紅外線接收發(fā)送裝置設計(九)[特制材料]

1、文書#借鑒 紅外線接收發(fā)送裝置設計 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)紅外通信的關鍵在于紅外串行接口電路的設計以及接

2、口驅(qū)動程序的 設計。 本設計介紹了基于單片機的紅外接收和發(fā)送電路的設計，并在課程設計說 明書中對電路的原理和結(jié)構(gòu)做了簡要的介紹。 關鍵詞：紅外線、單片機、串行接口 文書#借鑒 目 錄 1 緒 論.1 2 設計過程.1 2.1 信號變換和脈沖發(fā)送 .1 2.2 紅外接收器 .2 2.3 通信信道 .2 2.4 串行接口的設計 .3 2.5 發(fā)射部分 .3 2.6 接收器的設計 .4 2.7 數(shù)碼顯示部分 .6 2.8 按鍵部分設計 .6 3 單片機控制的紅外通信的總程序.8 3.1 程序流程圖 .8 3.2 紅外線接收發(fā)送程序 .8 總 結(jié).11 致 謝.12 參考文獻.13 文書#借鑒 1 緒

3、 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，并且可以在很多場合應用， 如家電產(chǎn)品，工業(yè)控制、娛樂設施等領域。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)和譯碼后恢復出原二進制數(shù)字信號。本文 設計了一種基于單片機 AT89C51 的主從式紅外通信系統(tǒng)，主要設計了紅外接口 電路以及主機和從機

4、通信軟件流程。 2 設計過程 紅外通信系統(tǒng)采用紅外光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)射器的關鍵是紅外發(fā)光二極管和響應的驅(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)射波長應與接收端的光電探測器(選用硅光二極管)的峰值響應相匹配， 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

5、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。 文書#借鑒 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。 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)殡娦盘枺?經(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 須是自適應的。接收的信號經(jīng)自適應碼元判決后變成數(shù)字信號，再進行適當?shù)?解碼轉(zhuǎn)換為差分信號進入計算機網(wǎng)卡的信號輸

6、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、接收設備中電學或光學噪聲 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 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 文書#借鑒 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。 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

7、的前置放大器設計和自適應的碼元判決 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應管放大器， 并要求帶寬大，增益高，噪聲低，干擾小，頻率響應與信道脈沖響應匹配。自 適應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 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 串行接口的設計 單片機控制的紅外通信系統(tǒng)主要有紅外發(fā)射

8、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”使三極管導通通過有 NE555 構(gòu)成的多諧振蕩電路

9、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。NE555 構(gòu)成的多諧振蕩電路的振蕩 文書#借鑒 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。 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

10、周期667 . 0 3 2 2 21 21 RR RR T 文書#借鑒 2.6 接收器的設計 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 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。 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

11、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 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 文書#借鑒 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): 470 7 8 R R AV U2B 放大倍數(shù): 100 9 10 R R AV 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

12、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)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，相應的三極管導

13、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 按鍵部分設計 有四個按鍵與單片機的 P3 口相連，按鍵的一邊接地，另外一邊與單片機的 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。 文書#借鑒 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

14、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 率應盡可能接近 38 kHz，因此在設計脈沖震蕩器時，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 14 個載波脈沖，這就要求傳 輸?shù)牟ㄌ芈什荒艹^ 2400 bps。 文書#借鑒 3 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

15、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 0000H AJMP 30H ORG 30H MAIN: MOV TMOD,#20H 文書#借鑒 MOV TL1，#0E8H MOV TH1，#0E8H MOV PCON,#00H MOV R1，#00 MOV R2，#00 JB P3.2，$ Q1:ACALL DL10MS JNB 3.2，Q1 SETB TR1 MOV SCON,#50H MOV P0，#0FFH MOV P1，#0FFH SETB P2.6 SETB P2.7 Q4:MOV R1，#00H Q2:JB P3.2，Q3 ACALL DL10MS I

16、NC 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 P3.5，$ 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: 文書#借鑒 子程序 DL10MS:MOV R7，#100 ；延時子程序 MOV R6，#50 D1:DJNZ R6，$ DJNZ R7，D1 RET DISPLAY:MOV DPTR,#TAB ；顯示子程

17、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，A CLR P2.7 ACALL DL10MS SETB P2.7 RET SENDDATA: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) 文書#借鑒 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計，在做設計的過程中， 讓我對自己的學習能力，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

18、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。 在本次課程設計過程中，我增強了自己的動手能力和分析能力。通過跟老師和 同學的交流，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計。 在此過程中，我學會了很多，讓我明白踏實努力在學習中的重要性，成功源于 不懈努力。在今后的學習生活中，我會努力學習專業(yè)知識，不斷的自我提高， 為將來的在電子領域進一步發(fā)展打下堅實基礎。 在這次課程設計中，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。在今后的學習中，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。 文書#借鑒 致 謝 首先， ，非常感謝呂運朋老師在做課程設計過程中給予的細心指導，深入淺 出的講解，為我順利完成本次課程設計提供了很大幫助，