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【每日电路赏析】红外无线音频收发电路

2019-10-21 16:13:32  5267 电路设计 音频电路 红外传感器 LED
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红外线是有限距离内无线数据传输常用的媒介之一。本文中,我们将来了解如何用红外LED打造一个简略的无线音频传输器。使用该电路可以让你的IPod,手机或电脑直接在外部扬声器上播放音乐,而不需要将他们用音频线相连。但是这样的电路限制比较大,现在更完善的方式是蓝牙播放,此处只是一个解释红外传输更有趣的电路。

工作原理

该电路的工作原理需要用两个独立电路来解释,一是发射器电路,二是接收器电路。其中发射器电路会与3.5mm音频接口相连,用于音频输入,而接收器电路将与扬声器连接用于播放音乐。音频信号将通过发射器电路上的红外LED发射出去;而接收器电路上的光电二极管则负责接收该信号。但是因为光电二极管收到的音频信号十分微弱,所以我们需要用LM386放大器电路来放大,最终在扬声器上播放出来。

这有点像电视遥控器,你将红外LED对准电视然后按下按键,它就会发送一个信号,随后被光电二极管(通常是TSOP)接收,信号解码后电视会得知你所按下的按键。而此处传输的信号是音频信号,接收器是普通的光电二极管。这项技术在普通LED和太阳能电池板上也能实现,和我们现在常谈到的Li-Fi技术也有相似之处。


红外LED
3.5mm音频接口
LM386
光电二极管
定值电阻(1kΩ,10kΩ,100kΩ)
电容(0.1uF,10uF,22uF)


该电路的完整电路原理图如下
2.png
发射器电路

发射器电路只有几个红外LED和电阻组成,并直接与电池和音频源相连。而可能遇上问题的地方就是将音频接口放入到电路中去。寻常的音频接口会有三个输出引脚,两个用于一左一右两个声道,另一个则作为接地起到屏蔽作用。我们只需要一个信号引脚就好。你可以用万用表来选择最合适的引脚。此处电路中音频接口的引脚格式如下图所示。
3.png
发射器电路的原理比较简单,红外LED上的红外光起到载波信号的作用,而红外光的强度则作为调制信号。所以我们通过音频源来驱动红外LED的话,电池会使红外LED基于音频信号而变换强度。我们这里用到了两个红外LED增加电路的范围;该电路可以通过5V到9V的电源驱动,实物中使用了稳压的5V取代电池,所以没有使用电路图中限流电阻1kΩ。实物连接如下,此处使用IPod作为音频源,但是你还是可以使用任何有音频接口的设备(当然非3.5mm的手机就不行了)
4.png


接收器电路

接收器电路由光电二极管组成,并与音频放大器电路相连。音频放大器电路是由常见的LM386组成的,这个电路的优势也在于所需器件很少。这个电路的供电范围在5V到12V,你可以用稳压模块输出+5V这样就不用再用9V的电池了。实物图如下。
5.png
LM386的引脚如下图所示
6.png

引脚1和8:这两个是增益控制引脚,内部增益被设为20,但可以通过两引脚间的电容增大到200。我们用10uF的电容C3将其增大到最高增益200。合理的电容可以让这个值在20到200之间变换。

引脚2和3:这是声音信号的输入引脚。引脚2位负输入引脚,应与地相连。引脚3为正输入引脚,也是声音信号输入的地方。在我们的电路中。正输入引脚与电容麦克风和100kΩ的电位计RV1相连。电位计可以当做音量控制器。

引脚4和6:LM386的电源引脚,引脚6用于+Vcc,而引脚4接地。电路的驱动范围在5V-12V之间。

引脚5:这是输出引脚,也是我们得到放大过后的音频信号的地方。我们将它与扬声器相连,中间加入一个用于滤除直流合噪声的电容C2。

引脚7:这是旁路引脚。我们可以留空,或者接地,也可以用一个电容来提升稳定性。

电路的调试

搭建好电路后,将它们分别上电,并与音频源相连,将接收器电路和发送器电路放在10cm左右的对称位置。如果你没有听到声音的话,可以试着调整电位器RV1。
7.png
如果电路直接成功了,那么恭喜你,因为这个电路有很多可能出错的地方,首先在面包板上搭建音频电路很容易受到噪声的影响。所以如果首次没能成功的话,可以按照以下思路来排错。

1.发射器电路三点后,用你的手机相机来检测红外LED是否在闪光,在暗室中更容易发现。在有光照的屋子里,相机也很难捕捉到红外光。

2.接收器电路搭建完毕后,将光电二极管用3.5mm接口替换,然后播放一首歌曲。你手机中的音乐应该会被放大并在扬声器中播放出来,如果不管用的话就继续调整电位器RV1。一旦确保正常工作后再将光电二极管替换回去。

3.除了上面两步之外,还要确保两个电路之间的距离,尽可能固定发射器电路,调整接收器电路的角度直到接收到信号为止。

天地直方 2019-10-21 18:41:52
项目分享很好,可以一起来DIY
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王栋春 2019-10-21 21:31:32
这个电路搞过 传送距离有限  而且不允许被遮挡
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SHENYANG2 2019-10-22 08:02:14
电路经典,值得学习,在家可以好好时间下
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2050176606 2019-10-25 09:17:34
用过红外对管做过开关电路,使用在室外的,但是室内环境似乎含有红外光,调好的灵敏度在室外变弱了。
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PCB06894733 2019-11-11 09:47:11
谢谢楼主,学习学习
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