一种红外光通信电路
阅读说明：本技术 一种红外光通信电路 (Infrared light communication circuit ) 是由 何流 蔡善忠 许国轩 周莉 陈华 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种红外光通信电路,包括滤波放大单元、信号编码单元、红外光发生单元、红外光接收单元、信号解码单元和功率放大单元和若干中继单元；滤波放大单元拾取音频模拟信号,对特定频带范围的音频信号进行放大后输出；信号编码单元对输入的音频模拟信号进行编码后输入红外光发生单元中；红外光发生单元将编码后的音频信号转换为脉冲信号后发出光红外光信号；红外光接收单元将接收到的红外光转换为电压信号并输入信号解码单元中解码后向功率放大单元输出模拟信号；功率放大单元将模拟信号进行功率放大后推动扬声器发出语音信号。(The invention provides an infrared light communication circuit, which comprises a filtering amplification unit, a signal coding unit, an infrared light generation unit, an infrared light receiving unit, a signal decoding unit, a power amplification unit and a plurality of relay units, wherein the filtering amplification unit is used for filtering infrared light; the filtering amplification unit picks up the audio analog signal, amplifies the audio signal in a specific frequency band range and outputs the amplified audio signal; the signal coding unit codes the input audio analog signal and inputs the coded signal into the infrared light generating unit; the infrared light generating unit converts the coded audio signal into a pulse signal and then sends out an optical infrared light signal; the infrared light receiving unit converts the received infrared light into a voltage signal, inputs the voltage signal into the signal decoding unit, decodes the voltage signal and outputs an analog signal to the power amplifying unit; the power amplification unit is used for carrying out power amplification on the analog signal and then pushing the loudspeaker to send out a voice signal.)
技术领域
本发明涉及红外光通信技术领域，尤其涉及一种红外光通信电路。
背景技术
从20世纪初期开始，无线通讯技术已经变成人类最常用的通信手段。相较于传统的光纤通信技术，无线通讯技术能够传输大容量的数据，例如语音、数据和图像，同时具有灵活性高，维护成本低以及不受线路布设空间限制等优点。比较典型的无线通信技术包括蓝牙技术、NFC、和红外光通信技术。蓝牙技术和NFC同属于近距无线传输技术，虽然它们能够实现无线传输数据，但由于成本过高，传输距离小，抗干扰能力弱和信息加密程度不足等缺点，使得蓝牙和NFC技术难以应用于长距离无线通信传输，限制了它们的大规模研发和推广。
红外光通信技术传输音频信号是通过红外光作为传输信息的信号，不用重新设立频率波段，所以红外光通信可以在一定空间内进行信息传输。由于红外光通信技术其具有成本低、功能强、传输速率高、传输容量大以及加密程度高等优点，目前红外光通信广泛应用于短距离数据和信息的传输，或者单个设备之间的文件交换。红外光传输音频信号的距离比较有限，限制了其具体应用范围。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种抗干扰能力强、功耗低、具有可扩展的远距离音频信号传输能力的红外光通信电路。
本发明提供了一种红外光通信电路，包括滤波放大单元(1)、信号编码单元(2)、红外光发生单元(3)、红外光接收单元(4)、信号解码单元(5)和功率放大单元(6)和若干中继单元(7)；滤波放大单元(1)的输出端与信号编码单元(2)的输入端电性连接，信号编码单元(2)的输出端与红外光发生单元(3)的输入端电性连接，红外光接收单元(4)接收红外光信号，红外光接收单元(4)的输出端与信号解码单元(5)的输入端电性连接，信号解码单元(5)的输出端与功率放大单元(6)的输入端电性连接；功率放大单元(6)的输出端与扬声器电性连接；
所述滤波放大单元(1)拾取音频模拟信号，对特定频带范围的音频信号进行放大后输出；
信号编码单元(2)对输入的音频模拟信号进行编码后输入红外光发生单元 (3)中；
红外光发生单元(3)将编码后的音频信号转换为脉冲信号后发出光红外光信号；
红外光接收单元(4)将接收到的红外光转换为电压信号并输入信号解码单元(5)中解码后向功率放大单元(6)输出模拟信号；
功率放大单元(6)将模拟信号进行功率放大后推动扬声器发出语音信号。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述信号编码单元(2)包括编码芯片 U1、电容C3和三极管Q1，音频模拟信号经麦克风变化为电压信号流经电容C3，电容C3对该电压信号滤波后输入编码芯片U1的模拟信号输入端，编码芯片U1 的数字信号输出端经过输出脉冲信号，该脉冲信号经三极管Q1放大后输出到红外光发生单元(3)的输入端；滤波放大单元(1)将输入的模拟信号滤波后转换为信源基带信号，该信源基带信号经过编码芯片U1模数转换输出脉冲信号。
进一步优选的，所述红外光发生单元(3)包括第一PMW发生器、第一与非门、第二与非门、第三与非门、三极管Q2、三极管Q3和发光二极管D4，第一与非门的第一输入端与三极管Q1的输出端电性连接，第一与非门的第二输入端与第三与非门的输出端电性连接，第三与非门的两个输入端均与第一PMW发生器的输出端电性连接；第一与非门的输出端与第二与非门的两个输入端并联，第二与非门的输出端与三极管Q2的基极电性连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的基极电性连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极分别与三极管Q2的集电极和发光二极管D4的负极并联，发光二极管D4的正极和三极管Q2的集电极均与VCC电源电性连接；第一PMW发生器发出的PMW信号与编码芯片U1输出的脉冲信号进行复合，由三极管Q2和Q3级联放大后驱动发光二极管D4发出红外光。
更进一步优选的，所述红外光接收单元(4)包括光敏二极管D5和三极管 Q4，光敏二极管的正极与三极管Q4的基极电性连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极与信号解码单元(5)的输入端电性连接；光敏二极管D5 的正极和三极管Q4的集电极还与+12V电源电性连接。
更进一步优选的，所述信号解码单元(5)包括第二PMW发生器和解码芯片U4，第二PMW发生器发出的PMW输入解码芯片U4的时钟引脚，且输入解码芯片U4的时钟频率与编码芯片U1的时钟频率相同；红外光接收单元(4) 的输出端与解码芯片U4的数字信号输入端电性连接，解码芯片U4的模拟信号输出端经过调压后与功率放大单元(6)的输入端电性连接；解码芯片U4将红外光接收单元(4)接收的脉冲信号进行数模转换，解码得到信源基带信号。
再进一步优选的，所述功率放大单元(6)包括运放U6，解码芯片U4的模拟信号输出端与运放U6的同相输入端电性连接，运放U6的反相输入端经电容 C13接地；运放U6的输出端并联有电容C15和电阻R43串联组成的滤波电路；运放U6的输出端对信源基带信号功率放大后推动扬声器发出语音信号。
更进一步的优选的，所述编码芯片U1和解码芯片U4为MC34115P或者 STM32单片机。
进一步优选的，所述滤波放大单元(1)包括运放U6和运放U7，运放U6 的同相输入端分别与电阻R50和电容C19的一端并联，电阻R50的另一端与音频模拟信号的输入端电性连接，电容C19的另一端接地；运放U6的同相输入端与输出端之间并联有电容C20；运放U6的反相输入端分别与电阻R52和电阻 R53的一端并联，电阻R52的另一端接地，电阻R53的另一端与运放U6的输出端并联；运放U6的输出端通过串联的电容C21和C22与运放U7的同相输入端电性连接，电容C21和电容C22的串联端与运放U7的输出端之间并联有电阻R54，运放U7的同相输入端还并联有电阻R55，运放U7的输出端并接有依次串联的两个电阻R56和R57，电阻R56和R57的串联端还与运放U7的反向输入端电性连接；运放U7的输出端与电容C3的一端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括中继单元(7)，中继单元(7) 包括光敏二极管D8、三极管Q5及发光二极管D9和D10，光敏二极管D8的正极与三极管Q5的基极电性连接，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极串联设置有发光二极管D9和D10；中继单元(7)位于红外光发生单元(3) 和红外光接收单元(4)之间，将红外光发生单元(3)发出的脉冲信号进行中继转发到红外光接收单元(4)的输入端。
本发明提供的一种红外光通信电路，相对于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本发明通过配置信号编码单元和信号解码单元，可以实现模拟信号的变换，尽可能的消除中继传输中的噪音干扰；红外光发生单元、红外光接收单元配合若干中继单元，使得红外光发生单元发出的脉冲信号能够无损的长距离传输，克服现有红外光通信受距离限制的问题；
(2)滤波放大单元对输入的音频模拟信号进行带通滤波，滤除其噪音部分，保留其能量的主要频带部分并进行放大；
(3)信号编码单元将输入的模拟信号进行数模转换，输出特定信源基带的脉冲信号供红外光发生单元进一步变换；
(4)红外光发生单元将第一PMW发生器发出的PMW信号与编码芯片U1输出的脉冲信号进行复合，由三极管Q2和Q3级联放大，提高带负载能力，输出能量较高的红外光信号；
(5)信号解码单元根据接收的脉冲信号进行数模转换，还原为信源基带信号；
(6)功率放大单元对信源基带信号功率放大后推动扬声器发出语音信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种红外光通信电路的系统框图；
图2为本发明一种红外光通信电路的信号编码单元的一种接线图；
图3为本发明一种红外光通信电路的红外光发生单元的一种接线图；
图4为本发明一种红外光通信电路的红外光接收单元和信号解码单元的一种接线图；
图5为本发明一种红外光通信电路的功率放大单元的一种接线图；
图6为本发明一种红外光通信电路的中继单元的接线图；
图7为本发明一种红外光通信电路的滤波放大单元的接线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，图中展示了一种红外光通信电路，包括滤波放大单元1、信号编码单元2、红外光发生单元3、红外光接收单元4、信号解码单元5和功率放大单元6和若干中继单元7；滤波放大单元1的输出端与信号编码单元2的输入端电性连接，信号编码单元2的输出端与红外光发生单元3的输入端电性连接，红外光接收单元4接收红外光信号，红外光接收单元4的输出端与信号解码单元5的输入端电性连接，信号解码单元5的输出端与功率放大单元6的输入端电性连接；功率放大单元6的输出端与扬声器电性连接；其中：
滤波放大单元1，拾取音频模拟信号，对特定频带范围的音频信号进行放大后输出；
信号编码单元2，对输入的音频模拟信号进行编码后输入红外光发生单元,3 中；
红外光发生单元3，将编码后的音频信号转换为脉冲信号后发出光红外光信号；
红外光接收单元4，将接收到的红外光转换为电压信号并输入信号解码单元 5中解码后向功率放大单元6输出模拟信号；
信号解码单元5将受到的脉冲信号转换为模拟信号；
功率放大单元6将模拟信号进行功率放大后推动扬声器发出语音信号。
如图2所示，图示展示了一种信号编码单元2的接线图。信号编码单元2 包括编码芯片U1、电容C3和三极管Q1，音频模拟信号经麦克风变化为电压信号流经电容C3，电容C3对该电压信号滤波后输入编码芯片U1的模拟信号输入端，编码芯片U1的数字信号输出端经过输出脉冲信号，该脉冲信号经三极管 Q1放大后输出到红外光发生单元3的输入端；滤波放大单元1将输入的模拟信号滤波后转换为信源基带信号，该信源基带信号经过编码芯片U1模数转换输出脉冲信号。图示的编码芯片U1为MC34115P，这是一种调制解调器，既可实现调制功能，也可实现解调功能。由电容C3输入的模拟信号输入编码芯片U1的引脚1中；引脚2为反馈输入端，编码工作时，本地模拟信号从该端输入编码芯片U1内的比较器中，译码工作时，该引脚悬空或者与引脚10连接；编码芯片U1的引脚9为数字输出端，也是编码输出，与TTL或者CMOS兼容，电平比较低，因此采用了三极管Q1进行放大输出，输出电压为V1。引脚10为参考电压输出端。引脚14为编译码时钟输入端，决定了该芯片的工作速率，可选择 8KHz、16KHz、32KHz或者64KHz。引脚15是编码译码选择功能，高电平时为编码功能，低电平时为译码功能。图示的引脚1还与一运放的同相输入端并联，运放的输出端作为引脚4增量控制输入端的输入信号。
如图7所示，滤波放大单元1包括运放U6和运放U7，运放U6的同相输入端分别与电阻R50和电容C19的一端并联，电阻R50的另一端与音频模拟信号的输入端电性连接，电容C19的另一端接地；运放U6的同相输入端与输出端之间并联有电容C20；运放U6的反相输入端分别与电阻R52和电阻R53的一端并联，电阻R52的另一端接地，电阻R53的另一端与运放U6的输出端并联；运放U6的输出端通过串联的电容C21和C22与运放U7的同相输入端电性连接，电容C21和电容C22的串联端与运放U7的输出端之间并联有电阻R54，运放 U7的同相输入端还并联有电阻R55，运放U7的输出端并接有依次串联的两个电阻R56和R57，电阻R56和R57的串联端还与运放U7的反向输入端电性连接；运放U7的输出端与电容C3的一端电性连接。滤波放大单元1通过两级运放实现带通滤波，筛选340Hz—3KHz之间的声音频率。
如图3所示，红外光发生单元3包括第一PMW发生器、第一与非门、第二与非门、第三与非门、三极管Q2、三极管Q3和发光二极管D4，第一与非门的第一输入端与三极管Q1的输出端电性连接，第一与非门的第二输入端与第三与非门的输出端电性连接，第三与非门的两个输入端均与第一PMW发生器的输出端电性连接；第一与非门的输出端与第二与非门的两个输入端并联，第二与非门的输出端与三极管Q2的基极电性连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的基极电性连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极分别与三极管Q2 的集电极和发光二极管D4的负极并联，发光二极管D4的正极和三极管Q2的集电极均与VCC电源电性连接；第一PMW发生器发出的PMW信号与编码芯片U1输出的脉冲信号进行复合，由三极管Q2和Q3级联放大后驱动发光二极管D4发出红外光。第一PMW发生器可以采用常见的PMW波发生芯片产生，也可以采用STM32单片机的PMW输出端实现。第一与非门、第二与非门和第三与非门可以采用一个集成芯片U3 CD4011B实现。调理后的脉冲波形输入级联的三极管Q2和三极管Q3中，发光二极管D3设置在三极管Q2的集电极上，可作为工作指示信号，发光二极管D4发出红外光。
如图4所示，红外光接收单元4包括光敏二极管D5和三极管Q4，光敏二极管的正极与三极管Q4的基极电性连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4 的集电极与信号解码单元5的输入端电性连接；光敏二极管D5的正极和三极管 Q4的集电极还与+12V电源电性连接。光敏二极管D5接收到红外光信号后会产生相应的信号，由三极管Q4放大后输入信号解码单元5的输入端中。
同样如图4所示，信号解码单元5包括第二PMW发生器和解码芯片U4，第二PMW发生器发出的PMW输入解码芯片U4的时钟引脚，且输入解码芯片 U4的时钟频率与编码芯片U1的时钟频率相同；红外光接收单元4的输出端与解码芯片U4的数字信号输入端电性连接，解码芯片U4的模拟信号输出端经过调压后与功率放大单元6的输入端电性连接；解码芯片U4将红外光接收单元4 接收的脉冲信号进行数模转换，解码得到信源基带信号。解码芯片U4也可以采用MC34115P，此时工作在解码状态。信号由引脚13输入，解码信号由引脚7 输出。第二PMW发生器相应的发生PMW波形作为解码芯片U4的时钟信号。
如图5所示，功率放大单元6包括运放U6，解码芯片U4的模拟信号输出端与运放U6的同相输入端电性连接，运放U6的反相输入端经电容C13接地；运放U6的输出端并联有电容C15和电阻R43串联组成的滤波电路；运放U6的输出端对信源基带信号功率放大后推动扬声器发出语音信号。
如图6所示，中继单元7包括光敏二极管D8、三极管Q5及发光二极管D9 和D10，光敏二极管D8的正极与三极管Q5的基极电性连接，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极串联设置有发光二极管D9和D10；中继单元7 位于红外光发生单元3和红外光接收单元4之间，将红外光发生单元3发出的脉冲信号进行中继转发到红外光接收单元4的输入端。等间隔的设置中继单元7，可以保证信号不因距离延长而衰减。
当然，本发明的编码芯片U1和解码芯片U4还可以采用STM32单片机，单片机自带ADC功能和PMW输出功能，集成度更高，可简化电路结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。