红外光通信装置 设计报告
红外光通信装置设计要求
设计一款红外通讯装置，可以传送频率范围为300~3400Hz的语音信号和数字信号。 2.1模拟调制方案
消防电动开窗机方式1：调幅
原理：红外发送端发送固定频率的红外信号，利用声音信号对红外信号进行幅度调制。 中渔网优点：方案简单，纯模拟电路即可实现。
缺点：1）抗干扰特性较差，很容易受外界光强影响。
2）传输距离较近，距离变远后声音变小，接收效果明显下降，噪声增大。 3）很难实现产地数字信号的功能。
方式2：调频
原理：红外发送端发送一定幅度的红外信号，利用声音信号对红外信号的频率进行调制。
优点：1）抗干扰性比调幅方案好
2）不怕信号衰减，传输距离比调幅方案远。
缺点：1）调频发送和调频接收电路复杂，调试难度大。
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2）很难实现产地数字信号的功能。
2.2数字调制方案
原理：把声音信号首先按照一定速率进行AD采样量化，然后把AD采样值通过红外发送给接收端，接收端再按照采样速率进行重现声音。
优点：1）因为传输过程为数字信号，信号的抗干扰特性好，不怕信号远距离衰减。
2）红外传输的为数字信号，所以可以把其他数字信号一起发送，从而达到同时传送数字信号和声音信号的功能。
3）因为传输的是数字信号，所以系统调试相对模拟电路可能会简单些。
缺点：1）需要寻可行的数字调制方案。
2）该方式对单片机编程要求较高。
3. 红外通信信道测试和数字调制方案选择
3.1发送管接收管性能测试
仅采用简单的电路，测试红外通信最高频率范围。
测试发现：
红外发送二极管的发送频率很高，可以达到500KHz以上。
红外接收二极管的工作频率最高只有50KHz，当频率升高后输出波形幅度急剧下降。红外接收管的输出波形不是方波，而变成了三角波。
光敏三极管的接收频率也可以达到500KHz以上，但是其已受干扰，距离变远后输出波形急剧下降。
HS0038红外接收头的载波频率为38KHz，输出为数字信号。若要对其进行调制，则调制
频率最多有10KHz。因为传送信号频率最高3.4KHz，同时需要对声音电压幅度进行量化，则量化仅10KHz/3.4KHz=3左右，根本无法通信。
测试结论：
采用红外发送二极管不用担心担心频率问题。
自动融雪设备采用红外接收二极管，带宽只有50KHz，需要搭建放大，滤波整形电路。
3.1数字调制方案选择
方案1：
原理：利用载波信号调制38KHz红外信号，接收直接用HS0038红外接收头即可。
分析：按照声音信号100级电压量化等级，该方案只能发送38K/100=380Hz以下的音频信号。
结论：该方案不可行。
方案2：
原理：自己产生高频红外信号，利用声音信号对该信号进行调制。
分析：按照3.4KHz，100级量化等级，需要发送频率为340KHz。经过测试接收二极管的特性不足，该方案无法实现。
结论：该方案频率要求太高，器件无法满足要求。单眼3d
方案3：（最终方案）
原理：因为红外接收二极管的频率范围只有50KHz以下，所以发送端可以直接发送50KHz以下的信号。比如发送端发送10KHz的信号，该信号的占空比即声音信号的幅度。10KHz即信号采样速率。
分析：1）按照采样定理，发送3.4KHz的信号，需要的采样频率大于6.8KHz即可，所以选择10KHz作为采样频率可行。声音信号的赋值按照10KHz信号的PWM占空比来量化。
2）数字信号和模拟信号可以通过占空比范围来判断。数字信号占空比为10%或90%。
模拟占空比为25%到75%。
结论：该方案可行，发送端按照10KHz进行电压采样，发送利用10KHz的占空比代表声音信号的幅度。接收端接收10KHz的上升沿进行采样频率同步，通过测量信号的占空比来衡量信号的幅度。
发送端的波形：（绿为输入信号，蓝为调制后的信号）
（当发送波形为正弦波时，输出后的调配波形很类似SPWM信号）
接收端的波形：（黄为接收信号，蓝为单片机解调后的波形）
4.硬件电路设计
4.1 AD输入部分
因为采样频率为10KHz，所以需要增加一套低通滤波器来滤除高频信号，防止AD采样的频率高于5KHz，造成额外采样失真。
4.2 DA输出部分
因为DA的输出能力有限，所以DA后需要增加缓冲器做音频功率放大。
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