基于紅外光通信電路的設(shè)計(jì)方案

20世紀(jì)90年代以來，光通信因其頻帶寬、容量大、抗干擾性強(qiáng)、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)得到飛速發(fā)展，無論在國(guó)防領(lǐng)域還是日常通信中作用越來越大;而紅外光屬于不可光見范圍內(nèi)，具有抗干擾能力強(qiáng)，不易被捕捉，所以紅外光通信具有較高的研究?jī)r(jià)值。

本裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用紅外對(duì)管作為收發(fā)器件，用TDA2822M集成運(yùn)放及外圍元件構(gòu)成發(fā)射電路和接收電路并進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)、功率放大。整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，隨著傳輸距離的改變，其信號(hào)強(qiáng)弱的變化可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.基本原理及設(shè)計(jì)方案

利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，通過自然空間作為通信信道，發(fā)射系統(tǒng)采用電信號(hào)轉(zhuǎn)換放大、調(diào)制，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以紅外光為載體發(fā)出光信號(hào)。紅外光信號(hào)經(jīng)過空間無線傳輸到達(dá)接收端。接收端將接收到的紅外光信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)、放大、濾波、等處理后送給輸出端，從而實(shí)現(xiàn)通信過程。監(jiān)測(cè)電路用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其設(shè)計(jì)方案原理見圖1.

2.電路設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)射端電路

采用一塊雙通道集成運(yùn)放TDA2822M和外圍元件紅外發(fā)光管、電容、固定電阻、精密可調(diào)電阻及6V直流電源組成一個(gè)調(diào)制發(fā)射電路見圖2所示。

2.2 接收端電路

同樣采用TDA2822M集成運(yùn)放，外圍元件9014三極管、固定電阻、精密可調(diào)電阻、電容、紅外接收管、揚(yáng)聲器及6V直流電源組成一個(gè)解調(diào)接收電路。當(dāng)調(diào)制光入射到紅外接收管上時(shí)，輸入光信號(hào)，經(jīng)過解調(diào)放大后輸出，在揚(yáng)聲器中輸出音頻信號(hào);發(fā)射端與接收端獨(dú)立用一個(gè)6V直流電源，可排除對(duì)電路系統(tǒng)的干擾。見圖3所示。

2.3 信號(hào)監(jiān)測(cè)電路

利用一電壓比較器LM393把接收端把信號(hào)取出來送入比較電路中，與6腳處所設(shè)置的基準(zhǔn)電壓相比較，利用比較后的輸出電壓驅(qū)動(dòng)LED.當(dāng)接收不到信發(fā)光二極管亮;反之，接收端接收到信號(hào)時(shí)，LED不亮;從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)電路。見圖4所示。

3.系統(tǒng)整體調(diào)試和測(cè)試結(jié)果

3.1 調(diào)試發(fā)送電路

將發(fā)射模塊組裝焊接好外圍元件，接通電源，用示波器觀測(cè)、調(diào)試電路，調(diào)整圖2中精密可調(diào)電阻R*,使紅外發(fā)射管處于最佳工作狀態(tài)。

3.2 調(diào)試接收電路

同樣的，把接收模塊組裝焊接好，接通電源，在接收端輸入一個(gè)待調(diào)試信號(hào)，對(duì)電路中的偏置電阻和增益電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳效果。

3.3 整機(jī)調(diào)試

在進(jìn)調(diào)試時(shí)，發(fā)射段和接收端要使用用獨(dú)立的電源，以減小電源帶來的干擾。改變傳輸距離由近到遠(yuǎn)進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)接調(diào)試，采用發(fā)射端輸入800Hz單音信號(hào);對(duì)固定好的電源、發(fā)射端和接收端進(jìn)行調(diào)試。使接收端的紅外管與發(fā)射端的紅外管進(jìn)行準(zhǔn)直。以10.0cm距離為移動(dòng)步長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，使增益達(dá)到理想狀態(tài)。

3.4 信號(hào)監(jiān)測(cè)電路的調(diào)試

采用一擋光片在傳輸電路中對(duì)紅外光進(jìn)行遮擋和放開，從而對(duì)接收端的各個(gè)信號(hào)端口遮擋和不遮擋情況進(jìn)行電壓值比較選取二者變化較為明顯的輸出口作為比較電路的信號(hào)采集點(diǎn)，然后再調(diào)節(jié)此電路中的可調(diào)電阻，直到基準(zhǔn)電壓為二者的中間值即可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能。

4.測(cè)試結(jié)果

4.1 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試正常工作后，進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。在輸入端輸入-800Hz單音信號(hào)，測(cè)試結(jié)果在2.0m以內(nèi)可以接受到不失真信號(hào)。用一障礙物擋在發(fā)射端和接收端之間，隔斷光路信號(hào)立即消失，去掉障礙物信號(hào)立即恢復(fù)，說明信號(hào)確實(shí)由紅外光在空間中傳送，且當(dāng)接收端接收不到信號(hào)時(shí)，監(jiān)測(cè)電路中的發(fā)光二極管亮，系統(tǒng)實(shí)物見圖5.

紅外光在空氣中傳播有一定的衰減，本系統(tǒng)信號(hào)衰減就是由于紅外光衰減造成的，為此專門探究信號(hào)衰減與距離關(guān)系。在輸入端輸入800Hz單音信號(hào)時(shí)，在輸出端8Ω負(fù)載上，測(cè)得接收裝置的輸出電壓有效值。逐漸改變傳輸距離，測(cè)出相應(yīng)的輸出電壓值。數(shù)據(jù)見表1;根據(jù)數(shù)據(jù)表1做距離電壓圖見圖6所示。

由圖6可看出，當(dāng)傳輸距離大于2.0m后，信號(hào)衰減到最弱若采用紅外光纖進(jìn)行傳輸，信號(hào)衰減將顯著減小。

5.結(jié)束語

由以上可知該方案成功實(shí)現(xiàn)了有限距離內(nèi)紅外光通信，方案中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用集成運(yùn)放TDA2822M及外圍元件制作構(gòu)成成本低廉，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。同理該裝置也可采用其它集成運(yùn)放進(jìn)行制作與調(diào)試，亦能達(dá)到一樣的效果，若在接收部分加上一功率放大電路可大大提高輸出端的負(fù)載能力和降噪功能。