20世紀(jì)90年代以來，光通信因其頻帶寬、容量大、抗干擾性強、保密性強等特點得到飛速發(fā)展，無論在國防領(lǐng)域還是日常通信中作用越來越大;而紅外光屬于不可光見范圍內(nèi)，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價值。

本裝置系統(tǒng)設(shè)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(gòu)成發(fā)射電路和接收電路并進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)、功率放大。整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，隨著傳輸距離的改變，其信號強弱的變化可實時監(jiān)測。

1.基本原理及設(shè)計方案

利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，通過自然空間作為通信信道，發(fā)射系統(tǒng)采用電信號轉(zhuǎn)換放大、調(diào)制，驅(qū)動紅外發(fā)射管以紅外光為載體發(fā)出光信號。紅外光信號經(jīng)過空間無線傳輸到達(dá)接收端。接收端將接收到的紅外光信號后進(jìn)行解調(diào)、放大、濾波、等處理后送給輸出端，從而實現(xiàn)通信過程。監(jiān)測電路用于對信號進(jìn)行監(jiān)測。其設(shè)計方案原理見圖1.

2.電路設(shè)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(diào)電阻及6V直流電源組成一個調(diào)制發(fā)射電路見圖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(diào)電阻、電容、紅外接收管、揚聲器及6V直流電源組成一個解調(diào)接收電路。當(dāng)調(diào)制光入射到紅外接收管上時，輸入光信號，經(jīng)過解調(diào)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6V直流電源，可排除對電路系統(tǒng)的干擾。見圖3所示。

2.3 信號監(jiān)測電路

利用一電壓比較器LM393把接收端把信號取出來送入比較電路中，與6腳處所設(shè)置的基準(zhǔn)電壓相比較，利用比較后的輸出電壓驅(qū)動LED.當(dāng)接收不到信發(fā)光二極管亮;反之，接收端接收到信號時，LED不亮;從而實現(xiàn)監(jiān)測電路。見圖4所示。

3.系統(tǒng)整體調(diào)試和測試結(jié)果

3.1 調(diào)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，用示波器觀測、調(diào)試電路，調(diào)整圖2中精密可調(diào)電阻R*,使紅外發(fā)射管處于最佳工作狀態(tài)。

3.2 調(diào)試接收電路

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

3.3 整機調(diào)試

在進(jìn)調(diào)試時，發(fā)射段和接收端要使用用獨立的電源，以減小電源帶來的干擾。改變傳輸距離由近到遠(yuǎn)進(jìn)行系統(tǒng)對接調(diào)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(diào)試。使接收端的紅外管與發(fā)射端的紅外管進(jìn)行準(zhǔn)直。以10.0cm距離為移動步長進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，使增益達(dá)到理想狀態(tài)。

3.4 信號監(jiān)測電路的調(diào)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，從而對接收端的各個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，然后再調(diào)節(jié)此電路中的可調(diào)電阻，直到基準(zhǔn)電壓為二者的中間值即可實現(xiàn)監(jiān)測功能。

4.測試結(jié)果

4.1 系統(tǒng)測試結(jié)果

當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試正常工作后，進(jìn)行實地測試。在輸入端輸入-800Hz單音信號，測試結(jié)果在2.0m以內(nèi)可以接受到不失真信號。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(fù)，說明信號確實由紅外光在空間中傳送，且當(dāng)接收端接收不到信號時，監(jiān)測電路中的發(fā)光二極管亮，系統(tǒng)實物見圖5.

紅外光在空氣中傳播有一定的衰減，本系統(tǒng)信號衰減就是由于紅外光衰減造成的，為此專門探究信號衰減與距離關(guān)系。在輸入端輸入800Hz單音信號時，在輸出端8Ω負(fù)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(yīng)的輸出電壓值。數(shù)據(jù)見表1;根據(jù)數(shù)據(jù)表1做距離電壓圖見圖6所示。

由圖6可看出，當(dāng)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，信號衰減將顯著減小。

5.結(jié)束語

由以上可知該方案成功實現(xiàn)了有限距離內(nèi)紅外光通信，方案中設(shè)計的系統(tǒng)采用集成運放TDA2822M及外圍元件制作構(gòu)成成本低廉，運行穩(wěn)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(diào)試，亦能達(dá)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(fù)載能力和降噪功能。