所示，再語音信號輸入后先通過一個由 LM358 對信號進(jìn)行放大，然后在通過使用 LM358 和電容以及電阻組成的 RC 電路，進(jìn)行濾波，把高于2020hz 的信號過濾掉，最后交由發(fā)射管發(fā)射出去。 語音信號輸入入如 LM358電壓放大 濾波電路 紅外發(fā)射管 紅外線接收管 電壓放大 語音輸出 濾波放大 紅外線語音通信系統(tǒng) 7 接收部分電路 圖 接收部分原理圖 如電路圖 所示，接收部分由紅外接收管接收到信號后，輸入到 LM386中進(jìn)行放大和濾波，再傳輸?shù)秸Z音接收器 ——耳機(jī)或者喇叭，接收電路中的C12， C13 同樣也是對電源部分起到濾波的作用，即當(dāng)接收管接收到信號引起壓變化時，通過比較器比較后輸出高低電平使指示燈會閃爍，于是 紅外接收管的亮度就起到了信號指示的作用。它具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：體小、性能好、價格低。但是由于其輸入和輸出場效應(yīng)管阻抗較高，一般要在話筒的外殼當(dāng)中設(shè)置一個場效應(yīng)管作為轉(zhuǎn)換器，在工作當(dāng)中需要直流工作電壓。我們輸入 的語音信號轉(zhuǎn)化為電信號關(guān)鍵元件就是駐極體振動膜，這個關(guān)鍵膜片是一片極薄的塑料膜片，然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩個極薄的塑料膜片上就會分別駐有異性電荷 [5]。塑料膜片的另外一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔開。當(dāng)駐極體膜片遇到聲波振動也就是有語音信號時，電容兩端的電場就會發(fā)生變化，交替變化的電場電壓變化與語音信號的變化和聲波。因此其輸出阻抗值非常高 （ Xc = 1 / 2 ~交變 ） ，約幾十個兆 以上。所以有一個需要訪問的麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換阻抗結(jié)型場效應(yīng)晶體管。常見的場效應(yīng)晶體管有三個電極包括 ： 源（ S），（ G）門和排水 （ D） 。二極管場效應(yīng)晶體管信號強(qiáng)烈影響保護(hù)功能是目的。通過這種方式，駐極體麥克風(fēng)的輸出行有三個。 駐極體麥克風(fēng)一般動圈式麥克風(fēng)和電容式麥克風(fēng)的聲音。工作原理的電容式麥克風(fēng)使用電容器的充電和放電的原理 ,壓力振動感應(yīng)語音隔膜，從而改變電極間的電壓，然后我們輸入語音信號轉(zhuǎn)換為電信號，以方便我們低于功率放大和傳輸。駐極話筒其實(shí)通俗一點(diǎn)講可以說是一個麥克風(fēng)。在早期的錄音機(jī)、無線話筒以及聲控電路中應(yīng)用比較廣泛。上面我們說到話筒的外殼里需要一個場效應(yīng)管，那么我們使用的話筒其實(shí)就是由聲音信號和電信號的轉(zhuǎn)化以及阻抗變換兩部分組成的。膜的膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連。蒸金膜與金屬極板之間形成一個電容。隔膜和金屬板之間的電容是相對較小 ,通常數(shù)萬 pF。在設(shè)計(jì)中 ,我使用是電容麥克風(fēng)的聲音。電容麥克風(fēng)沒有聲音線圈，由于沒有音圈，隔膜和非常薄，所以，即使是很弱的聲音也會感應(yīng)非常敏感，敏感地可以轉(zhuǎn)換為電信號。 LM358 的封裝有 8 引線雙列直插式和貼片式。 一 177。來影響放大倍數(shù)， 前面我們已經(jīng)用話筒把輸入的語音信號轉(zhuǎn)化為電信號，所以在這一電路當(dāng)中我們就需要把當(dāng)期的電信號放大，以便于在傳輸?shù)倪^程當(dāng)中不斷的進(jìn)行放大和過濾。 發(fā)送端低通濾波器 低通濾波器的概述 低通濾波器可以簡單的理解為：通常認(rèn)為的給它設(shè) 定一個頻率點(diǎn)，當(dāng)輸入端出傳輸過來的頻率不高于我們設(shè)定的頻率是可以通過。在這里使用的就是最簡單的低通濾波電路用一個可變電阻和一個電容以及一個 LM358 組成了一個 RC 低通紅外線語音通信系統(tǒng) 12 濾波器。在我們通常的課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，經(jīng)常使用的它對 信號處理 ， 數(shù)據(jù)傳送 或抑制干擾等的作用。 在一個實(shí)際的電子系統(tǒng)中，有時輸入信號往往受干擾等原因而含有一些不必要的成分，應(yīng)當(dāng)把它衰減到足夠小的程度。要解決這些問題都需要采用有源濾波器。 濾波電路 圖 RC 低通濾波器 圖 是本次設(shè)計(jì)使用的濾波電路，由一個電阻和電容組成，所謂濾波器上面我們已經(jīng)介紹過了，它的作用就是過濾掉我們不需要的信號， 在這里設(shè)定的截止頻率就是人耳所能聽到的最大頻率，我們設(shè)定的截止頻率為 20200hz。 紅外線發(fā)射與接收電路 外線發(fā)射管或 著說 紅外發(fā)光二極管， 他們 屬于 同一 類。它主要用于光電開關(guān)，觸摸屏和遙控發(fā)射機(jī)。紅外發(fā)光二極管通常使用砷化鎵 （ 砷化鎵 ） 、砷化鋁鎵 （ GaAlAs） 等材料，并且一般都使用全透明或淡藍(lán)色、黑色樹脂。在設(shè)計(jì)中，我使用是電容麥克風(fēng)的聲音。電容麥克 風(fēng)沒有聲音線圈，由于沒有音圈，隔膜和非常薄，所以即使是很弱的聲音也會感應(yīng)非常敏感，可以轉(zhuǎn)換為電信號。我們在課堂上所做過的三極管實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)的目的是在實(shí)現(xiàn)放大電路的兩種類型的晶體管。針對實(shí)驗(yàn)電路大致確定晶體管模型和放大的大致范 圍，分別實(shí)現(xiàn)三極管管式的判斷，判斷原理，電源電路設(shè)計(jì)功能等等。因?yàn)榘l(fā)射是極為常見的地面，所以稱為共發(fā)射極放大電路。 （ 2）元器件的作用，電路模塊的作用，以及電壓放大的系數(shù)，還有語音信號的輸入和輸出的信號電壓和相位關(guān)系，交流和直流等效電路圖等等。 紅外線語音通信系統(tǒng) 14 圖 接收端