基于Multisim的红外光音频传输系统的设计与仿真

牛康 李平 曹洪奎 王冬霞

【摘要】本文主要介绍了一种红外光音频传输系统，整个系统由发射模块和接收模块组成。运用Multisim12.0分别对红外光音频传输系统的发射和接收模块进行了仿真，并对结果进行了简要的分析。经分析，本文设计的红外光音频传输系统能够实现红外光音频的有效传输，并且具有较高的可靠性和实用性。基于Multisim12.0的电路设计与仿真方法，不仅省时而且能够节省大量的实验资源[1]。

【关键词】Multisim;红外光;音频;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

红外光通信技术是一种近距离无线连接技术，它使用850nm的红外光作为传递信息的媒体。这种通信系统传输速度快，干扰小，可靠性高[2]，适合多种近距离无线通信场合使用。红外光音频传输系统就是利用红外光作为传输载体完成对音频信号的的短距离无线传输。

Multisim是美国国家仪器（NI）公司推出的以windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路的设计工作。Multisim具有易学易用、仿真分析形象直观、元件库丰富等优点。在电子设计中可以利用其仿真测试和分析功能，验证设计电路是否达到设计要求[1]。

本文基于Multisim的电路设计与仿真功能，设计了一种红外光音频传输系统，并对发射模块和接收模块进行了仿真分析。

1.红外光音频传输系统设计

红外光音频传输系统的原理图如图1所示。本设计主要有发射和接收两大模块组成。加法器、音频放大电路、以及红外光驱动发射电路构成了发射模块，红外接收二极管和功率放大器构成了接收模块电路。

图1 红外光音频传输系统原理图

1.1 发射模块

发射模块的电路图如图2所示，主要有加法器[3]、音频放大器[4]、红外发射三部分电路组成。LM358AM（U1A）和R1、R2、R3、R4构成加法器，OP07CH（U2）和R5、R6、R7、R8等构成音频放大器，LM358AM（U3A）、LED1、R9等构成红外发射驱动级。

输入的音频信号首先通过加法器，将双声道音频信号变成单声道。由于音频信号比较微弱，难于驱动红外发射管，需要对音频信号进行放大处理。把U1A的输出加至U2组成的音频放大器，调节R8能够对音频信号放大进行适当的放大。放大后的信号通过U3A构成的射级跟随器来增大电路中的驱动电流，然后驱动红外发光二极管LED1将音频信号传送到接收端。R9用来调节LED1两端的电压，以保证其能正常工作。

1.2 接收模块

接收模块的电路图如图3所示，主要有红外接收二极管和电阻构成的分压网络以及集成功率放大器两部分组成。D3和R8构成分压网络，U1和R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、C1、C2、C3、C4、C5、C6、D1、D2构成的功率放大器。

红外光信号通过分压网络转变成微弱音频信号，微弱的音频信号通过TDA2030构成的集成功率放大器进行适当的放大，在输出端通过扬声器即可听到清晰的音频信号。

图3 接收模块电路图

2.应用Multisim仿真分析

2.1 发射模块仿真

由于音频信号的频率范围在300Hz-3.4KHz，所以仿真中采用频率为1.5KHz、幅度为10mv的正弦波作为输入信号。经过LM358构成的加法器后信号的幅度变为20mv。OP07的放大倍数由R8/R7得到。发射模块仿真图如图4所示。在示波器显示屏上，从上往下第一个波形是OP07输出信号的波形（ChannelB），第二个波形是OP07输入信号的波形图（ChannelA）。可以看出OP07的输入信号的幅度是20mV，输出端信号的幅度在2V左右。由于红外发光二极管的驱动电压在1.4V左右，为保证红外发光二极管能正常工作，在红外发光二极管下端串联了一个100Ω的可调电阻。

图4 发射模块仿真图

2.2 接收模块仿真

发射端同样采用频率为1.5kHz、幅度为10mV的正弦信号做仿真。仿真图如图5所示。在示波器显示屏上，从上往下第一个波形是TDA2030输出信号的波形图（ChannelB），第二个波形是输入正弦信号的波形图（ChannelA）。经过TDA2030功率放大器后，正弦信号变为直流。并且从示波器上可以观察到，TDA2030输出信号幅度的最小值是2V，最大值在3V左右，能够驱动0.5W/8Ω的扬声器。

图5 接收模块仿真图

3.结论

本文设计的红外光音频传输系统电路结构简单、原理清晰、易于实现[1]。应用Multisim12.0对该电路进行设计，搭建电路简单快捷、仿真分析形象直观[5]，为后续的设计开发提供了可靠的分析依据。由于受到信号源的限制，仿真过程中只能用正弦信号代替音频信号，可能在实物电路的制作中需要对一些参数做适当调整。

参考文献

[1]基于Multisim10的汽车尾灯控制电路设计与仿真[J].苏州大学学报（工科版），2011，31（2）：30-34.

[2]刘凌云.红外光调制语音传输系统设计[J].十堰职业技术学院学报，2011，24（4）：100-103.

[3]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]赵明富，朱利华，雷建军，等.基于PWM技术的红外语音通信系统设计[J].国外电子元器件，2002，9：7-9.

[5]纪明霞，邵红.基于Multisim的磁控防盗报警器的设计与仿真[J].应用天地，2011，30（9）：76-78.

作者简介：牛康（1989—），男，山东济宁人，硕士研究生，从事语音信号处理的研究。