【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

基于红外光的混合信号传输通信装置设计制造。

1、基本要求
(1)红外光通信装置采用红外光管和红外光接收管作为接收器，用于语音信号的定向传输，传输距离为 2m。
(2)传输的语音信号可以使用麦克风或Φ3.5mm 也可以通过低频信号源输入音频插孔线路；频率范围为 300~3400Hz。
(3)接收声音应无明显失真。当发射端输入语音信号时， 800Hz 单音信号，在 8Ω在电阻负载方面，接收装置的输出电压有效值不小于0.4V。不改变电路状态，将发射端输入信号的范围降低到 0V，采用低频毫伏表 (低频毫伏表显示有效值，低频响应范围不大于 10Hz、高端不小于 1MHz）此时测量接收装置输出端的噪声电压，读数不大于 0.1V。若接收装置具有静噪功能，则必须关闭该功能进行上述测试。
注：如无低频毫伏表，也可用示波器测量输出端的噪声电压。 （4） 当接收装置无法接收发射端发射的信号时，应使用发光管指示。

2、发挥部分
(1)增加一路数字信道，实时传输发射端的环境温度，并在接收端显示。数字信号传输延迟不得超过 10s。温度测量误差不得超过 2℃。语音信号和数字信号可以同时传输。
(2)设计制作红外光通信中继转发节点，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)要求的情况下，尽量减少中继转发节点的供电电流。
（4）其他。

3、说明
（1）本装置的通信通道必须使用红外光通道，不得使用其他通信装置。发射端和转发节点必须使用单独的红外发光管作为发射器，安装时应暴露发光管进行检查。不得使用含有现成通信协议的红外发射芯片或模块。
(2)中继转发节点除外 5V 其他供电装置(如电池、超级电容器等。)不得用于供电。
(3)测试时，自备 MP3或录音机和音频连接线。

二、方案设计

整套装置分为发送部分和接收部分。选择发送部分STM32F103C8T6单片机最小系统板和温度传感器ds18b基于20读取温度UART协议，利用AD9833和CD4051模拟开关产生相应的2ASK调制信号。温度信号和声音信号通过红外发射管发出，接收装置接收后，通过信号分离处理输出音频信号和数字信号，音频信号通过喇叭发出，STM32F103RCT6单片机在接收处理信号后解码，在显示器上显示温度。

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

可以选择温度信息采集DS18B20、DHT11等模块也可以通过串行口直接获取温度数据Pt100等热电传感器通过测温电路搭建测温电路ADC采样获取温度信息。为方便选择本次练习。DS18B20传感器。

DS18B20传感器使用参考资料DS18B20温度传感器原理详细说明

信号调制有几种方案，包括ASK、FSK等等，详细介绍可参考《无线信号调制方法》 OOK、ASK、FSK、GFSK》一文。
ASK是振幅移动键控制的简写，如二进制，用不同的幅度表示二进制符号0和1(2ASK）。
FSK，数字调制技术是根据数字调制信号改变载波频率而进行的，例如BFSK在二进制1和二进制0期间传输不同频率的载波信号。

通过串口通信直接发送数据，便于调试。为了实现数字信号的传输，首先将数字信号转换为模拟量，因为ASK比较容易处理，所以选2ASK调制方法。模拟电子开关通过信号源和单8通道数字控制CD该功能由串口信号控制开关051的组合。

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；

CD单8通道数控模拟电子开关CD4051

• 接收端

系统框图	代码流程图	实物图

三、实际测试

模拟部分和数字部分的传输基本实现，数字部分在部分丢失信息未修复