紅外通信原理和應(yīng)用

第一章緒論§1.1紅外線公元1666年，艾薩克?牛頓覺察光譜并測量出 400nm700nm是可見光的波長。1800年4月24日，英國倫敦皇家學(xué)會(huì)威廉?赫歇爾發(fā)表太陽光在可見光譜的紅光之外還有一種不行見的延長光譜，具有熱效應(yīng)。他所使用的方法很簡潔，用一支溫度計(jì)測量經(jīng)過棱鏡分光后的各色光線溫度，由紫到紅，覺察溫度漸漸增加。當(dāng)溫度計(jì)放到紅光以外的部份，溫度仍持續(xù)上升，從而斷定有紅外線的存在。紅外線(InfraredRadiation),俗稱紅外光，是波長介乎微波與可見光之間的電磁波，波長在770納米至1毫米之間，在光譜上位于紅色光外側(cè)，具有很強(qiáng)熱效應(yīng)，并易于被物體吸取，通常被作為熱源。0[2]國際照明委員會(huì)(CIE)建議將紅外線區(qū)分為三個(gè)類別⑴：即紅外線一A(700nm—1400nmB(1400—3000C(3pm—1mm)。我們尋常所說的近、ISO20473關(guān)于紅外線的分類，它將紅外線分為近紅外(NIR0.78—3ym)、中紅外(MIR，波長3—50pm、和遠(yuǎn)紅外(FIR，波長50—1000pm)0[2]§1.2通信根本原理§1.2.1通信的根本概念我們現(xiàn)在所說的通信是指狹義的通信，即信息的傳遞。是指由一地向另一地進(jìn)展信息的傳輸與交換，其目的是傳輸消息。然而，通信在人類實(shí)踐過程中隨著社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)展對傳遞消息的要求不斷提升，使得人類文明不斷進(jìn)步。在各種各樣的通信方式中，利用電”來傳遞消息的通信方法稱為電信(Telecommunication)，這種通信具有快速、準(zhǔn)確、牢靠等特點(diǎn)，且?guī)缀醪皇軙r(shí)間、地點(diǎn)、空間、距離的限制，因而得到了飛速進(jìn)展和廣泛應(yīng)用?！?2?2通信系統(tǒng)的組成和分類1、通信系統(tǒng)的組成1.1通信系統(tǒng)根本模型1.1顯示的是通信系統(tǒng)的根本模型。其中，放射系統(tǒng)是將信號變換為信道信號并放射，包括調(diào)制、放大、濾波等。接收系統(tǒng)是將信息從接收到信號中復(fù)原出來，主要包括解調(diào)、濾波等。傳輸媒介主要分為有線和無線媒介。噪聲包括內(nèi)部干擾噪聲(由放射和承受設(shè)備本身所產(chǎn)生的噪聲)和外部干擾噪聲(信道產(chǎn)生的噪聲)。2、通信系統(tǒng)的分類依據(jù)不同的分類方法，通信系統(tǒng)可分為有線通信、無線通信、光通信等，在此，我們只爭論依據(jù)信道傳輸信號類型的分類，即模擬通信和數(shù)字通信。模擬信號通信(AnylogCommunication)是指用模擬信號作為載體來傳輸信息，或用模擬信號對載波進(jìn)展模擬調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健１确皆谕ㄐ胖?，用戶線上傳送的電信號是隨著用戶聲音大小的變化而變化的，這個(gè)變化的電信號無論在時(shí)間上或是在幅度上都是連續(xù)的，這種信號稱為模擬信號。1.2模擬信號通信系統(tǒng)模型數(shù)字信號通信(DigitalCommunication)則是指用數(shù)字信號作為載體來傳輸信息，或用數(shù)字信號對載波進(jìn)展數(shù)字調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。?shù)字信號是指其信息由假設(shè)干明確規(guī)定的離散值來表示，而這些離散值的特征量是可以按時(shí)間提取的時(shí)間離散信號1.3數(shù)字通信系統(tǒng)根本模型§.3紅外通信簡介紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體。發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外放射管放射紅外信號。接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)展解調(diào)，復(fù)原為二進(jìn)制數(shù)字信號后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制〔PWM〕和通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制〔 PPM〕兩種方法。簡而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)展調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)展傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調(diào)制解調(diào)器?！?3?1紅外通信的特點(diǎn)紅外通訊技術(shù)是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，和軟件平臺(tái)所支持：

被眾多的硬件通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)；主要是用來取代點(diǎn)對點(diǎn)的線纜連接；的通訊標(biāo)準(zhǔn)兼容早期的通訊標(biāo)準(zhǔn)；小角度〔30度錐角以內(nèi)〕，短距離，點(diǎn)對點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)；4MFIR技術(shù)已被廣泛使用，16MVFIR技術(shù)已經(jīng)公布§1.3.2紅外通信的用途紅外通訊技術(shù)常被應(yīng)用在計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備、移動(dòng)、數(shù)碼相機(jī)、工業(yè)設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器等。但是紅外通信具有通訊距離短，通訊過程中不能移動(dòng)，遇障礙物通訊中斷、傳輸速率較低等的缺點(diǎn)，主要目的是取代線纜連接進(jìn)展無線數(shù)據(jù)傳輸，功能單一，擴(kuò)展性差。§ 1.4§ [3]§1.4.1Irda背景紅外標(biāo)準(zhǔn)起因于各種便攜式設(shè)備的互連需要,紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)IrDA(InfraredDataAssociation)1993年成立，以制定紅外標(biāo)準(zhǔn)。IrDA是一個(gè)獨(dú)立的組織，它的章程是建立通用的、低功率電源的、半雙工紅外串行數(shù)據(jù)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)、支持近距離、點(diǎn)到點(diǎn)、設(shè)備適應(yīng)性廣的用戶模式。建立該標(biāo)準(zhǔn)是在各種設(shè)備之間較簡潔地進(jìn)展低本錢紅外通信的關(guān)鍵?！?.4.1Irda標(biāo)準(zhǔn)IrDA定義了一套標(biāo)準(zhǔn)，或者稱之為協(xié)議，每一層建立在它的下一層之上，使建立和保持無過失(10-9)數(shù)據(jù)傳輸成為可能。IrDA標(biāo)準(zhǔn)包括三個(gè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)：物理層IrPHY(ThePhysicalLayer);連接建立協(xié)議層IrLAP(LinkAccessProtocol);連接收理協(xié)議層IrLMP(LinkManagementProtocol)。每一層的功能是為上一層供給特定的效勞。其中物理層的硬件實(shí)現(xiàn)是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的焦點(diǎn)，處于最底層，其它兩層屬于軟件協(xié)議的范圍，負(fù)責(zé)對它下一層進(jìn)展設(shè)置和治理。紅外數(shù)據(jù)連接物理層標(biāo)準(zhǔn)110定義了數(shù)據(jù)傳輸率最高到11512Kbps的紅外通信;規(guī)范1114Mbps110112定義了最高速度11512Kbps1131.1152Mbps和4Mbps。1.41.5Irda關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)紅外通信系統(tǒng)和協(xié)議的示意圖⑷。TXTXTXIR編碼TXTXTXIR編碼TXD通用異步收發(fā)協(xié)議處理RXRXRXIR解碼 RXD

紅外收發(fā)裝置RTSCTSDSR 通用異步DTRCDRI

收發(fā)掌握應(yīng)用層ArLNJ應(yīng)用層ArLNJcM協(xié)議層1館物理層—非^1串「neuuud及c2a外同na55高取外BBys1串2R)a紅圖1.5 Irda協(xié)議其次章紅外傳輸試驗(yàn)儀§2.1儀器簡介紅外傳輸試驗(yàn)儀，是由紅外放射盒〔內(nèi)裝紅外放射管〕、接收盒〔內(nèi)裝紅外接收管〕2.1所示。接收盒固定，放射盒可移動(dòng)，可調(diào)整放射盒與接收盒之間的距離來轉(zhuǎn)變接收管接收光強(qiáng)的大小。試驗(yàn)儀有調(diào)幅和調(diào)頻兩種調(diào)制工作模式，可將音頻信號，數(shù)字信號，頻率信號調(diào)制后通過紅外放射管放射出去，再用紅外接收管接收放大，解調(diào)復(fù)原為原信號。W5-JD-0紅外傳輸實(shí)臉儀2.1紅外傳輸試驗(yàn)儀§2.1.2儀器根本性能參數(shù)電源電壓：220V，50Hz最大電源電流：0.8A保險(xiǎn)管：1A15v±2§2.2試驗(yàn)儀面板及使用說明§2?1?2儀器面板構(gòu)造示意圖O+V0O+V00■調(diào)頻信號輸入O O-調(diào)頻信號輸入O O-調(diào)幅信號輸入O O直流輸出OO:調(diào)幅信號輸入；oi調(diào)頻信號輸篤載波頻率音頻輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換放射地址103放射數(shù)據(jù)數(shù)字源接收地址0―0—0使用說明：圖中用虛線框?qū)⒚姘宕笾路譃榱鶄€(gè)區(qū)域各個(gè)區(qū)域：1是信號源區(qū)域。包括有載波頻率源、音頻信號源、數(shù)字信號源以及直流電壓源。15K?71KHZ0V?3.3V可調(diào)，直流電壓源為V?4.5V可調(diào)，數(shù)字信號源為三位二進(jìn)制信號。2是調(diào)制放射區(qū)域，用于直接驅(qū)動(dòng)紅外放射管。這里有三種工作方式：?調(diào)頻。載波頻率輸入為載波信號，調(diào)制信號輸入可以為音頻信號，也可為數(shù)字信V/F變換后的頻率信號；調(diào)制好的信號輸出可測試，再送到驅(qū)動(dòng)輸入端，驅(qū)動(dòng)輸出直接接紅外放射管。?調(diào)幅。載波頻率輸入為載波信號，調(diào)制信號輸入為音頻信號，這里只用音頻信號調(diào)制；調(diào)制好的信號輸出可測試，再送到驅(qū)動(dòng)輸入端，驅(qū)動(dòng)輸出直接接紅外放射管。c.紅外管的特性測定?？梢詫⒅绷麟妷杭釉诩t外放射管的兩端，同時(shí)接好