紅外線接收發(fā)送裝置設(shè)計(jì)九

1、紅外線接收發(fā)送裝置設(shè)計(jì)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(hào)來傳遞控制信號(hào)和數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)遙控或遙測(cè)的功能紅外通信，具有控制簡(jiǎn)單、實(shí)施方便，傳輸可靠性高的特點(diǎn)，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(shí)調(diào)制方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動(dòng)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(hào)。再經(jīng)過放大、濾波處理后送給解調(diào)電路，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)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(jì)以及接口驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)

2、介紹了基于單片機(jī)的紅外接收和發(fā)送電路的設(shè)計(jì)，并在課程設(shè)計(jì)說明書中對(duì)電路的原理和結(jié)構(gòu)做了簡(jiǎn)要的介紹。關(guān)鍵詞：紅外線、單片機(jī)、串行接口目 錄1 緒 論12 設(shè)計(jì)過程12.1信號(hào)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(jì)32.5 發(fā)射部分32.6 接收器的設(shè)計(jì)42.7 數(shù)碼顯示部分62.8 按鍵部分設(shè)計(jì)63 單片機(jī)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(xiàn)131緒 論紅外通信是目前比較常用的一種無線數(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(diǎn)，并且可以在很多場(chǎng)合應(yīng)用，如家電產(chǎn)品，工業(yè)

3、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(shí)現(xiàn)。發(fā)射端將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)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(dòng)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(hào)，再經(jīng)解調(diào)和譯碼后恢復(fù)出原二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)AT89C51的主從式紅外通信系統(tǒng)，主要設(shè)計(jì)了紅外接口電路以及主機(jī)和從機(jī)通信軟件流程。2 設(shè)計(jì)過程   紅外通信系統(tǒng)采用紅外光傳輸及無限工作機(jī)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(hào)變換和脈沖

4、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(dòng)電路。紅外發(fā)光耳機(jī)光首先要滿足其調(diào)制帶寬大于信號(hào)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(zhǎng)應(yīng)與接收端的光電探測(cè)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(jìn)行數(shù)字信號(hào)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(dāng)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。其原理圖如圖1所示。差分信號(hào)輸入線路接收編碼調(diào)制差分驅(qū)動(dòng)紅外脈沖輸入圖1 紅外發(fā)射器原理圖2

5、.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(hào)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(hào)形成差分信號(hào)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(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將紅外脈沖信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)念l域均衡后進(jìn)行碼元判決，碼元判決電路是接收器設(shè)計(jì)的核心部分。由于信號(hào)采用紅外無線進(jìn)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(hào)經(jīng)自適應(yīng)碼元判決后變成數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕獯a轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的信號(hào)輸入端。2.3通信信道   紅外無線數(shù)

6、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(hào)的介入，信號(hào)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(chǎng)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。   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(hào)采用紅外線進(jìn)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(hào)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(jì)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(chǎng)效應(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(dòng)

7、跟蹤輸入信號(hào)電平的變化，得到最佳的閾值電平，并根據(jù)此閾值電平對(duì)信號(hào)進(jìn)行判決，將其變換為數(shù)字電平之后進(jìn)行解碼，恢復(fù)原始信號(hào)。同時(shí)，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(shí)視場(chǎng)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。2.4串行接口的設(shè)計(jì)   單片機(jī)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(jī)89C51三部分組成，單片機(jī)本身并不具備紅外通信接口，可以利用單片機(jī)的串行接口與片紅外發(fā)射和接收電路，組成一個(gè)單片機(jī)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

8、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(shí)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(hào)，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(jī)的串行輸出端TXD送出并驅(qū)動(dòng)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(hào)，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。NE555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。

9、 圖3 發(fā)送電路本電路為簡(jiǎn)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(jì)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 + 2×10K) ×0.01uf = 207 uS 頻率工作周期2.6接收器的設(shè)計(jì)   紅外接收電路選用Vishay公司生產(chǎn)的專用紅外接收模塊TSOP1738。該模塊是一個(gè)三端元件，使用單電源+5V供電，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、輸入靈敏度高、對(duì)其他波長(zhǎng)(950 nm以外)的紅外光不敏感的特點(diǎn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4

10、所示。 PIN控制電路自動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再由前置放大器和自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行放大處理。然后，通過帶通濾波器進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)由解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)。最后，由輸出級(jí)電路進(jìn)行反向放大輸出。 圖5 接收電路如圖5為紅外線接收電路，U2A為270倍的反相放大器，C3做為高頻衰減之用，可在TP2測(cè)出較小的紅外線信號(hào)，U2B為100倍的反相放大器，可在TP3測(cè)出較大的 紅外線信號(hào)。放大倍數(shù)計(jì)算如下:U2A放大倍數(shù): U2B放大倍數(shù): 兩個(gè)反相放

11、大器共放大27000倍，D4與C4為整流濾波之用，當(dāng)接收到紅外信號(hào) 時(shí)，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(zhǔn)，則可輸出符合數(shù)位電路所需的高低準(zhǔn)位要求，配合計(jì)數(shù)器即可 做為物體計(jì)件器。當(dāng)物體經(jīng)過紅外線發(fā)射端與接收端之間，則比較器輸出電位高低 變化一次，則計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值往上加1，如此一來，這個(gè)電路就能計(jì)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(gè)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(jī)的P O口控制數(shù)碼管的陰極，P26，

12、P27口分別控制數(shù)碼管的高位和低位，當(dāng)P2口輸出數(shù)位“0”時(shí)，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(dāng)P2口輸出數(shù)位“l(fā)”時(shí)，三極管截止，數(shù)碼管不顯示。2.8 按鍵部分設(shè)計(jì)  有四個(gè)按鍵與單片機(jī)的P3口相連，按鍵的一邊接地，另外一邊與單片機(jī)的P32、P34、P35口相連。單片機(jī)控制的紅外通信接口電路的整體圖如圖6所示。圖6 通信接口電路其工作過程：?jiǎn)纹瑱C(jī)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(hào)，通過紅外發(fā)射管將信號(hào)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(hào)，再經(jīng)

13、過發(fā)大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出到單片機(jī)的RXD口。單片機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。這樣，一個(gè)單片機(jī)控制的紅外通信系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了通信。 為了保證紅外接收模塊TSOPl738接收的準(zhǔn)確性，要求發(fā)送端載波信號(hào)的頻率應(yīng)盡可能接近38 kHz，因此在設(shè)計(jì)脈沖震蕩器時(shí)，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(duì)應(yīng)14個(gè)載波脈沖，這就要求傳輸?shù)牟ㄌ芈什荒艹^2400 bps。 3 單片機(jī)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

14、為功能選擇鍵，P35為功能確認(rèn)鍵ORG 0000HAJMP 30HORG 30HMAIN:MOV TMOD,#20HMOV TL1，#0E8HMOV 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 P

15、3.2，$Q3:MOV R2，#10H ACALL DISPLAY JB P3.5，Q2 ACALL DL10MS JNB P3.5，$ 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DL10MS:MOV R7，#100 ；延時(shí)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

16、DL10MS SETB P2.6 MOV A,R1 MOV A,A+DPTR MOV P0，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) 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(jì)，在做設(shè)計(jì)的過程中，讓我對(duì)自己的學(xué)習(xí)能力，獨(dú)立思考能力及對(duì)知識(shí)的掌握運(yùn)用能力有了進(jìn)一步了解，同時(shí)讓也我看到自身存在的不足，由于個(gè)人能力有限，文中肯定有錯(cuò)誤的地方，還請(qǐng)老師指出其中的錯(cuò)誤和不當(dāng)之處，使我能做出改正，進(jìn)一步提高。在

17、本次課程設(shè)計(jì)過程中，我增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力和分析能力。通過跟老師和同學(xué)的交流，當(dāng)然也離不開自己的艱苦努力，終于按時(shí)完成了本次課程設(shè)計(jì)。在此過程中，我學(xué)會(huì)了很多，讓我明白踏實(shí)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(huì)努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，不斷的自我提高，為將來的在電子領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在這次課程設(shè)計(jì)中，我感受頗深，了解到很多不曾接觸的知識(shí)，讓我深刻的明白理論和實(shí)際重要性。在今后的學(xué)習(xí)中，我一定會(huì)踏實(shí)實(shí)干，努力奮斗，把理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系在一起，相信一定會(huì)取得不俗的成就。致 謝首先，非常感謝呂運(yùn)朋老師在做課程設(shè)計(jì)過程中給予的細(xì)心指導(dǎo)，深入淺出的講解，為我順利完成本次課程設(shè)

18、計(jì)提供了很大幫助，讓我對(duì)單片機(jī)領(lǐng)域有了全新理解，與此同時(shí)在呂老師的指引下，我學(xué)習(xí)到了很多，和呂老師交流學(xué)習(xí)過程中，我深深被呂老師淵博知識(shí)見解折服，同時(shí)讓我學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考，積極反思，讓我明白思考在學(xué)習(xí)中的重要性，通過自己的思考去取得成功，不斷發(fā)掘自身能力，以呂老師為榜樣，積極探索，不斷提高自己個(gè)人思考能力，動(dòng)手能力，創(chuàng)造能力。同時(shí)也感謝在我遇到苦難無私幫助我的同學(xué)和老師，我能夠順利完成本次單片機(jī)設(shè)計(jì)離不開他們的慷慨付出，也非常感謝我們的學(xué)校為我們提供這一學(xué)習(xí)平臺(tái)，讓我們可以將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用與實(shí)踐當(dāng)中，讓我們受益頗深。最后，再次真誠的感謝敬愛的呂運(yùn)朋老師！參考文獻(xiàn)1 胡漢才 單片機(jī)原理與接口技術(shù)M. 北京：清華大