基于鎖相環(huán)紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

作者/蔣昭，陜西理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

基于鎖相環(huán)紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

作者/蔣昭，陜西理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

采用鎖相環(huán)技術(shù)，通過調(diào)頻方式實(shí)現(xiàn)音頻信號傳輸。使用鎖相環(huán)器件CD4046來實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)頻調(diào)制，調(diào)制后由放大電路驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)射信號；接收部分以紅外接收二極管作為信號接收器件，經(jīng)前置放大，由CD4046鎖相鑒頻后得到音頻信號，LM386對音頻信號放大后由揚(yáng)聲器播放原始信號，從而實(shí)現(xiàn)音頻信號的短距離紅外傳輸。具有電路簡單使用方便等特點(diǎn)。紅外線作為載體對于短距離信號傳輸具有穿透力強(qiáng)，方向性好等特點(diǎn)。

鎖相環(huán)；CD4046；前置放大

隨著電子技術(shù)的發(fā)展,采用紅外線來傳輸信息在通信方面變得越來越廣泛。用紅外線傳輸語音信號具有電路簡單和信號穩(wěn)定的特點(diǎn)，本文提出了一種采用紅外調(diào)頻調(diào)制和解調(diào)語音信號的制作。系統(tǒng)使用鎖相環(huán)集成電路 CD4046調(diào)頻后再經(jīng)放大以紅外光輻射出去，在接收端，由鑒頻器檢出原來的調(diào)制信號，再經(jīng)低頻放大輸出信號。通過實(shí)際測量，整個系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定。

1.整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該紅外無線音頻發(fā)送裝置由話筒，放大器，CD4046頻率調(diào)制電路，驅(qū)動電路及發(fā)光二極管等組成。話筒將語音信號采集，信號放大電路將語音信號放大輸入給CD4046頻率調(diào)制電路，調(diào)頻后的信號輸入給驅(qū)動電路，控制發(fā)光二極管發(fā)送紅外光。紅外無線音頻接收裝置由紅外接收器，前置放大，CD4046解調(diào)電路，LM386音頻放大電路及揚(yáng)聲器等組成。紅外接收器將接收到的載有音頻的高頻信號輸送到前置放大器進(jìn)行放大處理，再輸入到CD4046頻率解調(diào)電路將音頻信號解調(diào)出來，后將其輸入到LM386音頻放大電路，進(jìn)行音頻放大，放大后就可以使揚(yáng)聲器還原出原始音頻。整個工作流程經(jīng)過這一系列的處理，可以實(shí)現(xiàn)短距離的音頻傳輸。整個系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

■1.1 紅外音頻信號發(fā)送裝置電路

發(fā)送裝置由電源電路，音頻信號前置放大電路，鎖相環(huán)調(diào)制電路和紅外發(fā)射驅(qū)動電路電路組成。語音產(chǎn)生的電信號與其他低頻電信號一樣，一般不能直接作遠(yuǎn)距離傳輸。被傳送的低頻音頻信號在IN端輸入發(fā)射機(jī)電路。調(diào)節(jié)R1，使Q1的Vce的電壓接近1V。提高三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)，對音頻信號不失真的放大，接著進(jìn)入由CD4046構(gòu)成的頻率調(diào)制電路。根據(jù)圖3，VDD為 5V，R3為 2M，CD4046的 12腳懸空即其接入電阻為無窮大，C3為20p，根據(jù)他們之間的曲線圖可知VCO的中心頻率大約為60kHz因?yàn)槿硕牭降囊纛l信號在20–20kHz之間，所以選擇的調(diào)制頻率f0大于40kHz即可。音頻信號經(jīng)頻率調(diào)制后，進(jìn)入由紅外發(fā)射二極管D1～D3構(gòu)成的紅外發(fā)射電路，將信號發(fā)出整個紅外發(fā)送電路如圖2所示。

圖1 整個系統(tǒng)的原理框圖

■1.2 紅外接收機(jī)電路的設(shè)計(jì)

接收電路主要分為解調(diào)部分和音頻放大兩部分，將接收到的紅外光放大后輸入到CD4046的14腳經(jīng)過鑒頻從10腳輸出原始語音信號，LM386是將微弱的語音信號進(jìn)行放大輸出給揚(yáng)聲器。這就是接收器的簡要工作過程解調(diào)電路如圖3所示。

圖2 紅外發(fā)送電路

圖3 解調(diào)電路

2.測試結(jié)果

■2.1 調(diào)頻輸出測試

載波頻率設(shè)計(jì)36kHz 輸入音頻信號1kHz仿真得到按照發(fā)送電路連接好電路進(jìn)行仿真可得如圖4結(jié)果，從圖可以看出調(diào)頻信號輸出正常。

圖4 調(diào)頻輸出

■2.2 頻率解調(diào)輸出

按照解調(diào)電路連圖，可以得到經(jīng)CD4046 解調(diào)后得到原語音信號波形如圖5所示，Channel D 所示1kHz，所以接收機(jī)CD4046鑒頻電路正常工作。

3.總結(jié)

本系統(tǒng)采用頻率調(diào)制紅外通信系統(tǒng)，在這種調(diào)制方式下，音頻信號首先對某一適當(dāng)頻率的副載波進(jìn)行頻率調(diào)制，再用這個被調(diào)制頻率的信號對光源進(jìn)行解調(diào)。此設(shè)計(jì)是紅外線作為信號傳輸載體的一個實(shí)例，利用紅外線可以把載有音頻信號的調(diào)頻波發(fā)送出去，配上紅外接收裝置，即可由于短距離傳輸信息。

圖5 CD4046頻率解調(diào)圖

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