红外无线耳机（精选7篇）
红外无线耳机 篇1
0 引言
红外无线耳机, 由红外发射机和耳机构成, 其特征在于耳机连接设置有红外接收机, 红外发射机将声音信号向外部空间信号传播, 红外接收机从外部空间中采集接收到声音信号, 并将声音信号传递给耳机, 由耳机将声音还原。平时收看电视节目或播放碟片时, 为避免干扰他人休息通常改用耳机听音, 此时若用导线将耳机连接至电视机, 不但不雅观, 而且影响人的活动。因此采用本文红所设计的外线无线耳机即可避免上述弊端。
1 红外线技术及工作原理
人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列, 依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62~0.76μm;紫光的波长范围为0.38~0.46μm。比紫光波长还短的光叫紫外线, 比红光波长还长的光叫红外线。
红外线遥控就是利用波长为0.76~1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管, 由于其内部材料不同于普通发光二极管, 因而在其两端施加一定电压时, 它便发出的是红外线而不是可见光。接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压, 它才能正常工作, 亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用, 这样才能获得较高的灵敏度[1]。
2 电路设计
红外无线耳机系统将从音响设备得到的音频信号转变成被音频信号调制的红外信号, 通过红外信号实现无线传输。再将得到的红外信号解调成音频信号, 通过电声器件耳机将音频信号转换成人耳听得清的声音信号。红外无线耳机系统由发射机和接收机两部分组成。图1为原理设计框图。图2为发射机电路图, 实现将音频信号转换成被音频信号调制的红外信号。图3为接收机电路图, 把接收被音频信号调幅的红外信号转换为音频信号。
2.1 发射机电路
发射电路如图2所示, 它包含脉冲调制、电流放大及红外线发射等部分电路。由锁相环CD4060构成的压控振荡器 (VCO) 是发射器的核心;当伴音信号加在图2中的A点时, VCO的输出端会产生一组振荡频率随音频信号的幅度大小同步改变的调频信号, 经红外发光管转变为红外调频信号发送出去[2]。图2中的三极管VT1与VT2用来驱动红外发光管, 如果没有相同型号, 也可用常见的C1815或9014代替, 但管子的β值最好取得偏大一点。接收器由光电转换、脉冲放大、频率解调及音频放大四部分组成, 接收器电路如图3所示。经调制的红外信号首先被红外光敏管接收并转换为调频电信号, 经过场效应管2SK117预放大, μPC1373H选频、放大后再由CD4046构成的鉴相电路解调并还原为音频信号。
2.2 接收机电路
接收与发射电路中两只CD4046的中心频率均为45 k Hz, 故R7与R17、R8与R18、C4与C24的参数必须严格对应相等。驱动红外发光管的三极管VT1与VT2均工作在放大状态, 其Vbe约0.6 V;VT1与VT2也可用9013替换, 但管子的β应大于100。发射电路的电源在图中没有标出, 制作时可用LM7806稳压后获得[3]。每只红外发光管的正向压降均为1.15 V, 发射功率都小于100 m W, 将三只红外管进行串联的目的在于提高红外线的发射功率。此外, 由于红外发光管的辐射角度有限, 因此在设计电路板时需将三只管子错开45°排列。红外光敏管只有被加上合适的反向电压才能正常工作, 因此在电路安装时必须注意检查红外光敏管在电路中是否反接[4]。接收电路采用电池供电, 对功放TDA2822M进行桥接正是为了降低整机功耗。电感L10可在工字形中周骨架上用φ0.06的漆包线密绕150匝后装上磁帽及屏蔽罩制得。红外发光管与红外光敏管容易损坏, 它们的具体参数如表1所示。
红外无线耳机的发射器不需要调整即可正常工作。在对接收器进行调节时, 我们可先把彩电遥控板对准接收器并随意按下任一键, 监听耳机中是否有响亮的“嘟嘟”声;然后再把接收器对准发射器, 用无感螺丝刀反复调节电感L10中磁帽的位置, 直到伴音信号清晰宏亮而噪声最小时用高频蜡将磁帽固定, 调试即告完成。如果感觉耳机中的伴音干涩、音质不佳时, 可适当调整阻尼电阻R16的阻值;如果接收器的频带过窄, 可以将R7与R17分别开路试试。
3 结语
本文介绍一种应用红外技术制作而成, 采用幅度调制方式, 用红外线来传送音频信号的调幅红外无线耳机系统。该系统具有供电方式多样, 传输距离接近10 m, 音质较好, 红外信号基本不受电磁干扰, 性价比高等特点。电路设计简单, 使用方便, 在使用音响设备时, 为不影响他人学习和休息, 可采用这种无线耳机收听。
参考文献
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[3]杰哈, 张孝霖, 陈世达.红外技术应用:光电、光子器件及传感器[M].北京:化学工业出版社, 2004.
[4]刘明清, 陈淑华.高品质红外无线耳机系统[J].家电科技:制冷空调, 2005 (5) .
红外无线耳机 篇2
计算机和通讯设备正在经历着从有线设备与网络向无线设备与网络的巨大转变。为了使耳机产品使用更加便捷, 各大公司大力开发无线耳机, 而红外线作为一种光波, 其无线传输只受强光影响, 具有极大的稳定性, 因此被广泛应用在早期的手机、各种遥控器和无线鼠标当中。带宽是红外无线技术最大的优势, 换句话说, 音频产品采用红外无线技术将能够传输更大容量的信号, 且音质效果更好[1]。 信号的调制方式主要有调幅、调频及调相三种。 其中频率调制的应用最为广泛, 它比其它两种调制方式更具优势, 不仅经济性更强, 而且抗干扰能力强, 音质良好。 锁相环技术[2] ( PLL) 是一种能自动跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。 该技术在频率调制方面作用显著, 被广泛应用在很多相关领域, 比如导航、雷达、通信、电视、广播等。
锁相环集成电路CD4046 的最高工作频率1.3MHz, 电源电压3-18V, 属于低频多功能单片数字锁相环集成电路。该电路与其他电路相比具有很多优势, 比如功耗低等, 所以被广泛应用在很多方面, 比如频率的编码和译码、遥控系统、频率合成、频率调制与解调等。 正因如此, 本设计采用了红外技术和锁相环制作而成, 使用频率调制方式, 用红外线传送音频信号的调频红外无线耳机。如此一来该耳机几乎不受电磁干扰, 确保了良好的音质, 而且供电方式多样, 传输距离远, 具有较高的性价比[3]。
1 工作原理
红外无线耳机系统首先将收到的音频信号转化成红外信号, 以便更好的进行无线传输, 之后将收到的红外信号转化为音频信号, 而人耳最后接收到的属于声音信号, 声音信号是由音频信号转化而来的。调频红外无线耳机有两部分组成, 分别是发射机和接收机。 具体框图及组成如图1、图2 所示。
发射端和接收端均采用CD4046 组成的电路。 数字锁相环CD4046 由鉴相器PCI与PCII、 压控振荡器VCO、源跟随器够成, 通过外加环路滤波器对信号进行滤波。CD4046 结构图如图3 所示。 其中相位比较器PCI要求输入信号为方波, 并且要求方波信号的占空比为50%.相位比较器PCII是一个由信号的上升沿控制的数字存储网络, 对输入的方波信号占空比无此要求[4]。
工作过程如下: 从9 端输入音频信号时, 4 端可输出受输入信号调制的调频信号。 由于调频时要求VCO有一定的频率范围 ( 频偏) , 所以不用R2 压缩带, 即R2 为无穷大。 仅用R1 和C1 确定VCO的中心频率。
2 电路设计
2.1 发射部分
发射机电路[5]的作用是将音频信号转换成被音频信号调制的红外信号, 其主要包括:
①频率调制电路, 其由锁相环集成电路CD4046 构成;②红外发射电路, 其由红外发射二极管构成。
音频信号通过电容Cl耦合到共集放大电路。 不影响共集放大电路的静态工作点是C1 的作用。 共集电极放大电路的作用是把交流信号耦合到静态工作点的直流上, 让交流信号在一个直流量的基础上变化不同的电压值就对应了不同的频率, 电容C3 和变阻器R2 的作用是共同决定了CD4046 的振荡频率, 叠加在直流上的交流信号, 对应不同频率的方波信号在锁相环的4 脚输出, 然后再发射管上得到相应频率的信号, 声音信号通过电容藕合到共集电极电路[6,7], 此时变化的交流信号到了三极管的静态直流上信号到达集成锁相环后, 把变化的电压信号转化为变化的频率信息, 然后通过发射驱动光电二极管。 电路图如图4所示。
2.2 接收部分
接收机电路 ( 把接收被音频信号调幅的红外信号转换为音频信号) 包括:①集成电路MAX9722 构成的音频功放电路;②集成电路LM311 构成波形整形传输电路;③相环集成电路CD4046 组成频率解调电路;④红外光电二极管构成红外接收电路。
红外信号携带信息, 但需被红外接收电路转化为同样频率的电压信号, 只有这样整形电路才能将电压信号整形为标准的方波信号。 集成锁相环开始跟踪方波频率信号, 并将其转化为声音信号, 同时送到功放电路进行放大, 接收电路把光信号转化为电流信号, 变化的电流信号通过电阻转化为变化的电压信号[8]。 LM3ll是一个电压比较器, 通过过0 比较, 把电压信号整形为标准的方波信号输出。
需保证接收电路中发射电路的中心频率要和中心频率一致, 由电容C4 和电阻R8 决定, R9 和电容C5 对频率信号进行滤波, 然后由源跟踪器10 脚输出模拟信号, R7和LED2 起指示灯的作用。 电路图如图5 所示。
3 调试过程及实验数据分析
红外发射电路中, 通过调节共基级放大电路的滑动变阻器, 把静态工作点调节到一个合适的电压, 使晶体管处于放大区, VCE电压在lv左右, 此时调节CD4046 集成电路11 引脚处的滑动变阻, 使静态工作点电压对应60KHZ的频率。 当输入正弦信号时, CD4046 的输出电压以60KHZ为中心频率上下波动, 从4 脚的输出看到, 调制输出的信号为方波信号并稳定在60k HZ。 如图6-9 所示。
红外接收模块电路中, 红外光电二极管通过以合适的位置和角度对准红外发射二极管并接收信号, 然后进行光信号到电信号的转换。 信号通过电压跟随器LM311 把电压信号转换为标准的方波信号, 再输入到CD4046 构成的解调电路中, 解调出来的信号进入由集成电路MAX9722构成音频功放电路。 通过调节R9 和R10, 耳机的音量具有从大到小的调节功能。
4 结论
锁相电路设计过程中, 对输入信号进行处理, 在锁定过程中, 滤波器的设计尤为关键, 决定着输出的频率。 调试过程中, 一一进行电路检测故障排查。
红外无线耳机设计过程中, 输入60k Hz的正弦信号, 经过红外发光二极管发射和光电二极管接收, 使蜂鸣器发出声音。但在这个过程中, 红外发光二极管和光电二极管必须有个合适的角度和位置才可使信号得以传输过来, 由于设计过程中涉及多个滑动变阻器, 在调试过程中必须取得合理的数值。 再者, 由于外部干扰太大, 持续实现最终过程比较困难。 在红外发光, 光电信号转换过程中, 存在很大的改进。
整个设计过程围绕锁相电路展开, 从基础的锁相电路设计到锁相环应用设计, 贯穿红外无线耳机设计过程中包括光电信号转换过程。进一步熟悉了光电知识。很好的做到了光电知识的衔接。 电路设计过程中, 需要熟练掌握所用芯片的使用说明书, 并对其进行分析、归纳总结, 再完整的设计电路。
参考文献
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[5]程永佳.发射式电视伴音无线耳机[J].家电检修技术, 2006 (3) .
[6]王鹏宇, 吕善伟.数字锁相环的设计[J].宇航计测技术, 2012 (03) :21-24.
[7]赵彦芬.频率合成器环路滤波器的设计[J].无线电工程, 2006 (04) :39-41.
红外无线耳机 篇3
随着社会的进步, 科学技术发展得越来越快, 人们的安全防范意识也越来越强, 因此红外探测无线遥控数显防盗报警系统开始被广泛地应用于各个领域。此系统能够及时报警, 同时还能准确地进行定位, 将数据通过无线传输模块传送给监视主机, 这样一来, 有关人员就能够及时收到报警消息, 防盗效率大大提高。未来, 红外探测技术将会朝着智能化、集成化以及网络化的方向发展。本文将主要对红外探测无线遥控数显防盗报警系统的原理以及技术特点进行叙述。
1红外探测无线遥控数显防盗报警系统概述
红外探测无线遥控数显防盗报警系统主要是利用红外线光束进行探测, 当红外线光束被人或物遮挡住时, 探测器就会发出信号, 使发射机工作, 而接收机收到来自发射机的信号, 经过有关电路进行处理后, 控制信号即被输出, 报警声就会响起, 值班人员就可以根据显示器显示的报警地点迅速采取有效措施。此系统还采用了数字编码技术, 这样一台主机就可以带多台报警分机, 对多个报警点同时进行监视。
2红外探测无线遥控数显防盗系统技术分析
2.1热释电红外传感器
热释电红外传感器在检测人体辐射的红外线时, 可以利用非接触形式, 除此以外, 还能将其转化成电压信号, 以便对运动的生物以及非生物进行鉴别。热释电红外传感器除了可以用于防盗报警外, 还能在遥测以及自动控制中应用。
2.1.1热释电效应的含义
在某些绝缘物质中, 温度的变化会引起极化状态改变的现象。当一些晶体受热时, 在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷, 这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。
2.1.2热释电红外传感器的结构
热释电红外传感器通常使用PZT一类强介电材料, 在其上、下表面设置电极, 上表面覆以黑色氧化膜, 若有红外线间歇照射, 表面温度将会上升, 材料内部的原子排列就会发生变化, 从而引发自发极化电荷, 并在上、下电极之间产生电压。传感器的输出阻抗高, 但电压信号的输出却十分弱, 因此要将阻抗变化的场效应管和厚膜电阻放在传感器内部, 组成一个源极输出器。整个结构都应封在管壳内。
管壳顶端设置开设了一个装有滤光镜片的窗口, 这个滤光镜片可通过光的波长范围为7~10μm, 正好适合于人体红外辐射的探测, 而其他波长的红外线则由滤光镜片予以吸收。在光谱范围内, 热释电红外传感器的灵敏度波形十分平坦, 可见光对其并没有太大影响。
传感器前部装有菲涅耳透镜, 这是一种多面折射、反射镜, 其主要作用是和热释电红外传感器相互配合, 从而扩大探测范围, 提高探测接收灵敏度。
热释电红外传感器的结构以及等效电路图如图1、图2所示。
2.2被动式红外报警器
所谓“被动”指的是探测器自己并不发出能量, 在进行探测时, 只接收外界能量。因为人的体温一般为37 ℃, 因此会发出波长在10μm左右的红外线, 被动式红外探测器工作时, 就是对10μm左右的红外线进行探测。
信号滤波电路、热释电红外传感器、报警电路以及光学系统等共同组成了被动式红外报警器。报警器的核心器件是热释电红外传感器, 其主要作用是将人体的红外信号转换成电信号, 以供信号处理部分使用。信号处理的主要目的是放大、延迟输出较弱的电信号, 从而实现报警目的。
被动式红外报警器的结构如图3所示。
3红外探测无线遥控数显防盗报警系统的改进建议
3.1合理选择传感器
设计红外探测无线遥控数显防盗报警系统时, 传感器的选择尤为重要, 双元热释电红外传感器RE200B有2个对偶的传感单元, 可以抑制温度变化产生的干扰。除此以外, 将菲涅耳透镜装设在传感器前端, 还能抑制白光干扰。
3.2改进信号智能判断方法
采用MSP430单片机能够有效地克服小动物移动对报警系统产生影响的问题。其工作原理是当它接收到的信号电压总是处于一个较高水平时, 这个信号将被视作预入侵的探测信号, 然后红外传感器采集到的数据会被进行相应分析与处理当该信号所反馈的时间、空间以及温度等数据全部与人体吻合时, 系统才会进行报警。这种信号的智能判断方法能够有效防止风、小动物等对系统的干扰, 大幅度降低误报率。
3.3改进系统的主程序流程
和当前市场上应用较多的主程序流程相比, 图4所示主程序流程在信号判断方面更加智能化, 同时还增加了GSM模块设计。
4结语
目前, 红外探测无线遥控数显防盗报警系统中应用的被动式红外探测器存在着以下不足:误报率相对较高, 场外掌控性较弱。不过, 在不断加强对红外探测无线遥控数显防盗报警系统研究的前提下, 此问题必将得到解决。总之, 红外探测无线遥控数显防盗报警系统具有非常广阔的应用前景, 能在安防领域发挥十分重要的作用。
摘要：对红外探测无线遥控数显防盗报警系统进行了概述, 分析了其采用的技术, 并提出了改进建议。
关键词：红外探测无线遥控防盗报警系统,技术,改进
参考文献
[1]王松德, 赵艳, 姚丽萍, 等.红外探测无线遥控数显防盗报警系统[J].光谱学与光谱分析, 2009 (3)
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[3]何祥宇, 周涛.红外探测型香菇大棚煤气语音报警系统[J].湖北农业科学, 2012 (18)
红外无线耳机 篇4
光学系统设计、光电检测技术以及数字信号处理技术的发展, 极大地促进了红外探测技术的应用。红外测温技术发展迅速, 性能日益完善, 功能不断丰富, 使用范围也不断扩大, 市场占有率逐年上升。红外测温具有反应快速、使用方便、灵敏度高, 测温的范围广等特点。在医疗测温应用中, 利用不接触快速反应的特点为流行病的防治起到一定的积极作用;而在工业生产如冶金、电力、化工、石油等行业也得到了广泛的应用, 成为工业生产故障检测、产品质量控制和提高经济效益的重要手段[1,2,3]。在自然界中, 由于温度高于绝对零度的物体内部存在热运动, 因此, 其不断地向外辐射能量, 包括红外波段的辐射[4]。
1 系统硬件设计
系统的硬件组成如图1所示, 选用S T C 8 9 C 5 2单片机作为控制芯片, 设计分为主机和从机两个部分。其中从机负责测温、采集烟雾系数等数据, 并通过N R F 2 4 L 01无线模块将数据传送至主机, 经过单片机处理, 由L C D 12 8 6 4液晶显示屏显示测温结果。
2 系统软件设计
无线红外测温报警系统主机和从机的软件流程如图2所示。
开机等待15 s左右系统稳定之后, N R F 2 4 L 01发送给从机5字节的数据信号, 当从机接收到之后同时启动测温和M Q-2烟雾测量, 从机读取完烟雾和温度数据后将数据打包发送给主机, 主机接收后分析烟雾值以及温度值是否在设定的范围内, 当环境温度超过-10~5 0°C范围, 烟雾值超过0.6 5%~15.5%F T范围时, L C D 12 8 6 4将显示出目标环境温度值并报警。若没有超出报警范围, 那么主机只显示温度数据, 烟雾报警为正常。
3 实验总结
陶瓷的温度与时间数据关系如图3所示, 此材料的发射率是0.9 5。通过图3可以看出T N 9 01在测量陶瓷的表面温度时其精度明显高于D S 18 B 2 0, 波动幅度小。水的温度与时间的数据关系如图4所示, 水的辐射率为0.9 3, 从图4可以看出, T N 9 01曲线波动幅度大, 其对于水测量的精确度并不理想。
通过对两种不同的材料 (陶器、水) 的试验, 可以看出红外测温的灵活性与多样性。该测温系统监测环境温度以及目标温度精确度较高, 操作简单, 自动化强。通过实验分析得出, 主要误差来源于辐射率、距离系数、目标尺寸、环境因素。在实际测量工作中, 被测目标所在的周围环境温度有很大关系, 当温度越高时产生附加辐射对测量的影响越大, 误差也越大;而目标本身温度越高时, 测量精度越高。通过选择合适的材料, 采用高分辨率薄透镜和孔径光阑, 尽量保持光学镜头的清洁, 改进软件程序算法, 测量数据取平均值等方法来提高最终结果的准确度, 减小系统误差。
参考文献
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红外无线耳机 篇5
关键词：激光,红外,音频信号
1 引言
近年来, “自由音频”这一概念越来越引起人们的关注, 人们期望在保证高音质的同时, 能够摆脱线材的束缚, 方便安全的欣赏音乐。我们从物理实验角度出发, 利用激光, 红外两种无线传输媒介, 设计、制作了无线音频装置, 并详细分析了两种方案的优劣, 为它们的无线音频应用提供一些理论依据。
2 原理
由于是声音信号的无线收听, 研制装置主要解决声音信号的拾取、无线传输和还原三个问题。实验中我们设计了激光, 红外两种实现方案。
2.1 激光方案
激光方案就是用半导体激光发生器产生的一束极细的红光激光, 射到密闭声源附近的玻璃上, 玻璃会因声源的声音变化而产生轻微振动, 此时从玻璃上反射回来的激光包含了声波的振动信息, 在反射光线经由的一定位置用专门的接收器 (光敏二极管) 接收, 将光信号转化为电信号, 再通过信号放大和功率放大电路以驱动扬声器实现声音还原。
2.2 红外方案
红外方案是用压电陶瓷贴片附到声源近处的密闭外壳上, 物体因声源的声音变化而产生轻微振动, 经过压电陶瓷贴片将转化为电信号, 通过放大电路将信号放大并加载在专门的红外发射二极管将电信号转换为红外光信号发射出去。接收端用与之配套的红外接收二极管进行红外光信号的接收并转换为电信号, 再通过信号放大和功率放大电路以驱动扬声器实现声音还原。
3 电路设计
激光、红外两方案所拾取的原始信号都是微小信号, 因此必须经过信号放大电路放大。同时在收听时还要进行功率放大才能驱动扬声器。
3.1 信号放大电路
信号放大电路主要完成小信号的电压放大任务, 其失真度和噪声对系统的影响最大, 应优先考虑。此放大电路都带有反馈, 具有良好的抗共模干扰能力。通过集成运算放大芯片NE5532构成了前置放大电路, NE5532内部有两个集成运放。
实验中第一个运放用作电压跟随, 作用在于稳定信号。
第二个运放用作信号放大。输入电压为Ui, 输出电压为U0, 电位器阻值1～50K可调, 则理论放大倍数为2～5 1可调。实验中可根据需要进行调整。
3.2 功率放大电路
音频功率放大电路是由集成功率放大芯片LM386构成的集成OTL电路。其作用是将输入的较微弱信号进行放大, 产生足够大的电流去带动扬声器进行声音的重放。L M 3 8 6芯片的优点具有静态功耗低、工作电压范围宽、外围元件少等优点, 因此我们选择使用它来组建功率放大电路。
此电路的电压放大倍数为20～200倍数可调, 我们将经过两级信号放大电路放大后的声音信号输入功放电路, 同时通过调节电位器R 1来改变输入功放电路的信号电压从而调节扬声器音量, 实现声音的重放。
4 效果比较与分析
实验中我们将声源放在一个有机玻璃罩里, 分别用两种方案装置进行了测试, 并用示波器观察了还原之后的声音波形, 通过测试综合分析两种方案的优缺点, 可以得出如下结论: (1) 从示波器记录的波形来看, 两种方案的还原效果是不一样的, 其中的干扰和失真产生的原因也不尽相同。在没有给声音信号时, 红外方案的波形比较干净, 而激光方案的波形则有许多的毛刺出现。这是由于光敏二极管外界环境下工作会受到环境光的干扰, 而环境光对红外二极管却几乎没有影响。 (2) 从实验装置的使用距离和传输方式来考虑, 红外方案和激光方案的感应距离都在5～10m, 并且传输过程中不能有障碍物; (3) 从可操作性来看, 红外方案需要在声源盒上安放压电陶瓷片来拾取声音信号, 而激光方案通过激光入射和反射就能很方便的拾取信号。
针对两种方案各自的缺点, 可以做以下的改进: (1) 在激光方案中, 给光敏二极管加上一个遮光罩, 就可以滤除大部分的可见光干扰;将红光激光换成红外激光, 也可以减少可见光的影响。 (2) 利用滤波电路滤除不需要的信号来改善效果。 (3) 利用红外光的漫反射传播, 在小范围内解决红外光的直线传播的缺点。
5 结语
本文围绕激光、红外两种声音信号无线收听方案, 详细介绍了这两种方案的实现流程和实验电路, 同时利用示波器的波形记录, 分析了两种方案的干扰信号的来源。从还原效果、实用距离和可操作性等角度比较了两种方案的优缺点, 并提出了具体的改进方案和措施, 从理论上指导了它们的无线音频应用。
参考文献
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红外无线耳机 篇6
有线监控系统是随着电视和摄像机的出现发展壮大起来的, 在这短短的几十年的发展历程中, 伴随着新技术革命的不断冲击和市场的竞争, 各项技术趋于成熟。数字化、网络化和智能管理化对监控系统提出个新的要求。无线监控系统作为有线监控的补充和发展, 为监控系统开辟了新的市场。
1 无线视频监控
1.1 无线视频监控的优势
视频监控作为当前的主流监控形式, 几乎占据了整个监控市场。无线监控系统作为未来网络监控的发展趋势, 已经崭露头角。绿色、环保和节能对无线监控系统提出了更高的要求。
无线视频监控的灵活性主要是因为他不依赖基础设施, 架设简便, 尤其是在一些重大灾害现场, 基础设施大量被毁, 无法及时修复, 无线网络以其简便快捷的方式组成新的通信网络, 并且网络节点的增加与减少都很便捷, 几分钟就可以完成网络的扩容和升级不影响网络的运行。无线监控设备能够投放到一些有线网络无法到达的危险地区, 如对灾害的发展进行实时监控, 及时将信息传回, 为抗灾救灾恢复正常生产生活秩序提供可靠的信息保障。在这些地区通过使用无线网络监控, 减少了人员的伤亡, 避免了有线设备的大量消耗和损失。
有线视频监控使用的普及率已经很高, 一些国家机关、企事业单位和各类公司, 甚至家庭都大量使用有线网络。随着机构功能的增加、公司企业的发展, 在网络的使用过程中, 需要增加客户端, 一些没有预留接口的网络就需要增加设备重新铺设线路, 大大增加了使用成本, 在整个正常运行前还要进行大量的调试工作。无线视频监控的部署则不需要依赖系统预留的基础设施。这种方便快捷的优势是传统有线网络所无法企及。
1.2 无线视频监控的不足
无线监控网络有其自身优势的同时, 也存在一定的不足, 尤其是无线视频监控系统。视频监控网络在实际应用中, 通常监控对象异常情况仅占系统总工作时间的很小比例 (取决于监控环境的复杂程度) , 而在传统的无线视频监控系统中监控节点长期开启正常工作, 大量正常情况的画面数据源源不断的传回控制中心, 既增加了数据在无线监控网络传输中的延迟和系统拥塞, 大大增加了系统的开销, 又使控制中心处理大量正常数据, 造成有限资源的浪费, 同时大量正常的视频画面也给值守人员增加了监控强度, 使职守人员容易产生视觉疲劳, 造成盲检、漏检的可能性大大增加。
此外, 无线视频监控系统中各节点通常使用电池供电, 长时间的开启运行会消耗大量的能量, 降低无线视频监控网络的使用寿命。
如何降低无线视频监控系统的能量消耗同时, 提高系统的监控效率是本文研究的主要问题。针对正常情况下无线视频监控节点长期持续监控存在低效率的情况, 本文提出基于红外传感器网络与无线视频监控系统协同工作的解决方案, 实现基于红外预警按需启动视频监控的高效率低能耗视频监控系统。
2 系统总体设计
监控系统的作用就是及时发现监控目标出现的异常情况, 通知控制中心及时处理, 确保监控目标的安全。
2.1 系统结构
基于红外传感的无线视频监控系统主要包含红外监控系统、视频监控系统以及控制中心三大部分 (见图1) , 下面是这三大系统的简略描述:
(1) 红外监控系统:进行信息采集和环境监视。具体包括若干个Sensor节点和1个Sink (网关/BaseStation) , 每个传感节点Mote上带有处理器、射频芯片和传感板, 节点上运行Tiny OS, 基于Zigbee传输协议, 负责采集各种传感信息, Sink节点汇聚各个传感节点的信息, 由Sink节点通过以太网传给上位机PC控制中心。
(2) 视频监控系统:对现场环境进行视频监控, 转发视频、图片信息。视频传感节点由ARM板, 摄像头, IEEE802.11g无线网卡组成。视频传感节点信息的传输基于Ad-hoc网络, 通过Ad-hoc网络, 自主组网, 实现各个视频传感节点的互联, 并及时将视频信息传给上位机PC控制中心。
(3) 控制中心:统一管理、控制整个无线监控系统, Sensor网关以及无线网卡, 分别用于无线传感器网络和视频传感网提供通信接口。值守人员接受红外预警信息, 根据信息开启无线视频监控系统相应的视频节点, 对监控目标实施及时有效的监控。
2.2 系统工作流程
能够及时将异常情况传回控制中心, 同时减少正常数据的传输可以实现监控系统的作用, 同是也解决了大量正常数据传输给系统带来的弊端。如何实现这个目的?本文尝试使用无线红外传感节点与无线视频节点协同的方式解决, 具体实施如下:
(1) 首先, 由无线红外节点对目标监控区域实施监控, 视屏传感节点进入睡眠状态;
(2) 当红外节点发现异常情况后, 激活异常区域内的视频传感节点的同时向控制中心报告;
(3) 开启相应的无线视频节点及时将现场画面传回控制中心, 待异常情况处理完后, 视频节点再次进入睡眠状态, 这就是预警睡眠机制。工作流程详见图2。
红外传感节点的能耗比视频传感节点的能耗要低很多, 降低了由视频传感节点长时间运行所消耗的能量;预警睡眠机制减少了大量正常数据的传输, 既解决了信息通道的拥塞问题, 又减少的数据转发和控制中心处理大量正常数据造成的损耗。
3 系统实现
3.1 系统的硬件开发环境
硬件是系统的骨架, 由他支撑网络的整体运行, 基于红外传感的无线视频监控系统硬件开发环境详见表1。
3.2 系统的软件开发环境
系统开发软件:Mote Works、SoftWare、PlatForm、Cygwin。
红外监控系统:TinyOS操作平台
视频监控系统:Linux
客户端操作系统:Linux或Windows xp
(1) Mote Works
MoteWorks是Crossbow公司提供的三层软件架构用以加速客户的无线传感器网络产品研发周期。MoteWorks是第一款用于工业可开放源代码的, 基于标准平台和支持OEM设备与系统开发的软件平台。此平台不仅支持多种无线传感器, 还支持多种网络拓扑结构, 如星型、M e s h和混合型。MoteWorks的灵活性和可选性帮助开发人员选择最好的网络拓扑结构, 电源管理模式以及应用带宽。特别适用于低功耗操作的网络。MoteWorks的先进设计同时便于用户自行设计开发硬件。
(2) Cygwin
Cygwin是一个在Windows平台下运行的UNIX模拟环境, 是Cygwin solutions公司开发的自由软件。主要包括两个部分:一个动态链接库 (cygwin1.dll) , 主要用来基于win32API来构建一个UNIX系统库的模拟层;另一部分就是通过一系列的工具来提供Linux的界面和风格。
(3) TinyOS
TinyOS是一个专为无线嵌入式传感器网络设计的开放源代码的操作系统。它具有基于组件的特性, 在传感器网络天生就有内存严格限制的条件下, 这可以用最小代码快速来创新和实现。TinyOS的组件库包括了网络协议, 分布式服务, 传感器驱动和数据获取工具——所有这些都可以像这样的使用或者进一步精练到用户自己的应用中。
TinyOS已经移植到了许多的平台和大量的传感器线路板。越来越多的研究机构和工业单位使用它来模拟开发和测试不同的算法和协议。TinyOS系统、库及应用程序都是用nesC语言写的语言写的, nesC是一种新的用于编写结构化的基于组件的应用程序的语言。nesC语言主要用于诸如传感器网络等嵌入式系统。nesC具有类似于C语言的语法, 但支持Tiny OS的并发模型, 同时具有机构化机制、命名机制, 能够与其他软组件链接在一起从而形成一个鲁棒的网络嵌入式系统。其主要目标是帮助应用程序设计者建立可易于组合成完整、并发式系统的组件, 并能够在编译时执行广泛的检查。
(4) Ad-hoc网络
Ad-hoc网络是一种特定的无线网络。多跳、自组织、无中心的灵活通信形式使其成为研究的热点之一。在Ad-hoc网络中, 节点具有报文转发的能力, 节点间的通信可能要经过多个中间节点的转发。节点通过网络协议与分布式算法的相互协调, 实现了网络的自组织。Ad-hoc网络的特殊性, 使得它在特殊领域有着传统技术不可比拟的优势。Ad-hoc网络在越来越多的场合得到广泛的应用。
3.3 系统的性能分析
为了更好的说明红外协作情况下无线视频监控系统在能耗和数据传输量上的优势, 我们进行了能量消耗和数据传输量的评测。具体硬件平台:计算机1台, 4个视频传感节点和4个红外传感节点, 8个ARM开发板, 9个无线网卡。测试过程中每个视频节点所监控的区域每小时出现5分钟异常时间, 测试总时间为24小时, 具体情况见表2。
从表中可以看出:系统在有红外协作方式下工作, 能量消耗约是传统方式下系统工作能量消耗的三分之二;数据传输量约是传统方式下系统数据传输量的十二分之一。进一步说明了基于红外传感的无线视频监控系统与传统无线视频监控系统相比较的优势。
4 结论
利用红外早期预警, 同时激活睡眠中的视频传感节点的方案使监控系统的使用性和完整性大大增强, 提高了监控效率, 同时节约了大量的能源, 降低了运营成本, 是未来监控系统的必然发展趋势。
参考文献
[1]方旭明等编著.下一代无线因特网技术:无线Mesh网络[M].人民邮电出版社.2006.
[2] (美) 斯托林斯 (Stalling, W.) 著, 何军等译.无线通信与网络—2版[M].清华大学出版社.2005.
[3]郑少仁, 王海涛, 赵志峰, 米志超.Ad Hoc网络技术[M].人民邮电出版社.2005.
红外无线耳机 篇7
无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式,近些年信息通信领域中,发展最快、应用最广的就是无线通信技术。从最初的电报开始经过150多年的现代电信的发展是来自各界的成千上万科学家、工程师和研究人员的辛勤劳动的结果。目前,无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。
2. 无线通信技术的发展与应用
无线通信技术给人们带来的影响是无可争议的。如今每一天大约有15万人成为新的无线用户,全球范围内的无线用户数量目前已经超过2亿。
自七十年代人们就开始了无线网的研究。在整个八十年代,伴随着以太局域网的迅猛发展,以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补"有线"所短,赢得了特定市场的认可,但也正是因为当时的无线网是作为有线以太网的一种补充,遵循了IEEE802.3标准,使直接架构于802.3上的无线网产品存在着易受其它微波噪声干扰、性能不稳定、传输速率低且不易升级等弱点,不同厂商的产品相互也不兼容,这一切都限制了无线网的进一步应用。到1997年6月,IEEE终于通过了802.11标准,802.11标准是IEEE制定的无线局域网标准,主要是对网络的物理层(PH)和媒质访问控制层(MAC)进行了规定,使得无线网的两种主要用途----"(同网段内)多点接入"和"多网段互连",易于质优价廉地实现。对应用来说,更重要的是,某种程度上的"兼容"就意味着竞争开始出现;而在IT这个行业,"兼容"就意味着"十倍速时代"降临了。
无线通信的应用已深入到人们生活和工作的各个方面,包括日常使用的手机、无线电话等,其中3G、WLAN、UWB、、宽带卫星系统、数字电视都是21世纪最热门的无线通信技术的应用。
3. 蓝牙与红外技术的历史
蓝牙(Bluetooth)作为一种新兴的技术出现于1994年,由爱立信公司提出,是蓝牙特别兴趣小组(BluetoothSpecial Interest Group,SIG)中许多公司合作的结果。SIG于1999年7月颁布了蓝牙技术的第一个完整的规范。蓝牙是一种开放的技术规范,其目的是为了在世界上任何一个地方,实现短距离无线语音、视频和数据通信。
红外无线数据通讯技术是以红外线作为通信媒质的特定应用,也是一个技术规范。相比之下,红外无线技术比蓝牙技术更加成熟,其标准化进程相对要早了许多,最早是1979年IBM公司的F.R.Gfeller发表了一篇较有影响的关于室内红外无线通信设计与实验的论文。红外无线接入技术是以红外线作为通信媒质的特定应用。其工作频段为3.409~3.529×105GHz,红外数据协会(Ir DA)制定了一种标准的红外通信方法。这种方法包括通常用在移动电话、笔记本电脑和掌上电脑中。红外通信也是被设计用于短距离、低功率、无许可证的通信。
4. 蓝牙与红外技术的比较分析
蓝牙技术和红外无线接入技术都是短距离的无线接入技术,而且都能实现安全、可靠、低功耗、低成本的话音,数据及视频的传输。虽然都是无线接入技术,但是由于两种技术采用的电磁波频段不同,因此具有完全不同的信号传播特性。这也导致了两种技术在特点上的差异。
(1)通讯距离:按理想的情况,功率级别为CLASS 2的蓝牙设备之间也可以在10m的范围内进行数据通讯,而功率级别为CLASS 1的蓝牙设备之间可以在100m的范围内进行数据通讯,虽说一般情况下达不到上面给出的距离,但是比起红外设备的通讯距离要大很多。标准功率的红外设备可以在1m范围内正常通讯,低功耗设备的红外设备可在0.2m范围内正常通讯,见表1。
(2)通讯角度:蓝牙、红外数据通讯技术的数据载体都是电磁波,但红外波长短,蓝牙所使用的电磁波波长长,红外的单向性好,而蓝牙发射数据时是向整个球面发散的,并且由于波长长,还可以绕开障碍物。所以使用时,两个红外通信设备之间需对准,而蓝牙无此限制。但同时正因为如此,红外设备发送的数据几乎不太可能被其它设备所截获,而蓝牙设备发出去的数据很容易被其它设备所截获,虽然要分析出数据中的真正内容可能需要很高的技术水平,但这的确会导致蓝牙安全性降低。
(3)功率消耗:蓝牙在发射数据时,功率要比红外大很多,对于便携市设备而言,这也是蓝牙目前不完善的地方之一,或许等技术发展之后,这将不成为问题。
(4)数据通讯速率:就通常在便携式设备上使用的红外通信来说,其通讯速率最高只能到115200bps(SIR),而蓝牙V1.1与此相同。但FIR标准可达4Mbps,VFIR标准可达16Mbps,较目前广泛应用的蓝牙速率要高,可是FIR和VFIR因其高功耗,同样没有SIR应用得广。
(5)成本:蓝牙技术的成本比红外技术的成本高出很多,对于不同的产品,蓝牙技术比红外技术可能高出10美元到20美元甚至更多。
(6)厂家和消费者的认同度:蓝牙技术已获得了两千余家企业的响应,从而拥有了巨大的开发和生产能力。蓝牙已拥有了很高的知名度,广大消费者对这一技术很有兴趣。
红外通讯技术已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用,目前主流的软件和硬件平台均提供对它的支持。红外技术已被广泛应用在移动计算和移动通讯的设备中,巨大的装机量使红外无线通讯技术有了庞大的用户群体。
(7)缺点:蓝牙是一种还没有完全成熟的技术,尽管被描述得前景诱人,但还有待于实际使用的严格检验。蓝牙的通讯速率也不是很高,在当今这个数据爆炸的时代,可能也会对它的发展有所影响。ISM频段是一个开放频段,可能会受到诸如微波炉、无绳电话、科研仪器、工业或医疗设备的干扰。
红外通讯技术,通讯距离短,通讯过程中不能移动,遇障碍物通讯中断。目前广泛使用的SIR标准通讯速率较低(115.2kbit/s)。红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输,功能单一,扩展性差。
5. 结论
作为短程的无线接入技术,蓝牙技术和红外无线接入技术在许多应用上有相同或相似之处。但是由于两种技术有各自的特点,因此具体来说,两种技术在应用上还是有所区别的,譬如,在有障碍物或对移动性要求比较高的环境中,比较适合于使用蓝牙技术,而在可以直视且位置相对固定的环境中,比较适合于使用红外线技术,这样既可以降低成本又能达到较高的传输速率。
因此,今后的发展趋势是融合发展而不是某一种技术取代另一种技术,SIG在制定其核心技术时,专门研究了与红外无线接入技术的互操作性,制定了互操作性协议,可以相信在SIG和IrDA的共同努力下,这两种技术可以更好地相互补充,相互促进,在今后几年时间里,会有更多的蓝牙产品和红外产品面世,使短程无线连接变得更加方便,对人们的日常生活产生深远的影响。
参考文献
[1]邱永红,王庭昌,范建华,郭明.无线通信系统模块化设计标准体系的研究[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2003,(01):23-26.
[2]马萍,董树伟,肖保军.GPRS技术在电力数据传输中的应用[J].河南科技,2005,(09):12-16.