作者/蔣昭，陜西理工大學(xué)機械工程學(xué)院

基于鎖相環(huán)紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計與制作

作者/蔣昭，陜西理工大學(xué)機械工程學(xué)院

采用鎖相環(huán)技術(shù)，通過調(diào)頻方式實現(xiàn)音頻信號傳輸。使用鎖相環(huán)器件CD4046來實現(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聲器播放原始信號，從而實現(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。紅外線作為載體對于短距離信號傳輸具有穿透力強，方向性好等特點。

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，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。通過實際測量，整個系統(tǒng)運行比較穩(wěn)定。

1.整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計

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，進行音頻放大，放大后就可以使揚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，一般不能直接作遠距離傳輸。被傳送的低頻音頻信號在IN端輸入發(fā)射機電路。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，對音頻信號不失真的放大，接著進入由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因為人耳聽到的音頻信號在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 紅外接收機電路的設(shè)計

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行放大輸出給揚聲器。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)頻率的副載波進行頻率調(diào)制，再用這個被調(diào)制頻率的信號對光源進行解調(diào)。此設(shè)計是紅外線作為信號傳輸載體的一個實例，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

＊ [1]張春杰，譚振偉等.基于FPGA的快速中頻自動增益控制系統(tǒng)[J].控制工程，2013（9）: 966-969.

＊ [2]郭軍朝,王森章.一種高速低功耗直接數(shù)字頻率合成器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微電子學(xué),2004,10(5):572 -574.

＊ [3]徐彬,譚征,袁蕾等.基于DDS 技術(shù)的任意波形發(fā)生器[J]電子世界,2002,(1):58-61.

＊ [4]韓團軍,趙峰.基于FPGA的M4K塊配置ROM字符數(shù)據(jù)存儲VGA顯示[J].陜西理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版).2016(05)

＊ [5]蒲曉婷.全數(shù)字鎖相環(huán)的設(shè)計及分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2008,(5):173-178.

＊ [6]張厥盛,鄭繼禹.鎖相技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1994.