PAM调制型语音红外通信系统的设计

丁国臣　姜玉红　王高翔

摘要：本系统能够通过脉冲幅度调制与解调技术，实现语音信号在38kHz上的红外无线高质量传输。语音信号在系统中经过PAM调制后加载在红外发射管上发射，能在2米或更远的距离外接收到，并经过放大、滤波和功放后，还原出清晰、低噪的语音信号。系统功能完善，达到了所有指标要求。

关键词：脉冲幅度调制；语音传输；红外通信

中图分类号：TN714 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）29-0216-03

本设计为参加我院电子制作比赛的作品。它采用脉冲幅度调制红外发射方式传送语音信号，具有传输稳定、抗干扰能力强的优点。1方案论证与比较

方案一：采用直接发射方式。此方案简单易行，电路简单，时延小，但是红外信号衰减大，且易受环境噪声影响。

方案二：采用AM幅度调制发射方式。将语音信号调制到38kHz载波信号上进行发射，可大幅提高信号的传输距离，而且易于解调，但是模拟调制易受噪声影响。

方案三：采用PAM脉冲幅度调制红外发射方式。38kHz的脉冲信号与语音信号在相乘器中相乘，可以实现PAM调制，语音传输抗干扰性能可以大幅提高，且载波信号不需要同步。

综上所述，考虑到系统的传输性能和稳定性，故采用方案三。

2系统总体设计方案与实现框图

根据设计方案，本语音红外通信系统总体框图如图1所示。系统主要由发射和接收两大部分组成。发射部分先将输入的语音信号进行放大和滤波，同时通过温度传感器测量发射端的温度，再进行脉冲幅度调制，最后经红外信道发送出去。接收部分将接收到的红外信号经过识别放大后一路经解调后送数码显示器，另一路经解调后进行功率放大，送扬声器。

3理论分析与计算

3.1PAn调制原理

脉冲振幅调制（Pulse Amplitude Modulation）是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。采用窄脉冲串作载波信号，使用MC1496芯片构成调制乘法器，基带信号和载波信号在乘法器中相乘即可得到调制信号；调制信号与载波信号再次输入乘法器中相乘即可解调出基带信号。

3.2红外通信原理

红外通信是利用950nm近红外波段红外线作为传递信息媒体，即通信信道。红外通信有发送和接收两个组成部分，将38kHz调制信号加载在红外发射二极管两端就能以红外光的形式发射出去。HS0038B型红外接收头能较好地接收38kHz的调制信号，经过放大、滤波等处理即可实现红外通信。

3.3滤波器截止频率的计算

本装置输入的语音信号频率范围是300Hz～3400Hz，为了滤除多余的杂波，需要设计带通滤波器，带通滤波器电路如图2所示。

4电路与程序设计

4.1红外发射模块

红外发射电路如图3所示。这是一个共发射极放大电路，当输入模拟信号，晶体管集电极电流随模拟信号强度变化而变化，于是，LED的输出光功率也随模拟信号而变化。

4.2红外接收放大模块

红外接收模块电路见图4。接收模块由一个红外接收管用来接收由发送端发射的红外信号。接收二极管并联一个电位器，用来调整接收灵敏度。由于红外信号较弱，后面再加一级放大电路，电压放大倍数设为5。

4.3调制解调模块

调制解调模块是由乘法器芯片MC1596组成的线性平衡调制器，基带信号和载波信号分别由MC1596的7脚和1脚输入，经相乘后由6脚输出，见图5。该模块通常用于模拟信号的抑制载波的双边带调制（DSB），同样适用于PAM调制。

解调时，接收到的红外调制信号和载波信号同样从1脚和7脚输入，经相乘后即可解调出基带信号。调制和解调所使用的载波仅要求频率相近，对相位没有要求，因此易于实现PAM调制。

4.4载波生成模块

38kHz载波由555定时器构成的多谐振荡器产生，由于PAM调制的原理与抽样定理类似，因此在PAM调制中使用的载波对占空比没有要求。电路见图6。

5测试方案与测试结果

测试采用以下几种方案来检测本红外通信装置性能。

5.1测试仪器

5.2方案一测试结果

方案一：输入的语音信号不变，红外通信的距离分别在0.5m，1m，1.5m，2m，2.5m，3m处查看接收声音的效果如何。

测试结果表明，在2内传输效果较好。

5.3方案二测试结果

方案二：输入的语言信号由外接的信号源代替，输入的信号源幅度为0.5mVpp，频率由200Hz，300Hz，1000Hz，1300Hz，2300Hz，3000Hz，3500Hz，4000Hz依次變化。

测试结果表明，输出信号幅度满足频带要求。

5.4方案三测试结果

方案三：当发射端输入语音信号改为800Hz单音信号时，在813.电阻负载上，测试接收装置在0.5m，1m，1.5m，2m，2.5m，3m处的输出电压有效值。

测试结果表明，在规定距离内输出信号幅度满足系统要求。

5.5噪声测试

不改变电路状态，减小发射端输入信号的幅度至0V，测量此时接收装置输出端噪声电压的读数为89.5mV。

6总结

测试结果表明，输入频率范围为300Hz～3400Hz的语音信号能经红外传播2m，接收无明显失真，装置性能良好，基本达到要求。