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发表于 2019-8-1 11:03:42
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一、系统方案设计与论证
1.调制与解调方案的设计与论证
方案一：脉冲宽度调制（PWM）方案。PwM调制的实现方法是把模拟信号与高频三角波信号进行比较，得到反映原始信号的占空比可变矩形波，该矩形波经驱动管缓冲后，推动白光发光管发射PwM波，白光接收管则接收PWM波。解调时，将白光接收管收到的信号放大整形后得到原始的PWM波，再经低通滤波器滤除高次谐波得到输入的模拟信号。该方案的优点是，调制与解调实现方便。语音信号带宽为300-3400Hz，根据采样定律，PWM波频率至少为8kHz，同时为了实现较好的语音传输质量，更要增加PWM波频率。但在实验过程中发现，随着PWM波频率升高到20kH2，受白光接收管响应速度的限制，接收到的波形已经很难反映原始波形的占空比，这意味着解调出来的语音信号质量不高，因此该方案存在缺陷。
分案二：频率调制（FM）方案。虽然受白光接收管上升速度的限制，随着频率的增加，接收到的信号已无法还原占空比信息，但是这个信号依然保留着频率特性，故可以考虑采用FM调制。FM调制是使载波的频率跟随输入信号的幅度大小成等比例变化。在发射端将语音信号和2ASK调制后的单口数据通过加法器经过FM调制后推动白光发光管发射FM信号，白光接收管收到信号的频率特性依然会保高“品此在解调还原时，可以得到高质量的语音信号。此外M调制还具有抗干扰能力强、接收信号幅度大小与距离无关的优点，但难点是调制与解调的实现。
综合以上考虑，为了更高的指标，选择方案二。
2.信道复用方案的设计与论证
由于需要同时传输语音信号与数字信号，所以需要考虑信道复用的问题。对以下两种复用方式进行选择。
方案一：时分复用。时分复用（TDM）是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，以时间作为信号分割的参量，故三路信号在时间轴上互不重叠，即给三路信号分配一个时间周期，以一定的频率传输单个信号，方法简单，易于实现，但是对于语音信号其频率跟不上，无法传输语音。
方案二：频分复用。语音信号频竟为300-3400Hz。所以可以将数字信号调制到高频或调制至低便、再将该信号和请音信号相加，一起通过Fl调制发射。该方案的优点是，很好地利用了信道的频带资源，无须增加一路实际信道，加大了信道利用率；缺点是电路相对复杂。
合考虑题意和通信效率，选择方案二。
3.数字通信协议方案的设计与论证
方案一：基于UART串口通信的通信协议。单片机将待发送的一个字节数据存入缓存区，单片机会将这一字节的数据按一定波特率发出，接收端根据相同比特率接收数据。基于UART可以设计一个简单的通信协议，该数据帧将由若干个字节组成各个字节表示一定含义，通过这样的信道编码，可以保证数据的可靠性。
方案二：基于脉宽调制的通信协议。不同的数据用不同宽度的脉冲波表示。由于红外发光管的特性，导致脉冲调制波的频率较低，又出于信道复用的考虑，其发射频率低于200Hz，与语音信号的下限较接近，加大了硬件电路的设计难度。
综合考虑信息传送速率和电路设计，选择方案一。
4.系统总体方案
系统总体框图如图1所示。
发射模块的发射频率为100kHz、250kHz和300kHz。
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