一种红外语音和数据传输通信系统的制作方法

本发明涉及红外通信技术领域，具体涉及一种红外语音和数据传输通信系统。

背景技术：

红外技术是先进科学技术的重要组成部分，广泛应用在遥控和传输方面。红外通信是利用红外媒介来实现点间的近距离保密通信和信息转发的技术。它一般由红外发射和接收系统个部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，这就构成了红外通信系统。红外通信系统具有保密性强、信息容量大、结构简单、方向性好、免受电磁干扰、成本低廉、跨平台适应性好、传输速率高等优点，所以普遍用于点对点通信数据连接系统中。红外通信的最大特点在于它替代了传统的线缆连接，满足了不同平台设备连接时对于特制接口的要求，使得跨平台设备间的数据交换得以简化。由于红外线通信具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型继电器装置上也纷纷采用红外线通信技术，红外线通信技术不仅完全可靠而且能有效地隔离电器干扰。

而现常用的红外语音和数据传输通信系统有传输距离短的缺点，且温湿度等信号通过红外远距离传输容易导致信号失真，限制了在一些场合的使用。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种传输距离较远、温湿度信号传输正常的红外语音和数据传输通信系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种红外语音和数据传输通信系统，包括音频处理模块、温湿度传感器、温湿度信号调制模块、红外发射模块、中继转发模块和红外接收模块；所述音频处理模块的输出端和红外发射模块的输入端连接；所述温湿度传感器的输出端和温湿度信号调制模块的输入端连接；所述温湿度信号调制模块的输出端和所述红外发射模块的输入端连接；所述红外发射模块的输出端和中继转发模块的输入端连接；所述中继转发模块的输出端和红外接收模块的输入端连接；其中：

所述音频处理模块用来将语音信号进行滤波和放大限幅，并加到由时基电路构成的频率调制电路进行频率调制；

所述温湿度传感器用于检测环境的温湿度并发送给温湿度数字信号调制模块；

所述红外发射模块耦接于音频处理模块，用于将频率调制后的数据信号进行红外发送；

所述中继转发模块连接所述红外发射模块和所述红外接收模块，用于扩展红外通信距离；

所述红外接收模块包括红外接收电路、单片机、带通滤波器和温湿度显示器；所述红外接收电路连接所述单片机，所述单片机分别连接所述带通滤波器和温湿度显示器；所述红外接收电路用于接收中继转发模块发送的红外信号；所述单片机将红外接收电路发送来的红外信号按照NEC协议进行频率解调；所述带通滤波器用于将单片机解调后的语音信号滤波还原；所述温湿度显示器用于显示环境温湿度。

进一步地，所述红外语音和数据传输通信系统还包括电源模块，所述电源模块包括电压转化器和线性稳压器；所述电压转化器将输入的电源电压转换为模拟电压幅值并分别给音频处理模块、红外发射模块、中继转发模块和红外接收模块供电；所述线性稳压器连接所述电压转换器，用于稳定电源电压。

进一步地，所述音频信号处理模块包括依次连接的传声器、信号处理器和PWM调制模块；所述传声器用于获取语音信号；所述信号处理器将语音信号转变为二进制数字信号；所述PWM调制模块用于对二进制数字信号进行脉冲宽度调制并连接所述红外发射模块。

进一步地，所述红外发射模块中的时基电路型号为NE555时基电路振荡器。

进一步地，所述红外发射模块还包括红外发射电路；所述红外发射电路块包括电阻R1、电阻R2、三极管VT1、红外发光二极管LED、与非门模块A和与非门模块B；电阻R1的一端接电源模块，另一端接红外发光二极管LED的正极，所述红外发光二极管LED的负极连接三极管VT1的集电极，三极管VT1的发射极接地，三极管VT1的基极接电阻R2的一端，与非门模块A连接与非门模块B，与非门模块B连接电阻R2的另一端。

进一步地，所述红外发光二极管LED的型号为PH202红外发光二极管，所述与非门模块A和与非门模块B的型号均为SN74LS00四路二输入与非门电路。

进一步地，所述红外语音和数据传输通信系统还包括按键电路，所述按键电路连接所述单片机，用于控制红外信号的产生。

进一步地，所述线性稳压器采用5V的OLC线性稳压器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)本发明的一种红外语音和数据传输通信系统，利用红外发射模块和红外接收模块作为收发器件，用来定向传输语音信号，并能实时传输发射端的环境温度和湿度，使得语音信号和数字信号能够同时传输，且传输距离大于4m。其中，红外发射电路采用共发射极的放大电路，调整基极偏置，输入模拟信号经过电压与功率放大，红外发光二极管的输出功率也随着模拟信号而改变，从而将语音信号和温湿度发送出去，实现远距离传输，采用此方法操作简单、方便。

(2)本发明的一种红外语音和数据传输通信系统信号传输正常，无失真，环境温度传输最大误差为0.1℃，本系统与以往相比，结构更简洁，调试方便，并可获得更优良的工作性能，同时还可提高系统的抗干扰能力和可靠性。

(3)通过中继模块的转发，使红外信号输入与输出间可隔离传输，增强了本系统的抗干扰能力，并扩展了红外通信的传输距离；采用电源模块供电，能耗极低，稳定性强，使用时间长，辐射不到国际标准的百分之一，不存在同频干扰与相邻串扰的问题。

【附图说明】

图1为本发明的总体框图；

图2为本发明的红外发射电路图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明。

如图1所示，一种红外语音和数据传输通信系统，包括音频处理模块、温湿度传感器、温湿度信号调制模块、红外发射模块、中继转发模块和红外接收模块；所述音频处理模块的输出端和红外发射模块的输入端连接；所述温湿度传感器的输出端和温湿度信号调制模块的输入端连接；所述温湿度信号调制模块的输出端和所述红外发射模块的输入端连接；所述红外发射模块的输出端和中继转发模块的输入端连接；所述中继转发模块的输出端和红外接收模块的输入端连接；其中：

所述音频处理模块用来将语音信号进行滤波和放大限幅，并加到由时基电路构成的频率调制电路进行频率调制；

所述温湿度传感器用于检测环境的温湿度并发送给温湿度数字信号调制模块；

所述红外发射模块耦接于音频处理模块，用于将频率调制后的数据信号进行红外发送；

所述中继转发模块连接所述红外发射模块和所述红外接收模块，用于扩展红外通信距离；

所述红外接收模块包括红外接收电路、单片机、带通滤波器和温湿度显示器；所述红外接收电路连接所述单片机，所述单片机分别连接所述带通滤波器和温湿度显示器；所述红外接收电路用于接收中继转发模块发送的红外信号；所述单片机将红外接收电路发送来的红外信号按照NEC协议进行频率解调；所述带通滤波器用于将单片机解调后的语音信号滤波还原；所述温湿度显示器用于显示环境温湿度。

本发明的语音信号经脉宽调制后由红外发射模块送出，温湿度信号经温湿度信号调制模块调制后也由红外模块发送出；通过中继转发模块扩展通信的距离，再经红外接收模块接收以将信号滤波还原。本发明利用红外发射模块和红外接收模块作为收发器件，用来定向传输语音信号，并能实时传输发射端的环境温度和湿度，使得语音信号和数字信号能够同时传输。本实施例中PMW调制模块采用专用的PWM控制器TL494。使用该集成电路可使系统更简洁，并获得更优良的工作性能，同时还可提高系统的抗干扰能力和可靠性。

本发明的中继转发模块，用于连接红外发射模块和红外接收模块这两个不同的模块，。红外信号输入与输出间电气隔离，实现红外信号的隔离传输，可增强整个系统的抗干扰能力，并且具有扩展红外信号的通信距离的功能。所述中继转发模块可设置一个或多个，以扩展不同的传输距离。为了尽可能减小供电系统的供电电流，减小功耗，降低中继转发模块复杂性，中继模块只采用一个5V单电源供电；同时，在保证传递信号正常的情况下，增大中继转发模块功率负载的大小，进一步达到减小电流的目的。

本发明的带通滤波器采用LC无源带通滤波器，其低通频率上限为20.8kHz。选择电容的大小与通频带和波形的光滑程度有关。通过综合考虑并经实际测试表明，采用上述参数设计时，其波形输出情况最佳。本发明使用单片机来对红外信号进行解调，单片机先将红外接收电路发送来的红外信号进行模数转换，然后通过NEC红外编码协议将采用脉冲调制的红外信号进行解码，用单片机实现解调功能只需要占用1位I/O口，节省了单片机的I/O口资源，还可实现解调对红外信号频率的自动跟踪，大大提高传输的准确性，用单片机实现解调功能可以简化电路设计，减小电路板面积，降低系统成本。

作为一种优选，所述红外语音和数据传输通信系统还包括电源模块，所述电源模块包括电压转化器和线性稳压器；所述线性稳压器连接所述电压转换器；所述电压转化器将输入的电压转换为模拟电压幅值并分别给音频处理模块、温湿度传感器、红外发射模块、中继转发模块和红外接收模块供电，这样的设计可以增加电源的驱动能力，实现电压信号的远距离传输；降低电源的能耗，延长使用时间。由于用电压转化器分出来的电压是不稳定的，因此所述线性稳压器用于稳定电源电压，可以自动维持恒定电压，本实施例中采用5V的OLC线性稳压器，以减少载波干扰，极大地提高了信噪比。

作为一种优选，所述音频信号处理模块包括依次连接的传声器、信号处理器和PWM调制模块；所述传声器用于获取语音信号；所述信号处理器将语音信号转变为二进制数字信号；所述PWM调制模块用于对二进制数字信号进行脉冲宽度调制并连接所述红外发射模块。PWM调制是通过原始信号不同的幅值，经过微处理器的数字输出处理后，按比例输出不同的PWM波。本发明的PWM调制模块采用TL494对语音信号进行调制，TL494内部集成了一个振荡器、一个触发器、两个比较器以及两个误差放大器。

为了使红外信号能够正确的传送出去以及传送得更远，本发明在PWM调制模块的编码信号输出端加上一个高频载波信号。通过载波信号的调制，把编码信号的有用信息携带出去，这样信号的传送距离就能更长，而且能有效地避免干扰。作为一种优选，本发明红外发射模块中的时基电路选用型号为NE555时基电路振荡器，各参数设计均可按照其典型应用电路来进行选择。通过555时基电路和选择合适的外围元件组成频率为38KHz的载波脉冲振荡器。通过调节滑变电阻的阻值，可以调整使555的输出端输出为38KHz的载波信号。

如图2所示，本发明的红外发射模块还包括红外发射电路；所述红外发射电路块包括电阻R1、电阻R2、三极管VT1、红外发光二极管LED、与非门模块1和与非门模块2；电阻R1的一端接电源模块Vcc，另一端接红外发光二极管LED的正极，所述红外发光二极管LED的负极连接三极管VT1的集电极，三极管VT1的发射极接地，三极管VT1的基极接电阻R2的一端，与非门模块A连接与非门模块B，非门模块B连接电阻R2的另一端。红外发射电路是一个共发射极的放大电路，调整基极偏置，输入模拟信号经过电压与功率放大，所述红外发光二极管LED的输出功率也随着模拟信号而改变，红外发射电路将调制好的载波通过由三极管VT1驱动的红外发光二极管LED发射出去，可以实现远距离传输，采用此设计操作既简单又方便。由三极管VT1与两个与非门模块(A和B)串联组成的与非门电路，具有整流的作用，可以消除在串接时产生的电平偏离，提高带负载能力。其中，所述红外发光二极管LED1的型号为PH202红外发光二极管，所述红外接收电路中的三极管VT1为NPN三极管，所述与非门模块A和与非门模块B的型号均为SN74LS00四路二输入与非门电路。

本发明采用一按键电路来控制红外载波信号的产生，其中按键设为8个，为K0至K7，并分别接至单片机的P1.0至P1.8口。对应的红外发射频率分别为分别为300Hz、600Hz、900Hz、1200Hz、1500Hz、1800Hz、2100Hz和2400Hz。

本发明一种红外语音和数据传输通信系统的工作原理为：在音频处理模块中，所述传声器将获取的语音信号发送给所述信号处理器，所述信号处理器将语音信号转变为二进制数字信号；所述PWM调制模块用于对二进制数字信号进行调制。所述温湿度传感器将检测到的环境温湿度信号发送给温湿度数字信号调制模块，由所述温湿度数字信号调制模块将模拟的温湿度信号转换为数字温湿度信号。将调制后的语音信号和数字温湿度信号分别传到所述红外发射模块，所述红外发射电路产生38kHz的脉冲序列作为载波信号并通过红外发光二极管LED向外发射950nm的红外光束，所述红外发射电路块包括电阻R1、电阻R2、三极管VT1、红外发光二极管LED，与非门模块1和与非门模块2。为了延长传输距离和增强整个系统的抗干扰能力，所述红外发射模块通过一中继转发模块连接所述红外接收模块，所述红外接收电路将接收到的光脉冲转换成电信号，所述单片机将红外信号按照NEC协议进行频率解调，其中所述语音信号通过LC无源带通滤波器，进行滤波等处理后发送给扬声器。

本方案的电路比较简洁，且调试方便，成本较低，采用红外光通信系统进行传输，并且相比以往增加了红外中继转发模块，信号发射、接收、中继转发电路均采用分离元件实现，相比以往采用集成运放实现的方式，大大节约了成本。增大了传输距离，降低了整个系统的功耗。驱动能力强，可以在高频情况下工作，传输距离远；并且成本较低，利用红外光为传输载体完成语音的无线传输。这种通信系统传输速度快，干扰小，可靠性高，适合多种近距离无线通信场合使用，例如教室的语音教学系统、家庭居室、图书馆、医院等，在电子产品中具有广泛的发展潜力。

以上是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范。