1、键入文字红外音频直通传输系统设计目录内容摘要1第 1 章 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 研究意义 .11.3 本设计研究内容和关键技术 .2第 2 章 课题总体设计 .22.1 课题设计要求 .22.1.1本设计主要功能 .22.1.2 系统组成 .22.2 系统设计思路 .32.3 系统工作原理 .3第 3 章 系统硬件设计 .33.1 电路设计软件的功能与作用 .33.2 红外音频主要元器件的选择 .43.3 红外音频主要元器件介绍 .43.4 主要硬件电路设计 .63.4.1 音频信号输入模块电路设计 .63.4.2 红外发射模块电路设计 .63.4.3 红外接收模块电路设计
2、.73.4.4 前置放大器模块电路设计 .73.4.5 匹配模块电路设计 .83.4.6 功率放大器模块电路设计 .83.4.7 指示模块电路设计 .93.4.8 电源模块电路设计 .9第 4 章 系统调试 .104.1 音频传输系统硬件的制作 .104.1.1音频传输系统硬件制作方法的研究 .104.1.2音频传输系统硬件制作过程 .114.2 音频传输系统的测试效果 .135 结论 .145.1 系统实现功能 .145.2 系统总结 .145.3 系统展望 .14附录 .16附录 1：系统发射原理图 .16附录 2：系统接收原理图 .16附录 3：系统发射 PCB 图 .17附录 4：系统
3、接收 PCB 图 .17附录 5：发射实物图 .18I 红外音频直通传输系统设计【内容摘要】在传统的音频播放系统中，音频信号的传输及播放在很多情况下依赖各种各样的线缆，使得播放系统的收发端需要有许多的线缆方可传输语音信号，这滋生出很多问题，例如线缆传输连线比较麻烦，需要有特制接口等。随着无线电通信技术的发展，特别是近距离的无线电通信技术的出现，使音频的传输不再仅仅依靠线缆。红外无线信号传输是一种利用红外线为传输载体进行信号传输的近距离无线传输技术，它具有高保密性强、安全性高、功耗低、成本低等优点。本文通过对模拟电路与无线光通信的理论的研究，设计出短距离无线光通信音频传输系统，其中涉及到选择相应
4、电子元件，应用 Altium Designer 专业电路设计软件做电路的设计，进行实际电路的调试，对现有电路按实际的需要进行调整，形成能够达到本文目的的电路设计，最后进行 PCB 制版，形成可以实际应用的特色电子产品，旨在有效改善传统音频信号传输的不足，促进无线光通信产品的发展。【关键词】红外光；音频；直通传输；系统设计第 1 页 共 22 页第 1 章 绪论1.1 研究背景在当今信息技术和通信技术高速发展的时代，人们之间的通信手段发生了很大程度的变化，由于信息的交流主角主要是人，而人的最重要的通信手段是通过语音与视频，故音频的传输及播放有着很重要的地位。在普通的音频播放系统中，音频数据的传输
5、及播放仍然离不开各种各样的线缆，这使得播放系统音频的传输必须用大量的电缆将收发端接连起来，这导致很多问题，例如线缆传输连线比较麻烦，需要有特制接口，特别是当杂乱无章的线缆遍布整个房间，不但使播放系统携带不便，而且影响环境美观。科学技术的飞速发展，特别是无线电通信技术的出现，给音频的传输带来了福音。有线通信是以导线来送信息，无线通信是以与电磁波传送信息，与传统的有线通信相比，无线通信具有无可比拟的优越性，使得用户能够体验最大的灵活性和移动性。无线通信技术主要有红外无线光通信技术、蓝牙技术以及 WIFI技术。红外无线光通信技术的发展对以有线传输音频的播放系统影响很大，使得音频播放系统在传输方面步入
6、一个崭新的时代。红外无线光通信是以红外线为载体在空中进行传播来传输音频信号及数据，具有高保密性强、安全性高、功耗和成本低等优点。红外无线光通信的应用主要体现在在遥控和数据传输方面，多应用在近距离无线通信的场合，例如实验室、教室的语音教学系统及居室等。1.2 研究意义采用红外无线光传输音频信号具有以下优点：(1)红外无线光信号通信具有较高的信息传输速率。红外光频率高于无线电频率，载波频率越高，能提供信息传输速率也会越高，且红外光无需申请频率资源。 1(2)红外无线光通信可实现绿色通信。红外光无法穿过不透明物，故不同房间的通不相互干扰，保密性高；而且红外发射管在一定的角度内发射，视距外的设备无法干
7、扰音频信号的传输，增加了系统的安全性。 2第 2 页 共 22 页(3)红外无线光信号传输基本利用强度调制，红外接收部分只需要通过探测红外光信号的强度即可完成信号的解调，不需要复杂的光接收设备就可以实现红外无线光信号的光电转换，且也无需有限线缆的连接；这不仅降低了系统的成本，也使系统的后期维护变得简单。 3(4)红外无线光音频通信系统具有较高的可靠性。红外光探测器的尺寸远大于红外光的波长，减弱了多径衰落的影响，且不易受空间高频电磁波的影响。3这些优点使红外传输在某些领域具有很大的发展空间，本课题把红外传输技术应用在近距离通信场合(室内)，以红外信号作为传输载体，设计了基于红外光传输的音频播放系
8、统。1.3 本设计研究内容和关键技术在本设计与制作过程中主要对以下几个内容研究，并阐述其关键技术(1)红外音频发射、接收技术的研究；(2)红外音频直通传输系统的传输距离的研究；(3)便携式电源的研究；（4）稳压电源技术的研究；(5)前置放大器的研究;(6)功率放大器的研究。第 2 章 课题总体设计2.1 课题设计要求2.1.1本设计主要功能本文主要研究通信领域的红外音频直通传输系统，含以下功能：1、红外音频直通传输系统实现音频信号的传输；2、红外音频直通传输系统的传输距离不少于 10米；3、红外音频直通传输系统自带电源，无需外接电源；4、本设计实现实低功耗功能；第 3 页 共 22 页2.1.
9、2 系统组成本设计是一个将电子、测量等多学科综合应用的系统，本系统由音频信号输入模块、红外发射模块、红外接收模块、电源模块、指示模块、前置放大器模块、功率放大器模块组成。2.2 系统设计思路本系统的设计思路是，音频信号通过偶尔之后，经过红外发射模块发射，红外接收模接收音频信号，再由前置放大模块放大匹配，之后输入功率放大器模块，最后推动喇叭播放出传输的声音。图 1 系统设计框图2.3 系统工作原理红外音频直通传输系统的工作原理是，音频信号通过耦合之后，经过红外发射模块发射，红外接收模接收音频信号，再由前置放大模块放大匹配，之后输入功率放大器模块，最后推动喇叭播放出传输的声音。第 3 章 系统硬件
10、设计3.1 电路设计软件的功能与作用Altium Limited 宣布发布 Altium Designer10 它是完全一体化电子产品开发系统的下一个版本。Altium Designer10 是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、可编程器件（如 FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品。音频输入 红外发射模块 红外接收模块 前置放大模块匹配模块功率放大器模块喇叭模块第 4 页 共 22 页图 2 Altium Designer10Altium Designer10 极大地增强了对高密板设计的支持，可用于高速数字信号设计，提供大量新功能和改进，改善了对复杂多层板卡
11、的管理和导航，可将器件放置在 PCB 板的正反两面，处理高密度封装技术，如高密度引脚数量的球型网格阵列(BGAs)。同时减少了带有大量管脚的器件封装在高密度板卡上设计的时间，简化了复杂板卡的设计导航功能，设计师可以有效处理高速差分信号，尤其对大规模可编程器件上的大量 LVDS 资源。Altium Designer10 充分利用可得到的板卡空间和现代封装技术，以更有效的设计流程和更低的制造成本缩短上市时间。3.2 红外音频主要元器件的选择3.2.1 红外音频发射电路用到的元器件： 18650 锂电池 三极管 MJ2955 大功率红外发射管 三极管 8050 电阻、电位器、电容、接线端子、开关、L
12、ED 等基本元件3.2.2 红外音频接收电路主要用到的元器件： 18650 锂电池 78M05、79M05 稳压芯片 红外接收管 TDA2030 功放芯片 NE5532 运算放大器 电阻、电位器、电容、接线端子、开关、LED 等基本元件第 5 页 共 22 页3.3 红外音频主要元器件介绍（1）三极管 MJ2955，其介绍如下：参数是 15A/60 伏，是 PNP 型。应用范围：音响放大。vcbo 击穿电压 100 伏，集电集最大耗散功率 115 瓦。（2）三极管 8050，其介绍如下：三极管 8050 是非常常见的 NPN 型晶体三极管，在各种放大电路中经常看到它，应用范围很广，主要用于高频
13、放大。也可用作开关电路。三极管 8050 具体管脚分布如图:图 3 8050管脚分布图（3）NE5532 运算放大器，其介绍如下：NE5532 是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器。用作音频放大时音色温暖，保真度高，在上世纪九十年代初的音响界被发烧友们誉为“运放之皇” ，至今仍是很多音响发烧友手中必备的运放之一。NE5532 具体管脚分布如图 :NE5532管脚分布图第 6 页 共 22 页（4）TDA2030
14、功放芯片，其介绍如下：该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。该芯片具有内部保护电路。其外接元件少,输出功率较大,内含各种保护电路，因此工作安全可靠内含各种保护电路，因此工作安全可靠,另外 TDA2030A 还具有能在6V 到22V 的电压下工作的优点。3.4 主要硬件电路设计本系统主要由音频信号输入模块、红外发射模块、红外接收模块、电源模块、指示模块、前置放大器模块、功率放大器模块组成。系统电路原理图如下：音频红外发射电路原理图音频红外接收电路原理图3.4.1 音频信号输入模块电路设计音频信号输入模块电路是由咪头把声音信号转变为电信号，输
15、入红外发射模块。第 7 页 共 22 页图 5 音频信号输入模块电路3.4.2 红外发射模块电路设计红外发射模块电路采用三极管搭建一个单管共射放大电路，红外发射管串接在电源与三极管集电极之间，然后调节三极管的静态工作点，使红外发射管能够发出适当强度的红外光。然后三极管的基级通过耦合电容输入音频信号，这样音频信号会间接地体现在红外光的强弱变化上来（电信号转换为红外光信号） ，实现音频信号通过红外发射管发射出来。图 6 红外发射模块电路3.4.3 红外接收模块电路设计接收电路部分主要的工作就是实现光电转换的过程，通过红外发光二极管接收管对发射管发出的光信号进行接收，红外接收模块电路是接收到的红外线多内阻就小，接收到的红外线少内阻就大。所以当接收管接收到强弱不断变化的红外光时（音频信号时） ，内阻也在不断变化，红外接收管的负极引脚的电压也随着音频的信号变化而变化，通过耦合电容C9，就可以把音频信号耦合出来。
