【电赛训练】红外光通信装置 2013年电赛真题

红外光通信装置

一、题目要求

设计并制作一个基于红外光的混合信号传输通信装置。

1、基本要求
（1）红外光通信装置利用红外发光管和红外光接收管作为收发器件，用来定向传输语音信号，传输距离为 2m。
（2）传输的语音信号可采用话筒或Φ3.5mm 的音频插孔线路输入，也可由低频信号源输入；频率范围为 300~3400Hz。
（3）接收的声音应无明显失真。当发射端输入语音信号改为 800Hz 单音信号时，在 8Ω电阻负载上，接收装置的输出电压有效值不小于0.4V。不改变电路状态，减小发射端输入信号的幅度至 0V，采用低频毫伏表（低频毫伏表为有效值显示，频率响应范围低端不大于 10Hz、高端不小于 1MHz）测量此时接收装置输出端噪声电压，读数不大于 0.1V。如果接收装置设有静噪功能，必须关闭该功能进行上述测试。
注：如果没有低频毫伏表，也可以用示波器测量输出端噪声电压。（4）当接收装置不能接收发射端发射的信号时，要用发光管指示。

2、发挥部分
（1）增加一路数字信道，实时传输发射端环境温度，并能在接收端显示。数字信号传输时延不超过 10s。温度测量误差不超过 2℃。语音信号和数字信号能同时传输。
（2）设计并制作一个红外光通信中继转发节点，以改变通信方向 90°，延长通信距离 2 m，如图 2
所示。语音通信质量要求同基本要求（3）。中继转发节点采用 5V 直流单电源供电，电路见图 3。串接的毫安表用来测量其供电直流电流。
（3）在满足发挥部分（2）要求的条件下，尽量减小中继转发节点供电电流。
（4）其他。

3、说明
（1）本装置的通信信道必须采用红外光信道，不得使用其他通信装置。发射端及转发节点必须采用分立的红外发光管作为发射器件，安装时需外露发光管，以便检查。不得采用内部含有现成通信协议的红外光发射芯片或模块。
（2）中继转发节点除外接的单 5V 供电电源外，不得使用其他供电装置（如电池、超级电容等）。
（3）测试时，自备 MP3或录音机及音频连接线。

二、方案设计

整套装置分为发送部分和接收部分。发送部分选用STM32F103C8T6单片机最小系统板和温度传感器ds18b20读取温度，基于UART协议，利用AD9833和CD4051模拟开关产生对应的2ASK调制信号。分别将温度信号和声音信号通过红外发射管发出信号，并由接收装置接收后，通过信号的分离与处理后分别输出音频信号和数字信号，音频信号通过喇叭发出，STM32F103RCT6单片机接收经过处理信号后解码，将温度显示在显示器上。

模拟部分

数字部分

基本思路如下：

发射端

系统框图	代码流程图	实物图

温度信息采集可以选择DS18B20、DHT11等模块直接通过串行口获取温度数据，也可以选用Pt100等热电式传感器搭建测温度电路通过ADC采样获取温度信息。本次练习为了方便选用了DS18B20传感器。

DS18B20传感器使用参考资料》》【常用传感器】DS18B20温度传感器原理详解及例程代码

信号的调制有几种方案，包括ASK、FSK等，详细介绍可以参考《无线信号的调制方式 OOK、ASK、FSK、GFSK》一文。
ASK是幅移键控调制的简写，例如二进制的，把二进制符号0和1分别用不同的幅度来表示（2ASK）。
FSK，根据数字调制信号改变载波频率而进行数据传输的数字调制技术，比如在BFSK中，二进制1和二进制0期间传输不同频率的载波信号。

直接采取串口通信发送数据，易于调试。为了实现数字信号的传输，先将数字信号转化成模拟量，因为ASK相对来说更易于处理，所以选择2ASK调制方式。通过一个信号源和单8通道数字控制模拟电子开关CD4051的组合可以实现此功能，由串口信号控制开关。

使用参数：
DDS输出频率：38.4kHz ；
DDS输出波形：正弦波；
串口波特率：1200；

CD4051使用参考》》单8通道数字控制模拟电子开关CD4051

接收端

系统框图	代码流程图	实物图

三、实际测试

基本实现模拟部分和数字部分的传输，数字部分在转接后丢失信息未修复