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电子与信息工程毕业论文:单工无线对讲机的设计.doc

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本 科 毕 业 设 计 单工无线对讲机的设计 所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 随着经济的发展和社会的进步,人们更关注自身的安全、工作效率和生活质量,对无线电对讲机的需求也将日益增长。公众对对讲机的大量使用,更促进 了无线电对讲机成为人们喜爱和依赖的通信工具。 对讲机主要应用在公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业,用于团体成员间的联络和指挥调度,以提高沟通效率和提高处理突发事件的快速反应能力。随着对讲机进入民用市场,人们外出旅游、购物也开始越来越多地使用对讲机 [1]。 本单工无线对讲机,以集成芯片 MC3361、 MC2833 为核心,主要由 FM 接收电路、 FM 调频发射电路、输入选频网络电路、高频选频放大器混频电路、本振电路、鉴频电路、静噪电路、音频功放电路、直流稳压源电路、话筒放大器电路、晶体调频振荡兼 三倍频电路、输出滤波网络、调制信号放大、功率放大、调谐电路等组成。基于题目要求,本系统能够发射和接收相同频率信号,设计中采用了模块化的思想,使得设计思路非常明晰。 关键词 对讲机;调频;无线;单工 II ABSTRACT With economic development and social progress, more attention to its own security, working efficiency and quality of life, the demand of radios will grow. The wide use of public radio, the more promoted radios become popular and rely on communication tools. Intercom is mainly applied in public security, civil aviation, transportation, water conservancy, railway, manufacturing, construction, and service industries, used to group members contact and scheduling between, in order to improve the communication efficiency and improve handling emergencies fast-reacting ability. As interphone, people go into civil market of tourism, shopping is also becoming increasingly use his radio. The wireless radios, with transitions MC3361 integrated chips LM386 as the core, and mainly by FM receiving circuit, FM radio emission circuit, frequency selective network circuit, high-frequency frequency selective amplifier frequency mixing circuit, the resonance circuit, popularly used circuit, static noise circuit, audio power amplifier circuit, dc voltage source circuit, microphone amplifier circuit, crystal FM oscillation and three times frequency circuit, output filter network, modulation signal amplifier, incentive amplification, power amplifier, electronic switch, antenna matching networks and the power output module. Based on the topic request, this system can transmit and receive the same frequency signal, design using modular thoughts, make design thinking very clear. Keywords intercom; FM; Wireless; Transitions III 目录 第 1 章 概述 ......................................................... 1 1.1 无线对讲机的发展现状 ........................................... 1 1.2 无线对讲机系统结构 ............................................. 1 1.2.1 模拟对讲机的系统结构 ....................................... 2 1.2.2 数字对讲机的系统结构 ....................................... 2 第 2 章 工作原理 ..................................................... 3 2.1 工作原理 ....................................................... 3 2.2 系统框图 ....................................................... 3 第 3 章 单元电路的分析与设计 ......................................... 4 3.1 FM 接收机电路原理与分析 ........................................ 4 3.1.1 输入选频网络 ............................................... 4 3.1.2 高频选频放大器 ............................................. 5 3.1.3 混频电路与本振电路 ......................................... 5 3.1.4 二混频、限幅中放、鉴频电路 ................................. 7 3.1.5 静噪电路 ................................................... 9 3.1.6 音频功放电路 .............................................. 10 3.1.7 直流稳压源电路 ............................................ 11 3.2 FM 调频发射机 ................................................. 12 3.2.1 系统框图 .................................................. 12 3.2.2 主要电路模块说明 .......................................... 13 3.2.3 变频电路 .................................................. 14 3.2.4 混频电路 .................................................. 14 3.2.5 调谐电路 .................................................. 15 3.2.6 放大电路 .................................................. 15 3.2.7 检波和自动增益控制电路 .................................... 15 3.2.8 功率放大电路 ............................................. 15 3.3 对讲机电路的调试与测量 ........................................ 15 3.3.1 接收机电路的调试 .......................................... 15 IV 3.3.2 发射机电路的调试 .......................................... 17 3.3.3 联合调试 .................................................. 19 3.3.4 任务 ...................................................... 19 结论 ............................................................... 20 致谢 ................................................ 错误 未定义书签。 参考文献 ........................................................... 21 附录 ............................................................... 22 1 第 1 章 概述 1.1 无线对讲机的发展现状 随着我国经济的快速发展,对讲机通信在社会各个行业及诸多方面都得到了广泛的应用,在石油化工、民用建筑工地都有使用对讲机通信,小区物业管理和酒店餐饮等诸多行业,以及公安消防,抢险救灾,商城学校等方面也广泛的使用对讲机通信,对讲机通信具有它独特的优势,多应用于集群调度、应急通信和即时通信等领域,实际上在社会的各个行业对讲机已经成为了重要的无线通信装备,并在国民经济和人们的生活中发挥着重要的作用 [2]。对讲机通信和手机 通信相比,它的价格便宜,且通话基本不产生任何费用,能够很方便的实现点对点或者一点对多点的通信,它的通话距离比室内无绳电话要更远,一般情况下,对讲机通信的通话距离可以达到 3 公里甚至更远。随着自驾旅游,徒步登山,野外露营等活动越来越受的人们的喜爱,民用对讲机在这些场合中发挥了积极作用,通过使用对讲机人们可以方便的和朋友或者整个团队沟通取得联系。 近些年来,我国的对讲机产业受通信产业高速发展的拉动,对讲机市场迅速发展,一些大型的通信设备生产厂家积极开拓中国市场,并取得了很好的市场占有率 [3]。比如著名的摩托罗拉公 司早在上世纪 80 年代末期就进入中国市场,并于 1992 年在天津注册成立了摩托罗拉(中国)电子有限公司,从而开始直接在国内生产手机和对讲机等无线通信设备;对讲机产业的另一个巨头威泰克斯公司也于 2003 年在中国苏州工业园区成立了威泰克斯通讯(苏州)有限公司;还有 TEKK 公司, 2005 年 3 月该公司将制造基地从韩国正式搬到中国深圳,南方贝尔也进入中国与深圳诺德实业有限公司合作开拓民用对讲机市场 [4]。 我国国内对讲机行业的重复建设现象非常突出,大量的设备制造商都在仿制一些大型公司的热点对讲机,产品结构过剩现象比较严重 。目前国内对讲机企业市场竞争力还存在不足,专业通信设备研制还未能掌握核心技术,不能满足我国专业无线通信发展需要,我国专业无线电通信设备的需求还要从国外进口。我国是世界通信第一大国,随着我国国民经济的持续快速发展,对讲机市场发展潜力非常巨大,未来我国对讲机产业有着广阔的空间和美好的前景。 1.2 无线对讲机系统结构 从设计技术上讲,无线对讲机可分为模拟对讲机(也称为传统对讲机)和数字对讲机两种。模拟对讲机采用模拟技术进行通信,它将采样的语音数据信号通过无线对讲机的传输信道进行收发通信,而对于数字对讲机则是 基于数字通信技术进行设计的,其调制方式是首先将语音数据信号转化为数字信号,再通过数字编码的形式进行传播,也就是说,数字对讲机传输的全部调制信号都是以数字形式在传输频率上进行传输的。严格意义上来讲只有直接采用数字信号处理器的对讲机才是真正意义上的数字对讲机,而采用数字控制信号的对讲机(如集群系统的对讲机)则不属于数字对讲机 [5]。 2 1.2.1 模拟对讲机的系统结构 模拟对讲机的具体工作方式如下首先在信号发射源部分,发射电路产生发射的射频信号,然后通过功率放大电路进行放大,再利用低通滤波器将载波信号的谐波部分 滤除,最后将处理过的信号通过无线天线发送出去。接收端部分的处理过程如下,首先将天线收到的载波信号进行射频放大,将依次生成第一中频信号,第二中频信号,然后再将第二中频信号中的干扰信号滤除,最后通过放大电路将语音信号恢复出来。恢复出来的语音信号将再通过带通滤波和功率放大等电路后,由扬声器将语音信号转化为最终所需的信息 [6]。 1.2.2 数字对讲机的系统结构 数字对讲机的具体工作方式如下模拟语音信号经过 A/D 转换后变成数字数字信号,并将该信号编码后,变成方便传输的低速率语音信号。再将语音数字信号通过功率放 大后发送出去。而在接收到数据信号后,信号经过功率放大、数字变频、滤波等处理后,送给语音处理模块进行解码,最后将解码后的信号通过 D/A 电路转化为模拟信号,然后通过扬声器将模拟信号转化为声音输出。 3 第 2 章 工作原理 2.1 工作原理 对讲机的电路形式较多,从调制方式上可分为调幅式和调频式;从收发功能上,可分为单工式和双工式。单工式对讲机在同一时间内,只能工作在一种状态下,即接收或者发送状态,而不能同时处于收发状态。单工对讲机工作时,要不停地切换开关来控制收发状态,所以使用起 来不太方便。 而双工式对讲机可以收发电路并同时工作,使用起来如同普通电话机一样。因此,应用起来比较方便,但由于双工对讲机的电路复杂、造价高、耗电量大等缺点,所以一般应用较少。 而单工式对讲机则由于它造价低、体积小、耗电低等优点,被大量应用。目前,市场上常见到的对讲机大多属于单工调频式。 单工式对讲机的收发状态是靠切换供电电源开关的方式来实现收发转换的。虽然电路中含有接收和发射电路。由于在同一时间内,只能工作在一种状态下,所以将这种工作方式称为单工方式。 而全双工对讲机在工作时 ,发射电路和接收电路是同时工作的。由于发射电路和接收电路共用一根天线,发射电路输出到 75 欧姆天线上的高频载波电压可能达到 10-30V 以上。而接收双方发射的高频载波信号往往较为微弱,一般在 75 欧天线上仅能感应到微伏级的信号。所以对讲机天线的工作状态,将直接关系到双工对讲机能否正常工作 [7]。 由于采用以上多种措施,所以使双工对讲机电路的接收和发射电路可以使用一根天而不会产生不必要的干扰。 2.2 系统框图 图 2.1 对讲机系统框图 4 第 3 章 单元电路的分析与设计 3.1 FM 接收机电路原理与分析 3.1.1 输入选频网络 输入选频网络是对讲机天线至接收电路(高频放大器输入端)之间的信号耦合网络。它主要负责完成对外界信号的选频,对强信号进行限幅处理。由于天线和第一级高频放大器之间存在较大的阻差异,所以输入选频网络还要负 责完成阻抗变换任务。 图 3.1 是输入滤波网络的电路原理。从图中可以看出,当外界的信号通过 75Ω拉杆天线进入电路后,首先通过 1C 、 1L 、 2C 、 2L 、 3C 组成的带通滤波器网络进行滤波处理后,才送至由 1B 、 28C 组成的并联谐振回路,进行 选频。并联谐振回路的谐振点选择在接收信号中心频率 0f 上,对 0f 以外的信号进行衰减 [8]。 1B 采用抽头分压部分耦合接入方式,主要是为了使天线与电路阻抗匹配,满足天线输入网络输出阻抗低和 8BG 输入阻抗高之间的阻抗变换。 图 3.1 输入滤波网络电路 为了防止由于发射电路工作时,天线上所产生的高频电压(约 20 PPV? 以上),击穿场效应管的 8BG 的栅极,所以电路中加入了由二极管 1VD 、 2VD 组成的电压限幅电路,利用二极管正向压降较低的特性,将输入电压限幅在 0.7V 以下,以保证高放管的安全工作。 5 3.1.2 高频选频放大器 一部无线对讲机,要想使其具有较高的选择性,高频放大器的电气性能优劣至观重要。高放级小信号交流电压增益的高低,将直接影响到接收机的灵敏度。而高放级的选频优劣,将直接关系到接收机的选择性和镜像 抑制等性能指标参数的好坏。 本电路中承担高频放大任务的放大管是 8BG ,该管选用高频双栅场效应管( 3SK122,由于该管具有双栅输入功能,可以将信号和直流偏置分别加至两个栅极,相互之间互不影响,保证了高频放大电路的低噪声系数。 图 3.2 是低噪声高放电路的原理。从图中可以看出,为了提高放大器交流增益,电路采用共源极放大方式,在漏极回路中串入了由 52C 、 2B 组成的并联谐振选频回路,使电路的信号选择 性能进一步提高。 图 3.2 高频放大器电路原理 本级放大器能够产生约 10~ 20dB 的电压增益,有效的提高了接收机的灵敏度。 3.1.3 混频电路与本振电路 这一部分电路的主要任务是,将前级高放送来的高频信号进行频率变换,使高频信号变换成为一个频率固定的中频信号。混频后的中频信号与原来的调制方式、调制内容、信号频谱等均保持不变。 由于经过混频后的中频信号,中心频率相对较低,频带较窄,可以很方便地采用通用型滤波器进行滤波处理。目前常用的通用滤波器件多为固定频率式陶瓷滤波器,这种滤波器体积小、工作稳定、滤波效 果好 [9]。目前已被各电器生产厂家广泛采用。本机中频滤波器就是采用 10.7MHz、 455kHz 两种陶瓷滤波器,其中 10.7MHz 为三端型、 455kHz 为五端型,由它们完成对一中频、二中频的选频滤波任务。
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