电子电路综合设计实验报告
实验名称：红外通信收发系统的设计与实践 学院：信息与通信工程学院 专业：通信工程
电子电路综合实验报告 2010211123班 10212623号王飞
红外通信收发系统的设计与实践
摘要
语音和音乐等低频电信号一般不适合直接远距离传输，而是通过调制加载到光或者高频信号上传输出去。本次试验的内容，就是设计一个合适的红外收发电路，实现光信号的传输和接收。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。
关键词
红外发送 红外接收 滤波 信号放大
1）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设计电路装配和调试的方法
2）实验所用仪器
1、 函数信号发生器 2、 示波器
3、 晶体管毫伏表 4、 万用表
5、 直流稳压电源
3）所用元器件及测试仪表清单
1、8050 X 1 2、红外发送管303 X 1 3、红外接收管302 X 1 4、LM386 X 1 5、可变电阻器（10k，100k） 各1
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红外收发实验
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6、电阻（2k，2.7k） X 1 7、电阻（20，51） 各1 8、电阻（10 ） X 1 9、电解电容（100uf，33uf，250uf） 各1 10、电解电容（10uf） X 2 11、电容（0.047uf，0.01uf） 各1 10、喇叭 X 1 12、kd9300 X 1 13、发光管 X 1
4）设计思路及分块和总体结构
设计思路及总体结构框图如下：
红外设计的总体构架
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的设计，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。
（1）信号的产生
这里利用了音乐芯片KD－9300或是LX9300来完成。
信号产生也可以用RC振荡器构成，信号的幅度不宜过大。
（2）红外光发送模块的设计
设计原则主要是考虑红外发送管的工作电流，电流过小，传输距离短，电流过大有容易毁坏发光管
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红外光发送电路
（3）红外光接收模块的设计
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红外光接收电路
红外收发实验
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（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。
放大器LM386的实例电路
（6）总体电路的设计
音乐芯片所连接的喇叭的等效阻抗为8欧姆，0.25瓦。在连接实际电路时，为了将音乐芯片的输出信号送达放大电路的输入端，在音乐芯片的输出端接入一个10欧姆的电阻，等效喇叭，然后再将10欧姆电阻两端与放大电路的输入端并联，即可实现电路的设计功能。
（7）系统调制：
系统调制原则：根据电路原理先调制各单元电路，然后再整机调试。
（1）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；
（2）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；
（3）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，观察输出信号波形；
（4）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。
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5）所实现的功能说明
本实验完成的基本功能为文氏桥ＲＣ振荡电路产生的振荡信号的传送和接收. 文氏桥ＲＣ振荡电路(前级)产生的一个频率为1.5kHz振荡信号,经具有分压式电流负反馈电路的共射放大电路(后级)的LED发射后由接收电路接收。
(1)已完成功能：
通过发送电路将音乐芯片产生的信号以红外光的形式发送出去，接着在接收电路通过接收管接收发送信号接收电路LM386的三管脚之前加一小电容，等于在功率放大之前先消除恒定的外接低频信号的干扰，提高接收效果和灵敏度。LM386的放大电路，得到100倍左右的增益，来驱动0.8W的小喇叭产生音乐。（其中接收管LED2采用PIN光电二极管或者雪崩光电二极管APD，将接收到的光信号转换成电信号）
(2)主要测试方法为:
Icq：用电压表测量射极电阻Re1两端的电压，由此求出Ieq,利用Ieq≈Icq得到Icq的值。
LM386的增益：用函数信号发生器产生的正弦小信号代替接收管接收到的信号，将喇叭用500-2000欧姆的电阻代替，分别测出输入（接收管）和输出信号（喇叭）的幅度，由此计算出LM386的增益。
(3)主要测试数据为：
1.红外发送端8050静态参数：
Vcc = 5.00V ；Ubq = 2.7V ；Ueq= 2.1V ；Ucq= 3.8V；
2.红外发送端LED两端电流：
I = Ieq = Ueq/Re =2.1V/71= 29.57mA ;
3.红外发送端LED输出幅度：0.10V
4.LM386 增益测量：
输入小信号幅值 :10.2mv speaker两端幅值: 1.12V 增益A=1.12V/10.2mv=110; 测试方法为:
用函数信号发生器产生的正弦小信号代替接收管接收到的信号，将喇叭用500-2000欧姆的电阻代替，分别测出输入（接收管）和输出信号（喇叭）的幅度，由此计算出LM386的增益。
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6）测试故障及问题分析
1. 信号经具有分压式电流负反馈电路的共射放大电路放大后有失真现象:通过静态参数的测量后计算,认为电路设计不存在问题,于是分析后可能是因输入信号幅度过大后引起的饱和失真所致.通过调节前级信号源电路的滑动变阻器减小了输出信号的幅度,失真明显减小,波形较好.
2. 将红外的发送接收电路结在一起调试的时候，示波器上显示波形不稳
定，干扰信号很多。这是电路上出现了自激现象，在电源与地之间并联一个大电容（100uF 左右）以及一个小电容（0.1uF）即可以解决自激问题。
3. 信号接收端出现自激:为检查是否为接收电路出问题,首先去掉发射信号而从函数信号发生器引入一个频率为1kHz幅度为1v的正弦信号,从输出端得到了信号仍然有干扰,这说明接收电路出现了问题.最初怀疑是电路中含有的高频分量引起，于是在输出端并接一旁路电容，以去除高频干扰.但是波形仍然有
干扰.后来反复调节滑动变阻器得以解决问题,不过未能彻底消除干扰.
4. 在接收方面，经反复调试发现，信号的接收与两个管子之间的正对角度及之间障碍物的阻隔有很大关系，开始不注意接收到的信号很微弱，调整后才能清晰地听到。调试接收电路的主要难点是增益的调节，开始时由于电容用的不对导致放大倍数只有几倍，之后由于LM386的问题也使得输出端没有信号，经过一步步检查才发现LM386的6、8号脚是坏的，更换之后电路正常。实验时也曾经使用100k欧姆滑动变阻器代替10k欧姆滑动变阻器，发现电路不是很稳定，所以放弃使用。
5. 实验中常出现发送管和接收管之间位置不好而没有音乐产生的现象，分析原因可能为所用发射LED为狭角的，或者发送功率较小所致，改变LED角度后发现乐音在一个方向明显增强，其余方向明显减弱，但仍有输出。
6. 接收电路调好之后，接上5V电源发现电路出现较大噪音，分析发现该电路不应出现噪音，思考之后认为问题出在电路某个点接触不良或已断开，查找之后发现将103电容接错一个小孔导致电路不通，修改之后噪音基本消除。
7.扩展功能中使用的音乐芯片经检查之后发现已经受损坏，按照书上所画重新焊接一块芯片，检测之后发现声音极小，仔细检查后发现将三极管8050的e、b、c三脚接错位置，调整之后发声正常。
8.发送、接收电路调节正常之后，要将音乐芯片连接到发送电路上，开始时没有将喇叭用一个100欧姆的电阻代替导致电路不通，消除错误后发现电路仍然不通，仔细询问同学之后发现芯片应该与发送电路共地，改正之后电路正常发声。
9.电路搭好之后，将红外接收管拔掉，喇叭仍能够有音乐出来。这样的现象说明，电路的传
输并没有经过红外收发管，出现了耦合现象。检查电路发现发送部分与接收部分的供电是同一组电源线，改为两组共地的电线分别供电后，耦合现象消失。
测试结果
红外收发电路均能正常工作，有效传输距离为0.5米，最长传输距离为1米，在有效范围内音乐无失真，干扰小。在无红外信号时无自激现象。
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7）总结和结论
通过这次实验我学到了很多有用的实践知识，为今后进一步在信息工程发展打下了坚实的基础。本实验主要实现了音乐信号经过红外发送和接收完成较远距离的输送。信号有效传送距离大约半米，基本实现了红外收发系统的设计与实现。
该次实验是我第一次的完成从开始的设计到最后的调试，在整个过程中学到很多。 经过这次实验我基本解了简单的红外光通信系统的组成及设计原理，初步了解了通信电子系统方案设计、电路设计的方法，红外发送、接收电路的设计原理和原则，熟悉了电路仿真软件proteldxp的简单使用，也深刻地感受到只有灵活运用所学的电路分析理论知识才能与实践完美的结合起来。
通过这次实验，我更加明白了如何才能有效、快速、实际的完成一个实验。做实验之前首先应该熟悉各个器件的使用，其次检查各个器件是否是有问题，确保器件都正常地前提下再进行实验。这样可以提高实验效率，也可以提前排除由于器件不好引出的不合理的实验现象。最后在实验过程中出现意外现象的时候，应该仔细检查电路找到问题在哪里然后再着手解决，不可以遇到问题就直接盲目的导出乱改电路，这样反而降低了实验效率。
通过这次实验实践，我主要收获了以下几个知识和经验:
1、掌握了简单的红外光通信系统的组成及设计原理；
2、通过实验节本了解了通信系统的工作模式，提供今后的专业课程学习一个很好的框架性的认识； 3、通过实验设计与修改，以及通过对芯片kd9300及lm386的查阅，初步了解了datasheetd的查阅； 4、通过实验，较好地了解了系统的调试，深切体会到系统调试的重要性，在检查电路自激现象的时候就是通过分单元调试得出的结论，从而得以解决问题，这很好的地高了自主实验的能力； 5、实验前一定要把实验原理弄清楚，及时查阅资料，实验要大胆，细心。
本次实验历时近一个月，整个过程显得繁琐，实验原理清晰，简单明了，关键在于调试，一次次地解决线路搭接，系统设计缺陷，在试验中要敢于尝试，敢于该进，遇到不会的或者暂时不能解决的不能急躁，学会思考，提高自主实验能力，提高思考解决问题能力，实验的最终成功给与了我很大鼓舞。提高了我对实验的兴趣！
附、 主要元器件介绍与使用说明
1、红外线发光管303
红外发光二极管是彩电、录像机、影碟机、音响装置、空调器等各类红外遥控系统中不可缺少的电子器件，它将脉冲编码遥控指令电信号转变为940mm的红外光调制波遥控信号并辐射于空间，其性能的优劣及工作状态的正常与否，直接关系着遥控系统的灵敏度、指向性、可靠性等工作质量
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红外收发实验
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的好坏。
红外发光二极管大多采用无色透明树脂封装或黑色、淡蓝色树脂封装三种形式，无色透明树脂封装的管子，可以透过树脂材料观察，若管芯下有一个浅盘，即是红外发光二极管，光电二极管和光电三极管无此浅盘；若是深色树脂封装的，可借助于万用表R×1k档进行区别，红外发光二极管的反向电阻通常为数百千欧至无穷大，其正向电阻有15～40kΩ之间（视不同型号和新旧程度而异）；而光电二极管的正向电阻仅为10kΩ左右，光电三极管的正反向电阻均为无穷大（一律为遮光条件下所测值）。
●红外发光管的检测方法与正确使用 管子的极性不能搞错，通常较长的引脚为正极，另一脚为负极。如果从引脚长度上无法辨识（比如已剪短引脚的），可以通过测量其正反向电阻确定之。测得正向电阻较小时，黑表笔所接的引脚即为正极。
通过测量红外发光二极管的正反向电阻，还可以在很大程度上推测其性能的优劣。以500型万用表R×1k档为例，如果测得正向电阻值大于20kΩ，就存在老化的嫌疑；如果接近于零，则应报废。如果反向电阻只有数千欧姆，甚至接近于零，则管子必坏无疑；它的反向电阻愈大，表明其漏电流愈小，质量愈佳。
●红外发光管电阻值的计算
如果你的红外线二极管用一个三极管来推动，串联一个限流电阻。电源电压为 5V 求限流电阻 R
假设你设计流过红外线二极管电流为10mA ，三极管饱和电压0.3V 则限流电阻 R= （5-0.3-1.2）/ 10mA =350欧姆
2、红外接收二极管302的判断
识别管脚极性注意：是接收二极管不是一体化接收头
(a)、从外观上识别。常见的红外线接收二极管外观颜色呈黑色。识别引脚时，面对受光视窗，从左至右，分别为正极和负极。另外，在红外线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的引脚为负极，另一端为正极。
(b)、将万用表置于R×1k挡，用来判别普通二极管正、负电极的方法进行检查，即交换红、黑表笔两次测量管子两引脚间的电阻值，正常时，所得阻值应为一大一小。以阻值较小的一次为准，红表笔所接的管脚为负极，黑表笔所接的管脚为正极。
B、检测性能好坏。用万用表电阻挡测量红外接收二极管正、反向电阻，根据正、反向电阻值的大小，即可初步判断红外接收二极管的好坏。
3、音频功率放大器LM386
●LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386的封装形
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式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 ●电路特性：
静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电。 工作电压范围宽，4-12V or 5-18V。 外围元件少。
电压增益可调，20-200。 低失真度。
●工作原理图及管脚说明：
内部构造图：
4、音乐芯片
KD9300,CL9300,LX9300等9300音乐芯片使用说明
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图上的9013可以用其他的NPN三极管代替(注意管脚顺序),接线方法: A脚接电源正极和一个喇叭接口（如果喇叭有极性，要接正极），B脚接喇叭的另一个引脚（有极性的喇叭接负极），C脚接电源负极。3v电源就可以响了。注意焊接时烙铁需断电焊。
LX-9300的接法
kd-9300的接法
参考文献
1．电路中心网站 《 红外通信收发电路设计》
2．《电子测量与电子电路实验》 张咏梅等 北京邮电大学出版社 3．《电子线路基础》 高文焕等编 高等教育出版社 4. 电路中心网站 《红外通信收发系统的设计与实现》 5.http://cclab.see.bupt.cn
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