魏西媛

摘 要：本文介紹了一種基于PWM調(diào)制技術(shù)的紅外光短程無線語音通信系統(tǒng)。系統(tǒng)可實現(xiàn)語音信號的定向傳輸，接收信號的噪聲小、傳輸時延小，通信質(zhì)量優(yōu)良。

關(guān)鍵詞：紅外光通信；語音信號；PWM調(diào)制

1 設(shè)計方案

本設(shè)計由語音信號采集模塊、紅外收發(fā)模塊、語音數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊等組成。系統(tǒng)模塊框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊框圖

本設(shè)計采用PWM（Pulse Width Modulation）調(diào)制將模擬語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的脈寬調(diào)制信號，通過紅外發(fā)光管傳輸。紅外接收管對接收到的微弱紅外光信號放大后送入PWM解碼電路，實現(xiàn)音頻信號的恢復(fù)。由耳機輸出。原理框圖如圖2所示。

圖2 原理框圖

PWM調(diào)制使得模擬語音信號具有了數(shù)字形式特點，大大提高了模擬傳輸系統(tǒng)的傳輸可靠性，延長了通信距離。在接收端，通過積分網(wǎng)絡(luò)即可濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。所以PWM方式比傳統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換器功耗??；PWM方式輸出的是電壓信號，可以直接驅(qū)動喇叭，克服了傳統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換器不能直接驅(qū)動喇叭的缺點；PWM方式作為數(shù)字的方法具有工藝移植性好的特點。

PWM調(diào)制方案制作簡單、成本低、系統(tǒng)穩(wěn)定、抗噪聲能力強，若采用專用PWM控制器TL494可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡潔、進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。

2. 理論分析與計算

語音信號頻率范圍為300～3400Hz，本設(shè)計中采用模擬信號的脈沖寬度調(diào)制實現(xiàn)模擬語音信號的數(shù)字形式變換，為保證模擬語音信號的無失真?zhèn)鬏?，選定脈寬調(diào)制載波為30kHz。

根據(jù)可計算得負載電阻上所得輸出功率。在測得紅外接收管接收信號強度時，可根據(jù)實際要求由此計算出接收端所需要的放大器增益，繼而確定放大器的設(shè)計方案。

3. 主要硬件電路

本設(shè)計利用波長940 nm的近紅外波段的紅外線作為傳輸信息的載體，語音信號經(jīng)脈寬調(diào)制后由紅外發(fā)光管送出，接收端收到紅外脈沖信號后轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過放大、濾波、積分等處理還原成模擬語音信號輸出。

3.1 PWM前置放大及調(diào)制電路

語音信號的采集、放大和偏置處理由前置放大電路部分完成，以利于進一步調(diào)制。脈寬調(diào)制采用專用PWM控制器TL494對語音信號進行調(diào)制。

根據(jù)PWM調(diào)制原理，調(diào)制信號必須保持在載波信號峰值以內(nèi)才能取得較好的效果。因放大倍數(shù)過大，可能會使部分峰值超過電源電壓的信號無法得到調(diào)制；而放大倍數(shù)太小，則會使調(diào)制后的PWM波形間距區(qū)分過小，這樣再經(jīng)濾波還原后，波形失真可能較大。一般情況下話筒采集到的聲音信號的平均峰值約為200mV，為保證輸出信號滿足接收強度要求，將前置電路放大倍數(shù)設(shè)計為 1～10倍可調(diào)，偏置電

3.2 紅外管發(fā)射電路

紅外光收發(fā)功能應(yīng)用IR333紅外線發(fā)射管實現(xiàn)，其響應(yīng)速度快，靈敏度高，接收距離長，性能穩(wěn)定可靠，體積小巧精致，操作方便。為提高紅外發(fā)射管的發(fā)射功率，設(shè)計時應(yīng)盡量增大驅(qū)動電流，普通紅外發(fā)射管的額定工作電流可達數(shù)百毫安。因此，該系統(tǒng)中的發(fā)射電路和接收電路都是用三極管構(gòu)成的簡單開關(guān)驅(qū)動電路。

3.3 紅外接收及收端前置放大電路

接收端采用紅外線接收管PT333實現(xiàn)940nm紅外光信號的接收，再由前置放大電路部分完成微弱信號的放大，以便于PWM信號解調(diào)。

3.4 PWM解調(diào)電路

由于本設(shè)計采用占空比調(diào)制模擬語音信號，使得載波脈沖信號的脈沖寬度受模擬語音信號控制，故在接收端對接收到的脈寬信號進行積分，再經(jīng)過低通濾波就可以得到原始的模擬語音信號。

4 總結(jié)

本設(shè)計應(yīng)用PWM調(diào)制方式對模擬語音信號進行數(shù)字形式變換，實現(xiàn)了940nm紅外光的近距離定向音頻信號傳輸。系統(tǒng)設(shè)計合理，電路結(jié)構(gòu)簡單，抗噪聲能力強，在傳輸距離2m可實現(xiàn)基本無失真?zhèn)鬏敚瑐鬏敃r延小，通信質(zhì)量優(yōu)良。

紅外發(fā)射管和接收管若改用LD271、BPW34等精度較高的紅外管，其傳輸距離和傳輸穩(wěn)定性等系統(tǒng)性能將會得到進一步的改善。為提高模擬信號的傳輸質(zhì)量，在發(fā)送端可對模擬語音信號進行自動增益控制，使語音信號中占絕大比例的小信號的傳輸質(zhì)量得到大幅度提高。

參考文獻

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