基于红外光通信电路的设计与制作

【摘要】本文使用集成运放TDA2822M、红外对管作为收发器件，设计并制作出了红外载波发射电路和接收电路，实现了有限距离的红外光通信。该装置能够实现在3.0m距离范围内，接收端可接收不失真的音频信号，同时，通过监测电路可实时监测到发射端和接收端的信号情况，便于将电路调整到最佳运行状态。

【关键词】TDA2822；集成运放；红外通信；红外对管

Abstract：This article uses the integrated operational amplifier TDA2822M，infrared tube as a transceiver device，designed and fabricated infrared carrier transmitter and receive circuits to achieve a limited distance of the infrared optical communication.The device can be achieved in the range of 3.0m distance，the receiver can receive audio signals without distortion，while the real-time monitoring by the monitor circuit to the transmitter and the receiver signal conditions，easy to adjust to the optimal operation of the circuit.

Keywords：TDA2822M；integrated operational amplifier；infrared communication；infrared tube

20世纪90年代以来，光通信因其频带宽、容量大、抗干扰性强、保密性强等特点得到飞速发展，无论在国防领域还是日常通信中作用越来越大；而红外光属于不可光见范围内，具有抗干扰能力强，不易被捕捉，所以红外光通信具有较高的研究价值。

本装置系统设计采用红外对管作为收发器件，用TDA2822M集成运放及元件构成发射电路和接收电路并进行调制、解调、功率放大。整个系统稳定可靠，随着传输距离的改变，其信号强弱的变化可实时监测。该系统对于光通信的研究具有一定的参考价值。

1.基本原理及设计方案

利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，通过自然空间作为通信信道，发射系统采用电信号转换放大、调制，驱动红外发射管以红外光为载体发出光信号。红外光信号经过空间无线传输到达接收端。接收端将接收到的红外光信号后进行解调、放大、滤波、等处理后送给输出端，从而实现通信过程。监测电路用于对信号进行监测。其设计方案原理见图1。

图1 设计方案原理图

2.电路设计

2.1 发射端电路

采用一块双通道集成运放TDA2822M和元件红外发光管、电容、固定电阻、精密可调电阻及6V直流电源组成一个调制发射电路见图2所示。

图2 发射端电路

2.2 接收端电路

同样采用TDA2822M集成运放，元件9014三极管、固定电阻、精密可调电阻、电容、红外接收管、扬声器及6V直流电源组成一个解调接收电路。当调制光入射到红外接收管上时，输入光信号，经过解调放大后输出，在扬声器中输出音频信号；发射端与接收端独立用一个6V直流电源，可排除对电路系统的干扰。见图3所示。

图3 接收端电路

2.3 信号监测电路

利用一电压比较器LM393把接收端把信号取出来送入比较电路中，与6脚处所设置的基准电压相比较，利用比较后的输出电压驱动LED。当接收不到信发光二极管亮；反之，接收端接收到信号时，LED不亮；从而实现监测电路。见图4所示。

图4 信号监测电路

3.系统整体调试和测试结果

3.1 调试发送电路

将发射模块组装焊接好元件，接通电源，用示波器观测、调试电路，调整图2中精密可调电阻R*，使红外发射管处于最佳工作状态。

3.2 调试接收电路

同样的，把接收模块组装焊接好，接通电源，在接收端输入一个待调试信号，对电路中的偏置电阻和增益电阻进行调节，达到最佳效果。

3.3 整机调试

在进调试时，发射段和接收端要使用用独立的电源，以减小电源带来的干扰。改变传输距离由近到远进行系统对接调试，采用发射端输入800Hz单音信号；对固定好的电源、发射端和接收端进行调试。使接收端的红外管与发射端的红外管进行准直。以10.0cm距离为移动步长进行动态调试，使增益达到理想状态。

3.4 信号监测电路的调试

采用一挡光片在传输电路中对红外光进行遮挡和放开，从而对接收端的各个信号端口遮挡和不遮挡情况进行电压值比较选取二者变化较为明显的输出口作为比较电路的信号采集点，然后再调节此电路中的可调电阻，直到基准电压为二者的中间值即可实现监测功能。

4.测试结果

4.1 系统测试结果

当系统调试正常工作后，进行实地测试。在输入端输入-800Hz单音信号，测试结果在2.0m以内可以接受到不失真信号。用一障碍物挡在发射端和接收端之间，隔断光路信号立即消失，去掉障碍物信号立即恢复，说明信号确实由红外光在空间中传送，且当接收端接收不到信号时，监测电路中的发光二极管亮，系统实物见图5。

图5 系统实物图

图6 系统输出电压值与传输距离关系图

红外光在空气中传播有一定的衰减，本系统信号衰减就是由于红外光衰减造成的，为此专门探究信号衰减与距离关系。在输入端输入800Hz单音信号时，在输出端8Ω负载上，测得接收装置的输出电压有效值。逐渐改变传输距离，测出相应的输出电压值。数据见表1；根据数据表1做距离电压图见图6所示。

表1 输出电压有效值与距离关系数据表

距离/m 0.50 1.00 1.50 2.00

电压/v 0.90 0.69 0.57 0.47

距离/m 2.50 2.60 2.70 2.80

电压/v 0.43 0.43 0.42 0.41

距离/m 2.10 2.20 2.30 2.40

电压/v 0.46 0.45 0.44 0.44

距离/m 2.90 3.00 3.50 4.00

电压/v 0.41 0.40 0.40 0.38

由图6可看出，当传输距离大于2.0m后，信号衰减到最弱若采用红外光纤进行传输，信号衰减将显著减小。

5.结束语

由以上可知该系统成功实现了有限距离内红外光通信，系统采用集成运放TDA2822M及元件制作构成成本低廉，运行稳定、可靠。同理该装置也可采用其它集成运放进行制作与调试，亦能达到一样的效果，若在接收部分加上一功率放大电路可大大提高输出端的负载能力和降噪功能。

参考文献

[1]邱泰光，侯俊杰，王昆林.简易光通信演示器研究与制作[J].实验科学与技术，2013：187-188.

[2]王京生，王武廷.利用收音机制作激光通信演示器[J].大学物理实验，2008，21（1）：64-67

[3]张毅坤.单片机微型计算机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，1998.

[4]张先勇.电子技术基础[M].长沙：国防科技大学出版社，2002：85-100.

[5]张洪润，廖勇明，王德超.模拟电路与数字电路[M].北京：清华大学出版社，2009.

[6]李清泉.红外线转发器的制作[J].家用电器科技， 1995，3.

作者简介：刘勇（1991—），男，云南禄劝人，大学本科，现就读于楚雄师范学院物理与电子科学系。