基于Multisim的紅外光音頻傳輸系統的設計與仿真

牛康 李平 曹洪奎 王冬霞

【摘要】本文主要介紹了一種紅外光音頻傳輸系統，整個系統由發射模塊和接收模塊組成。運用Multisim12.0分別對紅外光音頻傳輸系統的發射和接收模塊進行了仿真，并對結果進行了簡要的分析。經分析，本文設計的紅外光音頻傳輸系統能夠實現紅外光音頻的有效傳輸，并且具有較高的可靠性和實用性。基于Multisim12.0的電路設計與仿真方法，不僅省時而且能夠節省大量的實驗資源[1]。

【關鍵詞】Multisim;紅外光;音頻;仿真

Design and Simulation of Infrared Audio Transmission System based on Multisim

School of Electronic & Information Engineering，Liaoning University of Technology ?Niu Kang ?Li Ping ?Cao Hong-kui ?Wang Dong-xia

Abstract：This paper describes an infrared audio transmission，the entire system consists of transmitter module and receiver module. Transmitting and receiving module of infrared audio transmission system are simulated by using the Multisim12.0，and the results were analyzed briefly. After analysis，this system can achieve effective infrared audio transmission，and has high reliability and practicality.And the simulation based on Multisim12.0 has advantages of time saving，low-cost and high efficiency.

Key words：Multisim;infrared;audio;simulation

引言

紅外光通信技術是一種近距離無線連接技術，它使用850nm的紅外光作為傳遞信息的媒體。這種通信系統傳輸速度快，干擾小，可靠性高[2]，適合多種近距離無線通信場合使用。紅外光音頻傳輸系統就是利用紅外光作為傳輸載體完成對音頻信號的的短距離無線傳輸。

Multisim是美國國家儀器（NI）公司推出的以windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路的設計工作。Multisim具有易學易用、仿真分析形象直觀、元件庫豐富等優點。在電子設計中可以利用其仿真測試和分析功能，驗證設計電路是否達到設計要求[1]。

本文基于Multisim的電路設計與仿真功能，設計了一種紅外光音頻傳輸系統，并對發射模塊和接收模塊進行了仿真分析。

1.紅外光音頻傳輸系統設計

紅外光音頻傳輸系統的原理圖如圖1所示。本設計主要有發射和接收兩大模塊組成。加法器、音頻放大電路、以及紅外光驅動發射電路構成了發射模塊，紅外接收二極管和功率放大器構成了接收模塊電路。

圖1 紅外光音頻傳輸系統原理圖

1.1 發射模塊

發射模塊的電路圖如圖2所示，主要有加法器[3]、音頻放大器[4]、紅外發射三部分電路組成。LM358AM（U1A）和R1、R2、R3、R4構成加法器，OP07CH（U2）和R5、R6、R7、R8等構成音頻放大器，LM358AM（U3A）、LED1、R9等構成紅外發射驅動級。

輸入的音頻信號首先通過加法器，將雙聲道音頻信號變成單聲道。由于音頻信號比較微弱，難于驅動紅外發射管，需要對音頻信號進行放大處理。把U1A的輸出加至U2組成的音頻放大器，調節R8能夠對音頻信號放大進行適當的放大。放大后的信號通過U3A構成的射級跟隨器來增大電路中的驅動電流，然后驅動紅外發光二極管LED1將音頻信號傳送到接收端。R9用來調節LED1兩端的電壓，以保證其能正常工作。

1.2 接收模塊

接收模塊的電路圖如圖3所示，主要有紅外接收二極管和電阻構成的分壓網絡以及集成功率放大器兩部分組成。D3和R8構成分壓網絡，U1和R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、C1、C2、C3、C4、C5、C6、D1、D2構成的功率放大器。

紅外光信號通過分壓網絡轉變成微弱音頻信號，微弱的音頻信號通過TDA2030構成的集成功率放大器進行適當的放大，在輸出端通過揚聲器即可聽到清晰的音頻信號。

圖3 接收模塊電路圖

2.應用Multisim仿真分析

2.1 發射模塊仿真

由于音頻信號的頻率范圍在300Hz-3.4KHz，所以仿真中采用頻率為1.5KHz、幅度為10mv的正弦波作為輸入信號。經過LM358構成的加法器后信號的幅度變為20mv。OP07的放大倍數由R8/R7得到。發射模塊仿真圖如圖4所示。在示波器顯示屏上，從上往下第一個波形是OP07輸出信號的波形（ChannelB），第二個波形是OP07輸入信號的波形圖（ChannelA）。可以看出OP07的輸入信號的幅度是20mV，輸出端信號的幅度在2V左右。由于紅外發光二極管的驅動電壓在1.4V左右，為保證紅外發光二極管能正常工作，在紅外發光二極管下端串聯了一個100Ω的可調電阻。

圖4 發射模塊仿真圖

2.2 接收模塊仿真

發射端同樣采用頻率為1.5kHz、幅度為10mV的正弦信號做仿真。仿真圖如圖5所示。在示波器顯示屏上，從上往下第一個波形是TDA2030輸出信號的波形圖（ChannelB），第二個波形是輸入正弦信號的波形圖（ChannelA）。經過TDA2030功率放大器后，正弦信號變為直流。并且從示波器上可以觀察到，TDA2030輸出信號幅度的最小值是2V，最大值在3V左右，能夠驅動0.5W/8Ω的揚聲器。

圖5 接收模塊仿真圖

3.結論

本文設計的紅外光音頻傳輸系統電路結構簡單、原理清晰、易于實現[1]。應用Multisim12.0對該電路進行設計，搭建電路簡單快捷、仿真分析形象直觀[5]，為后續的設計開發提供了可靠的分析依據。由于受到信號源的限制，仿真過程中只能用正弦信號代替音頻信號，可能在實物電路的制作中需要對一些參數做適當調整。

參考文獻

[1]基于Multisim10的汽車尾燈控制電路設計與仿真[J].蘇州大學學報（工科版），2011，31（2）：30-34.

[2]劉凌云.紅外光調制語音傳輸系統設計[J].十堰職業技術學院學報，2011，24（4）：100-103.

[3]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]趙明富，朱利華，雷建軍，等.基于PWM技術的紅外語音通信系統設計[J].國外電子元器件，2002，9：7-9.

[5]紀明霞，邵紅.基于Multisim的磁控防盜報警器的設計與仿真[J].應用天地，2011，30（9）：76-78.

作者簡介：牛康（1989—），男，山東濟寧人，碩士研究生，從事語音信號處理的研究。