基于紅外光通信電路的設計方案

20世紀90年代以來(lái)，光通信因其頻帶寬、容量大、抗干擾性強、保密性強等特點(diǎn)得到飛速發(fā)展，無(wú)論在國防領(lǐng)域還是日常通信中作用越來(lái)越大;而紅外光屬于不可光見(jiàn)范圍內，具有抗干擾能力強，不易被捕捉，所以紅外光通信具有較高的研究?jì)r(jià)值。

本裝置系統設計采用紅外對管作為收發(fā)器件，用TDA2822M集成運放及外圍元件構成發(fā)射電路和接收電路并進(jìn)行調制、解調、功率放大。整個(gè)系統穩定可靠，隨著(zhù)傳輸距離的改變，其信號強弱的變化可實(shí)時(shí)監測。

1.基本原理及設計方案

利用950nm近紅外波段的紅外線(xiàn)作為傳遞信息的媒體，通過(guò)自然空間作為通信信道，發(fā)射系統采用電信號轉換放大、調制，驅動(dòng)紅外發(fā)射管以紅外光為載體發(fā)出光信號。紅外光信號經(jīng)過(guò)空間無(wú)線(xiàn)傳輸到達接收端。接收端將接收到的紅外光信號后進(jìn)行解調、放大、濾波、等處理后送給輸出端，從而實(shí)現通信過(guò)程。監測電路用于對信號進(jìn)行監測。其設計方案原理見(jiàn)圖1.

2.電路設計

2.1 發(fā)射端電路

采用一塊雙通道集成運放TDA2822M和外圍元件紅外發(fā)光管、電容、固定電阻、精密可調電阻及6V直流電源組成一個(gè)調制發(fā)射電路見(jiàn)圖2所示。

2.2 接收端電路

同樣采用TDA2822M集成運放，外圍元件9014三極管、固定電阻、精密可調電阻、電容、紅外接收管、揚聲器及6V直流電源組成一個(gè)解調接收電路。當調制光入射到紅外接收管上時(shí)，輸入光信號，經(jīng)過(guò)解調放大后輸出，在揚聲器中輸出音頻信號;發(fā)射端與接收端獨立用一個(gè)6V直流電源，可排除對電路系統的干擾。見(jiàn)圖3所示。

2.3 信號監測電路

利用一電壓比較器LM393把接收端把信號取出來(lái)送入比較電路中，與6腳處所設置的基準電壓相比較，利用比較后的輸出電壓驅動(dòng)LED.當接收不到信發(fā)光二極管亮;反之，接收端接收到信號時(shí)，LED不亮;從而實(shí)現監測電路。見(jiàn)圖4所示。

3.系統整體調試和測試結果

3.1 調試發(fā)送電路

將發(fā)射模塊組裝焊接好外圍元件，接通電源，用示波器觀(guān)測、調試電路，調整圖2中精密可調電阻R*,使紅外發(fā)射管處于最佳工作狀態(tài)。

3.2 調試接收電路

同樣的，把接收模塊組裝焊接好，接通電源，在接收端輸入一個(gè)待調試信號，對電路中的偏置電阻和增益電阻進(jìn)行調節，達到最佳效果。

3.3 整機調試

在進(jìn)調試時(shí)，發(fā)射段和接收端要使用用獨立的電源，以減小電源帶來(lái)的干擾。改變傳輸距離由近到遠進(jìn)行系統對接調試，采用發(fā)射端輸入800Hz單音信號;對固定好的電源、發(fā)射端和接收端進(jìn)行調試。使接收端的紅外管與發(fā)射端的紅外管進(jìn)行準直。以10.0cm距離為移動(dòng)步長(cháng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調試，使增益達到理想狀態(tài)。

3.4 信號監測電路的調試

采用一擋光片在傳輸電路中對紅外光進(jìn)行遮擋和放開(kāi)，從而對接收端的各個(gè)信號端口遮擋和不遮擋情況進(jìn)行電壓值比較選取二者變化較為明顯的輸出口作為比較電路的信號采集點(diǎn)，然后再調節此電路中的可調電阻，直到基準電壓為二者的中間值即可實(shí)現監測功能。

4.測試結果

4.1 系統測試結果

當系統調試正常工作后，進(jìn)行實(shí)地測試。在輸入端輸入-800Hz單音信號，測試結果在2.0m以?xún)瓤梢越邮艿讲皇д嫘盘?。用一障礙物擋在發(fā)射端和接收端之間，隔斷光路信號立即消失，去掉障礙物信號立即恢復，說(shuō)明信號確實(shí)由紅外光在空間中傳送，且當接收端接收不到信號時(shí)，監測電路中的發(fā)光二極管亮，系統實(shí)物見(jiàn)圖5.

紅外光在空氣中傳播有一定的衰減，本系統信號衰減就是由于紅外光衰減造成的，為此專(zhuān)門(mén)探究信號衰減與距離關(guān)系。在輸入端輸入800Hz單音信號時(shí)，在輸出端8Ω負載上，測得接收裝置的輸出電壓有效值。逐漸改變傳輸距離，測出相應的輸出電壓值。數據見(jiàn)表1;根據數據表1做距離電壓圖見(jiàn)圖6所示。

由圖6可看出，當傳輸距離大于2.0m后，信號衰減到最弱若采用紅外光纖進(jìn)行傳輸，信號衰減將顯著(zhù)減小。

5.結束語(yǔ)

由以上可知該方案成功實(shí)現了有限距離內紅外光通信，方案中設計的系統采用集成運放TDA2822M及外圍元件制作構成成本低廉，運行穩定、可靠。同理該裝置也可采用其它集成運放進(jìn)行制作與調試，亦能達到一樣的效果，若在接收部分加上一功率放大電路可大大提高輸出端的負載能力和降噪功能。