基于锁相环红外通信系统的设计与制作

作者/蒋昭，陕西理工大学机械工程学院

基于锁相环红外通信系统的设计与制作

作者/蒋昭，陕西理工大学机械工程学院

采用锁相环技术，通过调频方式实现音频信号传输。使用锁相环器件CD4046来实现信号的调频调制，调制后由放大电路驱动红外发光二极管发射信号；接收部分以红外接收二极管作为信号接收器件，经前置放大，由CD4046锁相鉴频后得到音频信号，LM386对音频信号放大后由扬声器播放原始信号，从而实现音频信号的短距离红外传输。具有电路简单使用方便等特点。红外线作为载体对于短距离信号传输具有穿透力强，方向性好等特点。

锁相环；CD4046；前置放大

随着电子技术的发展,采用红外线来传输信息在通信方面变得越来越广泛。用红外线传输语音信号具有电路简单和信号稳定的特点，本文提出了一种采用红外调频调制和解调语音信号的制作。系统使用锁相环集成电路 CD4046调频后再经放大以红外光辐射出去，在接收端，由鉴频器检出原来的调制信号，再经低频放大输出信号。通过实际测量，整个系统运行比较稳定。

1.整个系统的硬件设计

该红外无线音频发送装置由话筒，放大器，CD4046频率调制电路，驱动电路及发光二极管等组成。话筒将语音信号采集，信号放大电路将语音信号放大输入给CD4046频率调制电路，调频后的信号输入给驱动电路，控制发光二极管发送红外光。红外无线音频接收装置由红外接收器，前置放大，CD4046解调电路，LM386音频放大电路及扬声器等组成。红外接收器将接收到的载有音频的高频信号输送到前置放大器进行放大处理，再输入到CD4046频率解调电路将音频信号解调出来，后将其输入到LM386音频放大电路，进行音频放大，放大后就可以使扬声器还原出原始音频。整个工作流程经过这一系列的处理，可以实现短距离的音频传输。整个系统的框图如图1所示。

■1.1 红外音频信号发送装置电路

发送装置由电源电路，音频信号前置放大电路，锁相环调制电路和红外发射驱动电路电路组成。语音产生的电信号与其他低频电信号一样，一般不能直接作远距离传输。被传送的低频音频信号在IN端输入发射机电路。调节R1，使Q1的Vce的电压接近1V。提高三极管的静态工作点，对音频信号不失真的放大，接着进入由CD4046构成的频率调制电路。根据图3，VDD为 5V，R3为 2M，CD4046的 12脚悬空即其接入电阻为无穷大，C3为20p，根据他们之间的曲线图可知VCO的中心频率大约为60kHz因为人耳听到的音频信号在20–20kHz之间，所以选择的调制频率f0大于40kHz即可。音频信号经频率调制后，进入由红外发射二极管D1～D3构成的红外发射电路，将信号发出整个红外发送电路如图2所示。

图1 整个系统的原理框图

■1.2 红外接收机电路的设计

接收电路主要分为解调部分和音频放大两部分，将接收到的红外光放大后输入到CD4046的14脚经过鉴频从10脚输出原始语音信号，LM386是将微弱的语音信号进行放大输出给扬声器。这就是接收器的简要工作过程解调电路如图3所示。

图2 红外发送电路

图3 解调电路

2.测试结果

■2.1 调频输出测试

载波频率设计36kHz 输入音频信号1kHz仿真得到按照发送电路连接好电路进行仿真可得如图4结果，从图可以看出调频信号输出正常。

图4 调频输出

■2.2 频率解调输出

按照解调电路连图，可以得到经CD4046 解调后得到原语音信号波形如图5所示，Channel D 所示1kHz，所以接收机CD4046鉴频电路正常工作。

3.总结

本系统采用频率调制红外通信系统，在这种调制方式下，音频信号首先对某一适当频率的副载波进行频率调制，再用这个被调制频率的信号对光源进行解调。此设计是红外线作为信号传输载体的一个实例，利用红外线可以把载有音频信号的调频波发送出去，配上红外接收装置，即可由于短距离传输信息。

图5 CD4046频率解调图

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