本發(fā)明涉及紅外通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

紅外技術(shù)是先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用在遙控和傳輸方面。紅外通信是利用紅外媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)。它一般由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)個(gè)部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào)，而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測(cè)器進(jìn)行接收，這就構(gòu)成了紅外通信系統(tǒng)。紅外通信系統(tǒng)具有保密性強(qiáng)、信息容量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方向性好、免受電磁干擾、成本低廉、跨平臺(tái)適應(yīng)性好、傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)，所以普遍用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信數(shù)據(jù)連接系統(tǒng)中。紅外通信的最大特點(diǎn)在于它替代了傳統(tǒng)的線纜連接，滿足了不同平臺(tái)設(shè)備連接時(shí)對(duì)于特制接口的要求，使得跨平臺(tái)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換得以簡(jiǎn)化。由于紅外線通信具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)以及玩具等其他小型繼電器裝置上也紛紛采用紅外線通信技術(shù)，紅外線通信技術(shù)不僅完全可靠而且能有效地隔離電器干擾。

而現(xiàn)常用的紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)有傳輸距離短的缺點(diǎn)，且溫濕度等信號(hào)通過(guò)紅外遠(yuǎn)距離傳輸容易導(dǎo)致信號(hào)失真，限制了在一些場(chǎng)合的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種傳輸距離較遠(yuǎn)、溫濕度信號(hào)傳輸正常的紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)，包括音頻處理模塊、溫濕度傳感器、溫濕度信號(hào)調(diào)制模塊、紅外發(fā)射模塊、中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊和紅外接收模塊；所述音頻處理模塊的輸出端和紅外發(fā)射模塊的輸入端連接；所述溫濕度傳感器的輸出端和溫濕度信號(hào)調(diào)制模塊的輸入端連接；所述溫濕度信號(hào)調(diào)制模塊的輸出端和所述紅外發(fā)射模塊的輸入端連接；所述紅外發(fā)射模塊的輸出端和中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊的輸入端連接；所述中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊的輸出端和紅外接收模塊的輸入端連接；其中：

所述音頻處理模塊用來(lái)將語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波和放大限幅，并加到由時(shí)基電路構(gòu)成的頻率調(diào)制電路進(jìn)行頻率調(diào)制；

所述溫濕度傳感器用于檢測(cè)環(huán)境的溫濕度并發(fā)送給溫濕度數(shù)字信號(hào)調(diào)制模塊；

所述紅外發(fā)射模塊耦接于音頻處理模塊，用于將頻率調(diào)制后的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行紅外發(fā)送；

所述中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊連接所述紅外發(fā)射模塊和所述紅外接收模塊，用于擴(kuò)展紅外通信距離；

所述紅外接收模塊包括紅外接收電路、單片機(jī)、帶通濾波器和溫濕度顯示器；所述紅外接收電路連接所述單片機(jī)，所述單片機(jī)分別連接所述帶通濾波器和溫濕度顯示器；所述紅外接收電路用于接收中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊發(fā)送的紅外信號(hào)；所述單片機(jī)將紅外接收電路發(fā)送來(lái)的紅外信號(hào)按照NEC協(xié)議進(jìn)行頻率解調(diào)；所述帶通濾波器用于將單片機(jī)解調(diào)后的語(yǔ)音信號(hào)濾波還原；所述溫濕度顯示器用于顯示環(huán)境溫濕度。

進(jìn)一步地，所述紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)還包括電源模塊，所述電源模塊包括電壓轉(zhuǎn)化器和線性穩(wěn)壓器；所述電壓轉(zhuǎn)化器將輸入的電源電壓轉(zhuǎn)換為模擬電壓幅值并分別給音頻處理模塊、紅外發(fā)射模塊、中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊和紅外接收模塊供電；所述線性穩(wěn)壓器連接所述電壓轉(zhuǎn)換器，用于穩(wěn)定電源電壓。

進(jìn)一步地，所述音頻信號(hào)處理模塊包括依次連接的傳聲器、信號(hào)處理器和PWM調(diào)制模塊；所述傳聲器用于獲取語(yǔ)音信號(hào)；所述信號(hào)處理器將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字信號(hào)；所述PWM調(diào)制模塊用于對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制并連接所述紅外發(fā)射模塊。

進(jìn)一步地，所述紅外發(fā)射模塊中的時(shí)基電路型號(hào)為NE555時(shí)基電路振蕩器。

進(jìn)一步地，所述紅外發(fā)射模塊還包括紅外發(fā)射電路；所述紅外發(fā)射電路塊包括電阻R1、電阻R2、三極管VT1、紅外發(fā)光二極管LED、與非門模塊A和與非門模塊B；電阻R1的一端接電源模塊，另一端接紅外發(fā)光二極管LED的正極，所述紅外發(fā)光二極管LED的負(fù)極連接三極管VT1的集電極，三極管VT1的發(fā)射極接地，三極管VT1的基極接電阻R2的一端，與非門模塊A連接與非門模塊B，與非門模塊B連接電阻R2的另一端。

進(jìn)一步地，所述紅外發(fā)光二極管LED的型號(hào)為PH202紅外發(fā)光二極管，所述與非門模塊A和與非門模塊B的型號(hào)均為SN74LS00四路二輸入與非門電路。

進(jìn)一步地，所述紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)還包括按鍵電路，所述按鍵電路連接所述單片機(jī)，用于控制紅外信號(hào)的產(chǎn)生。

進(jìn)一步地，所述線性穩(wěn)壓器采用5V的OLC線性穩(wěn)壓器。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的一種紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)，利用紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊作為收發(fā)器件，用來(lái)定向傳輸語(yǔ)音信號(hào)，并能實(shí)時(shí)傳輸發(fā)射端的環(huán)境溫度和濕度，使得語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)字信號(hào)能夠同時(shí)傳輸，且傳輸距離大于4m。其中，紅外發(fā)射電路采用共發(fā)射極的放大電路，調(diào)整基極偏置，輸入模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓與功率放大，紅外發(fā)光二極管的輸出功率也隨著模擬信號(hào)而改變，從而將語(yǔ)音信號(hào)和溫濕度發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，采用此方法操作簡(jiǎn)單、方便。

(2)本發(fā)明的一種紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸正常，無(wú)失真，環(huán)境溫度傳輸最大誤差為0.1℃，本系統(tǒng)與以往相比，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)潔，調(diào)試方便，并可獲得更優(yōu)良的工作性能，同時(shí)還可提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。

(3)通過(guò)中繼模塊的轉(zhuǎn)發(fā)，使紅外信號(hào)輸入與輸出間可隔離傳輸，增強(qiáng)了本系統(tǒng)的抗干擾能力，并擴(kuò)展了紅外通信的傳輸距離；采用電源模塊供電，能耗極低，穩(wěn)定性強(qiáng)，使用時(shí)間長(zhǎng)，輻射不到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的百分之一，不存在同頻干擾與相鄰串?dāng)_的問(wèn)題。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本發(fā)明的總體框圖；

圖2為本發(fā)明的紅外發(fā)射電路圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，一種紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)，包括音頻處理模塊、溫濕度傳感器、溫濕度信號(hào)調(diào)制模塊、紅外發(fā)射模塊、中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊和紅外接收模塊；所述音頻處理模塊的輸出端和紅外發(fā)射模塊的輸入端連接；所述溫濕度傳感器的輸出端和溫濕度信號(hào)調(diào)制模塊的輸入端連接；所述溫濕度信號(hào)調(diào)制模塊的輸出端和所述紅外發(fā)射模塊的輸入端連接；所述紅外發(fā)射模塊的輸出端和中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊的輸入端連接；所述中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊的輸出端和紅外接收模塊的輸入端連接；其中：

所述音頻處理模塊用來(lái)將語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波和放大限幅，并加到由時(shí)基電路構(gòu)成的頻率調(diào)制電路進(jìn)行頻率調(diào)制；

所述溫濕度傳感器用于檢測(cè)環(huán)境的溫濕度并發(fā)送給溫濕度數(shù)字信號(hào)調(diào)制模塊；

所述紅外發(fā)射模塊耦接于音頻處理模塊，用于將頻率調(diào)制后的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行紅外發(fā)送；

所述中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊連接所述紅外發(fā)射模塊和所述紅外接收模塊，用于擴(kuò)展紅外通信距離；

所述紅外接收模塊包括紅外接收電路、單片機(jī)、帶通濾波器和溫濕度顯示器；所述紅外接收電路連接所述單片機(jī)，所述單片機(jī)分別連接所述帶通濾波器和溫濕度顯示器；所述紅外接收電路用于接收中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊發(fā)送的紅外信號(hào)；所述單片機(jī)將紅外接收電路發(fā)送來(lái)的紅外信號(hào)按照NEC協(xié)議進(jìn)行頻率解調(diào)；所述帶通濾波器用于將單片機(jī)解調(diào)后的語(yǔ)音信號(hào)濾波還原；所述溫濕度顯示器用于顯示環(huán)境溫濕度。

本發(fā)明的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)脈寬調(diào)制后由紅外發(fā)射模塊送出，溫濕度信號(hào)經(jīng)溫濕度信號(hào)調(diào)制模塊調(diào)制后也由紅外模塊發(fā)送出；通過(guò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊擴(kuò)展通信的距離，再經(jīng)紅外接收模塊接收以將信號(hào)濾波還原。本發(fā)明利用紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊作為收發(fā)器件，用來(lái)定向傳輸語(yǔ)音信號(hào)，并能實(shí)時(shí)傳輸發(fā)射端的環(huán)境溫度和濕度，使得語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)字信號(hào)能夠同時(shí)傳輸。本實(shí)施例中PMW調(diào)制模塊采用專用的PWM控制器TL494。使用該集成電路可使系統(tǒng)更簡(jiǎn)潔，并獲得更優(yōu)良的工作性能，同時(shí)還可提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。

本發(fā)明的中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊，用于連接紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊這兩個(gè)不同的模塊，。紅外信號(hào)輸入與輸出間電氣隔離，實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)的隔離傳輸，可增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，并且具有擴(kuò)展紅外信號(hào)的通信距離的功能。所述中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)，以擴(kuò)展不同的傳輸距離。為了盡可能減小供電系統(tǒng)的供電電流，減小功耗，降低中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊復(fù)雜性，中繼模塊只采用一個(gè)5V單電源供電；同時(shí)，在保證傳遞信號(hào)正常的情況下，增大中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊功率負(fù)載的大小，進(jìn)一步達(dá)到減小電流的目的。

本發(fā)明的帶通濾波器采用LC無(wú)源帶通濾波器，其低通頻率上限為20.8kHz。選擇電容的大小與通頻帶和波形的光滑程度有關(guān)。通過(guò)綜合考慮并經(jīng)實(shí)際測(cè)試表明，采用上述參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，其波形輸出情況最佳。本發(fā)明使用單片機(jī)來(lái)對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，單片機(jī)先將紅外接收電路發(fā)送來(lái)的紅外信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)NEC紅外編碼協(xié)議將采用脈沖調(diào)制的紅外信號(hào)進(jìn)行解碼，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能只需要占用1位I/O口，節(jié)省了單片機(jī)的I/O口資源，還可實(shí)現(xiàn)解調(diào)對(duì)紅外信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，大大提高傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，減小電路板面積，降低系統(tǒng)成本。

作為一種優(yōu)選，所述紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)還包括電源模塊，所述電源模塊包括電壓轉(zhuǎn)化器和線性穩(wěn)壓器；所述線性穩(wěn)壓器連接所述電壓轉(zhuǎn)換器；所述電壓轉(zhuǎn)化器將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為模擬電壓幅值并分別給音頻處理模塊、溫濕度傳感器、紅外發(fā)射模塊、中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊和紅外接收模塊供電，這樣的設(shè)計(jì)可以增加電源的驅(qū)動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸；降低電源的能耗，延長(zhǎng)使用時(shí)間。由于用電壓轉(zhuǎn)化器分出來(lái)的電壓是不穩(wěn)定的，因此所述線性穩(wěn)壓器用于穩(wěn)定電源電壓，可以自動(dòng)維持恒定電壓，本實(shí)施例中采用5V的OLC線性穩(wěn)壓器，以減少載波干擾，極大地提高了信噪比。

作為一種優(yōu)選，所述音頻信號(hào)處理模塊包括依次連接的傳聲器、信號(hào)處理器和PWM調(diào)制模塊；所述傳聲器用于獲取語(yǔ)音信號(hào)；所述信號(hào)處理器將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字信號(hào)；所述PWM調(diào)制模塊用于對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制并連接所述紅外發(fā)射模塊。PWM調(diào)制是通過(guò)原始信號(hào)不同的幅值，經(jīng)過(guò)微處理器的數(shù)字輸出處理后，按比例輸出不同的PWM波。本發(fā)明的PWM調(diào)制模塊采用TL494對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，TL494內(nèi)部集成了一個(gè)振蕩器、一個(gè)觸發(fā)器、兩個(gè)比較器以及兩個(gè)誤差放大器。

為了使紅外信號(hào)能夠正確的傳送出去以及傳送得更遠(yuǎn)，本發(fā)明在PWM調(diào)制模塊的編碼信號(hào)輸出端加上一個(gè)高頻載波信號(hào)。通過(guò)載波信號(hào)的調(diào)制，把編碼信號(hào)的有用信息攜帶出去，這樣信號(hào)的傳送距離就能更長(zhǎng)，而且能有效地避免干擾。作為一種優(yōu)選，本發(fā)明紅外發(fā)射模塊中的時(shí)基電路選用型號(hào)為NE555時(shí)基電路振蕩器，各參數(shù)設(shè)計(jì)均可按照其典型應(yīng)用電路來(lái)進(jìn)行選擇。通過(guò)555時(shí)基電路和選擇合適的外圍元件組成頻率為38KHz的載波脈沖振蕩器。通過(guò)調(diào)節(jié)滑變電阻的阻值，可以調(diào)整使555的輸出端輸出為38KHz的載波信號(hào)。

如圖2所示，本發(fā)明的紅外發(fā)射模塊還包括紅外發(fā)射電路；所述紅外發(fā)射電路塊包括電阻R1、電阻R2、三極管VT1、紅外發(fā)光二極管LED、與非門模塊1和與非門模塊2；電阻R1的一端接電源模塊Vcc，另一端接紅外發(fā)光二極管LED的正極，所述紅外發(fā)光二極管LED的負(fù)極連接三極管VT1的集電極，三極管VT1的發(fā)射極接地，三極管VT1的基極接電阻R2的一端，與非門模塊A連接與非門模塊B，非門模塊B連接電阻R2的另一端。紅外發(fā)射電路是一個(gè)共發(fā)射極的放大電路，調(diào)整基極偏置，輸入模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓與功率放大，所述紅外發(fā)光二極管LED的輸出功率也隨著模擬信號(hào)而改變，紅外發(fā)射電路將調(diào)制好的載波通過(guò)由三極管VT1驅(qū)動(dòng)的紅外發(fā)光二極管LED發(fā)射出去，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，采用此設(shè)計(jì)操作既簡(jiǎn)單又方便。由三極管VT1與兩個(gè)與非門模塊(A和B)串聯(lián)組成的與非門電路，具有整流的作用，可以消除在串接時(shí)產(chǎn)生的電平偏離，提高帶負(fù)載能力。其中，所述紅外發(fā)光二極管LED1的型號(hào)為PH202紅外發(fā)光二極管，所述紅外接收電路中的三極管VT1為NPN三極管，所述與非門模塊A和與非門模塊B的型號(hào)均為SN74LS00四路二輸入與非門電路。

本發(fā)明采用一按鍵電路來(lái)控制紅外載波信號(hào)的產(chǎn)生，其中按鍵設(shè)為8個(gè)，為K0至K7，并分別接至單片機(jī)的P1.0至P1.8口。對(duì)應(yīng)的紅外發(fā)射頻率分別為分別為300Hz、600Hz、900Hz、1200Hz、1500Hz、1800Hz、2100Hz和2400Hz。

本發(fā)明一種紅外語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)的工作原理為：在音頻處理模塊中，所述傳聲器將獲取的語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送給所述信號(hào)處理器，所述信號(hào)處理器將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字信號(hào)；所述PWM調(diào)制模塊用于對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。所述溫濕度傳感器將檢測(cè)到的環(huán)境溫濕度信號(hào)發(fā)送給溫濕度數(shù)字信號(hào)調(diào)制模塊，由所述溫濕度數(shù)字信號(hào)調(diào)制模塊將模擬的溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫濕度信號(hào)。將調(diào)制后的語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)字溫濕度信號(hào)分別傳到所述紅外發(fā)射模塊，所述紅外發(fā)射電路產(chǎn)生38kHz的脈沖序列作為載波信號(hào)并通過(guò)紅外發(fā)光二極管LED向外發(fā)射950nm的紅外光束，所述紅外發(fā)射電路塊包括電阻R1、電阻R2、三極管VT1、紅外發(fā)光二極管LED，與非門模塊1和與非門模塊2。為了延長(zhǎng)傳輸距離和增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，所述紅外發(fā)射模塊通過(guò)一中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊連接所述紅外接收模塊，所述紅外接收電路將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，所述單片機(jī)將紅外信號(hào)按照NEC協(xié)議進(jìn)行頻率解調(diào)，其中所述語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)LC無(wú)源帶通濾波器，進(jìn)行濾波等處理后發(fā)送給揚(yáng)聲器。

本方案的電路比較簡(jiǎn)潔，且調(diào)試方便，成本較低，采用紅外光通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，并且相比以往增加了紅外中繼轉(zhuǎn)發(fā)模塊，信號(hào)發(fā)射、接收、中繼轉(zhuǎn)發(fā)電路均采用分離元件實(shí)現(xiàn)，相比以往采用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的方式，大大節(jié)約了成本。增大了傳輸距離，降低了整個(gè)系統(tǒng)的功耗。驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可以在高頻情況下工作，傳輸距離遠(yuǎn)；并且成本較低，利用紅外光為傳輸載體完成語(yǔ)音的無(wú)線傳輸。這種通信系統(tǒng)傳輸速度快，干擾小，可靠性高，適合多種近距離無(wú)線通信場(chǎng)合使用，例如教室的語(yǔ)音教學(xué)系統(tǒng)、家庭居室、圖書(shū)館、醫(yī)院等，在電子產(chǎn)品中具有廣泛的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

以上是針對(duì)本發(fā)明較佳可行實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，但實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍，凡本發(fā)明所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應(yīng)屬于本發(fā)明所涵蓋專利范。