紅外線接收發(fā)送裝置設(shè)計(九)

1、 課程設(shè)計說明書 第I頁 II紅外線接收發(fā)送裝置設(shè)計摘 要隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，紅外通信已經(jīng)成為越來越普及的無線通信方式。 在通信系統(tǒng)中，常利用非電信號來傳遞控制信號和數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)遙控或遙測的功能紅外通信，具有控制簡單、實施方便，傳輸可靠性高的特點，是一種較為常用的通信方式。紅外通信利用 950 nm 近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，發(fā)送端采用脈時調(diào)制方式，將二進制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送，接收端將收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號。再經(jīng)過放大、濾波處理后送給解調(diào)電路，還原為二進制數(shù)字信號后輸出。實現(xiàn)單片機系統(tǒng)紅外通信的關(guān)鍵在于紅外串行接口電路的設(shè)計以及接

2、口驅(qū)動程序的設(shè)計。本設(shè)計介紹了基于單片機的紅外接收和發(fā)送電路的設(shè)計，并在課程設(shè)計說明書中對電路的原理和結(jié)構(gòu)做了簡要的介紹。關(guān)鍵詞：紅外線、單片機、串行接口 課程設(shè)計說明書 第II頁 IIII目 錄1 緒 論.12 設(shè)計過程.12.1 信號變換和脈沖發(fā)送 .12.2 紅外接收器 .22.3 通信信道 .22.4 串行接口的設(shè)計 .32.5 發(fā)射部分 .32.6 接收器的設(shè)計 .42.7 數(shù)碼顯示部分 .62.8 按鍵部分設(shè)計 .63 單片機控制的紅外通信的總程序.83.1 程序流程圖 .83.2 紅外線接收發(fā)送程序 .8總 結(jié).11致 謝.12參考文獻.131 緒 論紅外通信是目前比較常用的一種

3、無線數(shù)據(jù)傳輸手段，其具有無污染、信息傳輸穩(wěn)定、信息安全性高以及安裝使用方便等優(yōu)點，并且可以在很多場合應(yīng)用，如家電產(chǎn)品，工業(yè)控制、娛樂設(shè)施等領(lǐng)域。紅外通信是利用 950nm 近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的載體，通過紅外光在空中的傳播來傳遞信息，由紅外發(fā)射器和接收器實現(xiàn)。發(fā)射端將二進制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換電路，驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送到空中。接收端將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)解調(diào)和譯碼后恢復(fù)出原二進制數(shù)字信號。本文設(shè)計了一種基于單片機 AT89C51 的主從式紅外通信系統(tǒng)，主要設(shè)計了紅外接口電路以及主機和從機通信軟件流程。2 設(shè)計過程 紅外通信系統(tǒng)采用紅外光

4、傳輸及無限工作機制，其組成結(jié)構(gòu)主要包括：紅外發(fā)射器，通信信道，紅外接收器三大部分組成。2.1 信號變換和脈沖發(fā)送 紅外發(fā)射器的關(guān)鍵是紅外發(fā)光二極管和響應(yīng)的驅(qū)動電路。紅外發(fā)光耳機光首先要滿足其調(diào)制帶寬大于信號的頻譜寬度，保證通信線路暢通。此外發(fā)光二極管的發(fā)射波長應(yīng)與接收端的光電探測器(選用硅光二極管)的峰值響應(yīng)相匹配，最大程度地抑制背景雜散光干擾，現(xiàn)階段一般選用 780nm950 nm 的紅外波段進行數(shù)字信號傳輸。由于紅外無線通信系統(tǒng)的信噪比與發(fā)射功率的平方成正比，所以適當提高紅外發(fā)射器的發(fā)射功率，并采用空間分集、全息漫射片等可使發(fā)射端的光功率在空間均勻分布的措施來降低誤碼率，提高通信質(zhì)量。其原

5、理圖如圖 1 所示。 課程設(shè)計說明書 第2頁 22差分信號輸入線路接收編碼調(diào)制差分驅(qū)動紅外脈沖輸入圖 1 紅外發(fā)射器原理圖2.2 紅外接收器 紅外接收器包括紅外接收部分以及后續(xù)的信號采濾波、判決、量化、均衡和解碼等其原理框圖如圖 2 所示。紅外脈沖光電轉(zhuǎn)換頻域均衡碼元判決差分信號形成差分信號解碼電路閾值產(chǎn)生谷值提取峰值提取圖 2 紅外接收器結(jié)構(gòu)框圖 紅外接收端的工作過程，首先進行光電轉(zhuǎn)換，將紅外脈沖信號變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過適當?shù)念l域均衡后進行碼元判決，碼元判決電路是接收器設(shè)計的核心部分。由于信號采用紅外無線進行穿社，其電平變化范圍較大，所以碼元判決電路必須是自適應(yīng)的。接收的信號經(jīng)自適應(yīng)碼元判決后變

6、成數(shù)字信號，再進行適當?shù)慕獯a轉(zhuǎn)換為差分信號進入計算機網(wǎng)卡的信號輸入端。2.3 通信信道 紅外無線數(shù)字通信的信道泛指發(fā)射器與接收器之間的空間。由于自然光及人工光源等背景光信號的介入，信號源以及發(fā)射、接收設(shè)備中電學(xué)或光學(xué)噪聲的影響，紅外無線數(shù)字通信在某些場合的通信質(zhì)量較差，需要采用信道編碼技術(shù)來提高抗干擾能力。 課程設(shè)計說明書 第3頁 33 在紅外線通信系統(tǒng)中，由于紅外發(fā)射器的發(fā)射功率較小，而且信號采用紅外線進行傳輸，易受外界環(huán)境的影響，這些因素導(dǎo)致了紅外接收器的信號很弱，并且電平變化范圍較大。因此，低噪聲的前置放大器設(shè)計和自適應(yīng)的碼元判決電路是必須的。低噪聲的前置放大器一般選用輸入阻抗較高的場效

7、應(yīng)管放大器，并要求帶寬大，增益高，噪聲低，干擾小，頻率響應(yīng)與信道脈沖響應(yīng)匹配。自適應(yīng)的碼元判決電路能自動跟蹤輸入信號電平的變化，得到最佳的閾值電平，并根據(jù)此閾值電平對信號進行判決，將其變換為數(shù)字電平之后進行解碼，恢復(fù)原始信號。同時，為了濾去低頻噪聲及人為干擾采用帶通濾波器，為了與調(diào)制特性匹配并消除碼間干擾常采用均衡技術(shù)，為了獲得較大的光接收器工作范圍及瞬時視場采用球形光學(xué)透鏡。這些措施都是將有利于紅外無線通信質(zhì)量的提高。2 2.4 串行接口的設(shè)計 單片機控制的紅外通信系統(tǒng)主要有紅外發(fā)射器，紅外接收器，以及單片機89C51 三部分組成，單片機本身并不具備紅外通信接口，可以利用單片機的串行接口與片

8、紅外發(fā)射和接收電路，組成一個單片機控制系統(tǒng)的紅外串行通信接口。2.5 發(fā)射部分紅外發(fā)送電路包括脈沖振蕩器、三極管和紅外發(fā)射管等部分。其中脈沖振蕩器有 NE555 定時器、電阻和電容組成，用于產(chǎn)生 38 kHz 的脈沖序列作為載波信號，紅外發(fā)射管 HG 選用 Vishay 公司生產(chǎn)的 TSAL6238，用來向外發(fā)射 950 nm的紅外光束。其發(fā)送的過程為：串行數(shù)據(jù)有單片機的串行輸出端 TXD 送出并驅(qū)動三極管，數(shù)位“O”使三極管導(dǎo)通通過有 NE555 構(gòu)成的多諧振蕩電路調(diào)制成38 kHz 的載波信號，并利用紅外發(fā)射管以光脈沖的形式向外發(fā)送。數(shù)位“l(fā)”使三極管截止，紅外發(fā)射管不發(fā)射紅外光。NE55

9、5 構(gòu)成的多諧振蕩電路的振蕩周期公式為 T=O693(R1+R2)C，其中，R1 為充電電阻，R2 為放電電阻，C 為充電電容。 課程設(shè)計說明書 第4頁 44 圖 3 發(fā)送電路本電路為簡易型紅外線發(fā)射電路，如圖 3 所示，為紅外線發(fā)射電路，555接成無穩(wěn)態(tài)振蕩器，其周期及頻率計算如下: 周期 T = 0.69(R1+ R2 )C1 R1，R2 代入 10K，C1 代入 0.01uf 得周期 T = 0.69(10K + 210K) 0.01uf = 207 uS 頻率工作周期667. 03222121RRRRT2.6 接收器的設(shè)計 紅外接收電路選用 Vishay 公司生產(chǎn)的專用紅外接收模塊 T

10、SOP1738。該模塊是一個三端元件，使用單電源+5V 供電，具有功耗低、抗干擾能力強、輸入 課程設(shè)計說明書 第5頁 55靈敏度高、對其他波長(950 nm 以外)的紅外光不敏感的特點，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 所示。 PIN控制電路自動增益控制電路帶通濾波器解調(diào)電路輸入圖 4 TSOP1738 內(nèi)部結(jié)構(gòu)TSOPl738 的工作過程為：首先，通過紅外光敏元件將接收到的載波頻率為 38 kHz 的脈沖紅外光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再由前置放大器和自動增益控制電路進行放大處理。然后，通過帶通濾波器進行濾波，濾波后的信號由解調(diào)電路進行解調(diào)。最后，由輸出級電路進行反向放大輸出。 圖 5 接收電路如圖 5 為紅

11、外線接收電路，U2A 為 270 倍的反相放大器，C3 做為高頻衰減之用，可在 TP2 測出較小的紅外線信號，U2B 為 100 倍的反相放大器，可在 TP3測出較大的 紅外線信號。放大倍數(shù)計算如下:U2A 放大倍數(shù): 47078RRAV 課程設(shè)計說明書 第6頁 66U2B 放大倍數(shù): 100910RRAV兩個反相放大器共放大 27000 倍，D4 與 C4 為整流濾波之用，當接收到紅外信號 時，TP4 為高電位，沒接收到紅外線，TP4 為低電位，使用 U2C 做為比較器，調(diào)整 VR1 改變比較器的位準，則可輸出符合數(shù)位電路所需的高低準位要求，配合計數(shù)器即可 做為物體計件器。當物體經(jīng)過紅外線發(fā)

12、射端與接收端之間，則比較器輸出電位高低 變化一次，則計數(shù)器計數(shù)值往上加 1，如此一來，這個電路就能計算物體通過的數(shù)量。2.7 數(shù)碼顯示部分 在系統(tǒng)中，選用一個雙七段數(shù)碼管來顯示發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)。數(shù)碼管采用DPY 雙位七段共陽數(shù)碼管。高位的共陽極是 lO 腳，低位的共陽極是 5 腳。由單片機的 P O 口控制數(shù)碼管的陰極，P26，P27 口分別控制數(shù)碼管的高位和低位，當 P2 口輸出數(shù)位“0”時，相應(yīng)的三極管導(dǎo)通。根據(jù) PO 口輸出不同數(shù)位，數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，當 P2 口輸出數(shù)位“l(fā)”時，三極管截止，數(shù)碼管不顯示。2.8 按鍵部分設(shè)計 有四個按鍵與單片機的 P3 口相連，按鍵的一邊接地，另外

13、一邊與單片機的P32、P34、P35 口相連。單片機控制的紅外通信接口電路的整體圖如圖6 所示。 課程設(shè)計說明書 第7頁 77圖 6 通信接口電路其工作過程：單片機通過 TXD 發(fā)出串行數(shù)據(jù)，通過由 NE555 構(gòu)成的多諧震蕩電路產(chǎn)生 38 kHz 脈沖序列作為載波信號，通過紅外發(fā)射管將信號以 950 nm的紅外光束發(fā)出，紅外接收模塊 TOSPl738 將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過發(fā)大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進行解調(diào)，還原為二進制數(shù)字信號后輸出到單片機的 RXD 口。單片機對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。這樣，一個單片機控制的紅外通信系統(tǒng)就實現(xiàn)了通信。 為了保證紅

14、外接收模塊 TSOPl738 接收的準確性，要求發(fā)送端載波信號的頻率應(yīng)盡可能接近 38 kHz，因此在設(shè)計脈沖震蕩器時，要選用精密元件并保證電源電壓穩(wěn)定。還有，發(fā)送的數(shù)位“O”至少要對應(yīng) 14 個載波脈沖，這就要求傳輸?shù)牟ㄌ芈什荒艹^ 2400 bps。 課程設(shè)計說明書 第8頁 883 單片機控制的紅外通信的總程序3.1 程序流程圖圖 7 紅外發(fā)射部分程序流程圖 圖 8 紅外接收部分程序流程圖3.2 紅外線接收發(fā)送程序P32 為開始鍵也為功能選擇鍵，P35 為功能確認鍵ORG 0000HAJMP 30HORG 30HMAIN:MOV TMOD,#20HMOV TL1，#0E8H 課程設(shè)計說明書

15、 第9頁 99MOV TH1，#0E8HMOV PCON,#00HMOV R1，#00MOV R2，#00JB P3.2，$Q1:ACALL DL10MS JNB 3.2，Q1 SETB TR1 MOV SCON,#50H MOV P0，#0FFH MOV P1，#0FFH SETB P2.6 SETB P2.7Q4:MOV R1，#00HQ2:JB P3.2，Q3 ACALL DL10MS INC R1 MOV A,R1 SUBB A,#05 JZ Q4 JNB P3.2，$Q3:MOV R2，#10H ACALL DISPLAY JB P3.5，Q2 ACALL DL10MS JNB P3

16、.5，$ MOV A,R1 SUBB A,#02 JZ FN2 MOV A,R1 SUBB A,#03 JZ FN3 MOV A,R1 SUBB A,#04 JZ FN4功能部分FN1:子程序 課程設(shè)計說明書 第10頁 1010DL10MS:MOV R7，#100 ；延時子程序 MOV R6，#50 D1:DJNZ R6，$ DJNZ R7，D1 RETDISPLAY:MOV DPTR,#TAB ；顯示子程序 MOV A,R2 MOVC A,A+DPTR MOV P0，A CLR P2.6 ACALL DL10MS SETB P2.6 MOV A,R1 MOV A,A+DPTR MOV P0，

17、A CLR P2.7 ACALL DL10MS SETB P2.7 RETSENDDATA:MOV A,R3 ；發(fā)送數(shù)據(jù) MOV SBUF,A JNB T1，$ CLR T1 RET GETDATA:JNB R1，$ ；接收數(shù)據(jù) 課程設(shè)計說明書 第11頁 1111 總 結(jié)經(jīng)過近兩周的艱苦的努力，終于完成了本次課程設(shè)計，在做設(shè)計的過程中，讓我對自己的學(xué)習(xí)能力，獨立思考能力及對知識的掌握運用能力有了進一步了解，同時讓也我看到自身存在的不足，由于個人能力有限，文中肯定有錯誤的地方，還請老師指出其中的錯誤和不當之處，使我能做出改正，進一步提高。在本次課程設(shè)計過程中，我增強了自己的動手能力和分析能力。通

18、過跟老師和同學(xué)的交流，當然也離不開自己的艱苦努力，終于按時完成了本次課程設(shè)計。在此過程中，我學(xué)會了很多，讓我明白踏實努力在學(xué)習(xí)中的重要性，成功源于不懈努力。在今后的學(xué)習(xí)生活中，我會努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識，不斷的自我提高，為將來的在電子領(lǐng)域進一步發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。在這次課程設(shè)計中，我感受頗深， ，了解到很多不曾接觸的知識，讓我深刻的明白理論和實際重要性。在今后的學(xué)習(xí)中，我一定會踏實實干，努力奮斗，把理論與實踐緊密聯(lián)系在一起，相信一定會取得不俗的成就。 課程設(shè)計說明書 第12頁 1212致 謝首先， ，非常感謝呂運朋老師在做課程設(shè)計過程中給予的細心指導(dǎo)，深入淺出的講解，為我順利完成本次課程設(shè)計提供了很大幫助，讓我對