基于单片机的红外无线耳机装置研究与设计
张英平;张明丹;韩影
【摘 要】Aiming at defects of the existing infrared earphones,such as poor stability,low performance,vulnerable to interference and so on,a new wireless infrared earphones system was designed. The system was optical transmission system which transferred audio signal in the infrared light as the carrier. It was composed of transmitting part and receiving part. The microcontroller was STC89C52 with the modulation and demodulation of AD9851,LM386 and DAC0832 to control the audio signal. The experimental results showed that the infrared earphones system had the advantages of the better stability,flexible control,large radiation range,strong signal and adjustable volume. An infrared emission could have multiple infrared receivers.%针对现有红外耳机的稳定性差、性能较低、易受干扰等弊端，设计了一款红外无线耳机装置。该装置是以红外光为载波传递音频信号的光电传输系统，由发射部分和接收部分组成。微控制器采用 STC89C52单片机，配合 AD9851、LM386和 DAC0832控制音频信号的调制和解调。实验结果表明，该红外耳机系统稳定，控制灵活，辐射范围较大，信号较强，音量可调。一个红外发射可以有多个红外接收。 pbst【期刊名称】《吉林师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(000)004
【总页数】3页(P74-76)
【关键词】硬币组合红外通信;无线耳机;单片机
【作 者】张英平;张明丹;韩影
【作者单位】吉林师范大学 信息技术学院，吉林 四平 136000;吉林师范大学 信息技术学院，吉林 四平 136000;吉林师范大学 信息技术学院，吉林 四平 136000
【正文语种】中 文
【中图分类】TP368
0 引言
在无线技术中，红外通信是目前应用最广泛的通信形式，红外传输技术已非常成熟．本文
基于这种通信形式，设计了一款基于单片机的红外无线耳机，这款耳机可以不受时间和地点的限制，随时随地的使用，还可以方便的去掉耳机线．同时，这款耳机可以实现音频信号的较远距离传递，其控制灵活，调试起来比较容易．
1 红外无线耳机的硬件系统设计
设计采用调频发射方法实现红外无线耳机[1-3]，结构框图如图1所示．在音频信号的调制与发射部分，通过单片机与AD9851构成的DDS电路，对音频信号进行编码调制，随后驱动红外发射管发射．在音频信号的接收与解调部分，通过红外管接收头进行接收，将其输出信号经过单片机和D/A转换进行解码，使解调波还原成模拟信号，经过放大后输出给耳机[3-4]． 图1 采用调频发射方法的红外无线耳机结构框图
本系统主要由音频检测模块、单片机与AD9851构成的编码调制模块、红外发射模块、单片机与D/A转换构成的解调解码模块、音频信号放大模块及耳机组成． (1)音频检测模块和编码调制模块
音频信号的输入检测实现非常简单，是在信号输入端口串联一只10 μF电容，之后传送至单片机与AD9851构成的编码调制模块，电路如图2所示．该编码调制模块的功能是产生45 kHz，Vpp不大于500 mV的正弦信号，用作载波信号，对音频信号进行调制，其输出给发射电路．led节能灯制作
图2 音频信号检测及编码调制电路
(2)红外光发射模块
由红外线发光二极管特性，配合以8050三极管的放大特性，将已调制好的音频信号转换为红外光信号，经放大处理后发射出去．电路如图3所示．该电路采用共发射极基本放大器，具有电流放大作用，输出带负载能力强，起到了阻抗变换、隔离缓冲的作用，使信号在传输时不易失真．为了增大红外发射管的辐射区域，在三极管的集电极串联两个红外线发光二极管D1和D2．
图3 由红外发光二极管和8050三极管构成的红外光发射电路
(3)红外光接收模块
利用光敏二极管的特性接收红外光信号，配以LM386的放大特性，来接收发射端发射过来的信号，而后输出给解调解码模块，电路如图4所示．设计中的LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中．
图4 由光敏二极管和LM386组成的红外接收电路
(4)信号的解调解码模块
该模块采用单片机与D/A转换器对接收到的信号进行转换，然后用软件程序实现滤波，得到带宽约为200 kHz的解调解码信号，电路如图5所示．
小家电控制板(5)音频放大及耳机模块
为了进一步提高对耳机的驱动能力，采用TD2030集成功放电路构成音频放大器，其特点是：集成度高，外围元件少，音质好，电路如图6所示．
图5 采用单片机与DAC0832组成的解调解码电路
图6 采用TDA2030的音频放大及耳机电路
利用TDA2030进行功率放大，它具有体积小，输出功率大，失真小等特点．功率放大器内含多种保护电路，工作安全，可靠性高，主要有短路保护，热保护，地线偶然开路，电源极性反接以及负载泄放电压反冲等保护作用．与普通电路相比较有更好的散热效果，即使温度超过时，也不会对器件产生影响[4-7]．
2 红外无线耳机的软件程序设计
经过分析，软件编程共分为两个部分，第一个是音频信号的编码调制，第二个部分是对音频信号的解调解码．这两个部分分别用单片机进行控制，要根据电路图来编写程序对单片机的接口进行控制[8-10]．其流程图如图7中(a)和(b)所示．
3 系统调试与测试结果
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经调试发现，在红外光发射电路中，由于红外光发射管的辐射角一般在60°左右，所以安装时要使用两个红外发射管，增大辐射范围，并且使它们辐射范围有所重叠，从而信号加强．测量发射信号的波形时，发现信号有失真，经过检查，是电路中元器件引脚的虚焊引
起的．在红外接收和解调解码过程中，经过几次滤波程序的修改，接收头接收的信号达到基本无失真，输出音频已与输入的音频基本无差别[11-13]．
(a)信号的编码调制 (b)信号的解调解码
图7 信号的编码调制和解调解码模块的主流程图
从表1的测试结果中可以看出，在尽量保证音频输出最优的条件下，随着载波的频率增加，Vpp(波形峰—峰值)、Vmax、Vmin幅值都在减小，由于干扰的存在，测试结果可能与理论间存在差异，但基本上符合变化规律，并且在测试中发现第四组数据测试结果最好，因为第4组从数据上来看，最接近完整的正弦波，基本无失真，所以实际中以第4组数据为准．
表1 红外无线耳机的测试数据f/kzVpp/mVVmax/mVVmin/mV12010005005002309004005003407793004794455002502505604702002706110300100200
对于伴音功放采用直流音量控制的音频装置，可以在音频信号输入时先串联一只5.1 K的电阻，使其传播距离能达到5 m左右．
4 总结
基于单片机的红外无线耳机装置是一种利用红外无线作为通信介质，能够实现较远距离的红外数据传输方式．红外传输方式具有不受无线电干扰，可靠性高，通信带宽．经过测验和调试，获得了较好的通信效果．
参 考 文 献
【相关文献】
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[6]杨 恒,杨遂军,叶树亮,等.面向现场检测的红外无线传输系统及其性能研究[J].测控技术,2013,(7):87～90.
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