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1、引与科幺叨沱课程设计说明书第I页红外线接收发送装置设计I摘要随着红外技术的发展，红外通信已经成为越来越普及的无线通信方式。在通信系统中，常利用非电信号来传递控制信号和数据，以实现遥控或遥测的功 能红外通信，具有控制简单、实施方便，传输可靠性高的特点，是一种较为常 用的通信方式。红外通信利用950 nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒 体，发送端采用脉时调制方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列， 并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送，接收端将收到的光脉冲转换成电信 号。再经过放大、滤波处理后送给解调电路，还原为二进制数字信号后输出。 实现单片机系统红外通信的关键在于红外串行接口电路的设
2、计以及接口驱动程 序的设计。本设计介绍了基于单片机的红外接收和发送电路的设计，并在课程设计说 明书中对电路的原理和结构做了简要的介绍。关键词：红外线、单片机、串行接口I引与科幺叨沱课程设计说明书第II页1绪论 1II2设计过程 12.1 信号变换和脉冲发送 12.2 红外接收器 22.3 通信信道 22.4 用行接口的设计 32.5 发射部分 32.6 接收器的设计 42.7 数码显示部分 62.8 按键部分设计 63单片机控制的红外通信的总程序 83.1 程序流程图 83.2 红外线接收发送程序 8总结 11致谢 12参考文献 13#1绪 论红外通信是目前比较常用的一种无线数据传输手段，其具
3、有无污染、信息传输稳定、 信息安全性高以及安装使用方便等优点， 并且可以在很多场合应用，如家电产品，工业控制、娱乐设施等领域。红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的载体，通过红外光在空中的传播来传递信息，由红外发射器和接收器实现。发射端将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，经电光转换电路，驱动红外发射管以光脉冲的形式发送到空中。接收端将接收到的光脉冲转换成电信号，再经解调和译码后恢复出原二进制数字信号。本文设计了一种基于单片机 AT89C51的主从式红外通信系统，主要设计了红外接口电路以及主机和从机通信软件流程。2 设计过程红外通信系统采用红外光传输及无限工作机制，其组成
4、结构主要包括：红外发射器，通信信道，红外接收器三大部分组成。2.1 信号变换和脉冲发送红外发射器的关键是红外发光二极管和响应的驱动电路。红外发光耳机光首先要满足其调制带宽大于信号的频谱宽度，保证通信线路畅通。此外发光二极管的发射波长应与接收端的光电探测器（ 选用硅光二极管） 的峰值响应相匹配，最大程度地抑制背景杂散光干扰，现阶段一般选用780nmr 950 nm的红外波段进行数字信号传输。由于红外无线通信系统的信噪比与发射功率的平方成正比，所以适当提高红外发射器的发射功率，并采用空间分集、全息漫射片等可使发射端的光功率在空间均匀分布的措施来降低误码率，提高通信质量。其原理图如图 1 所示。就伤
5、科幺用前课程设计说明书第3页3图1红外发射器原理图2.2红外接收器红外接收器包括红外接收部分以及后续的信号采滤波、判决、量化、均衡 和解码等其原理框图如图2所示。红外脉冲光电转换频域均衡图2红外接收器结构框图红外接收端的工作过程，首先进行光电转换，将红外脉冲信号变为电信 号，经过适当的频域均衡后进行码元判决，码元判决电路是接收器设计的核心 部分。由于信号采用红外无线进行穿社，其电平变化范围较大，所以码元判决 电路必须是自适应的。接收的信号经自适应码元判决后变成数字信号，再进行 适当的解码转换为差分信号进入计算机网卡的信号输入端。2.3 通信信道红外无线数字通信的信道泛指发射器与接收器之间的空间
6、。由于自然光 及人工光源等背景光信号的介入，信号源以及发射、接收设备中电学或光学噪 声的影响，红外无线数字通信在某些场合的通信质量较差，需要采用信道编码 技术来提高抗干扰能力。在红外线通信系统中，由于红外发射器的发射功率较小，而且信号采用 红外线进行传输，易受外界环境的影响，这些因素导致了红外接收器的信号很 弱，并且电平变化范围较大。因此，低噪声的前置放大器设计和自适应的码元 判决电路是必须的。低噪声的前置放大器一般选用输入阻抗较高的场效应管放 个 大器，并要求带宽大，增益高，噪声低，干扰小，频率响应与信道脉冲响应匹 配。自适应的码元判决电路能自动跟踪输入信号电平的变化，得到最佳的阈值 电平，
7、并根据此阈值电平对信号进行判决，将其变换为数字电平之后进行解码， 恢复原始信号。同时，为了滤去低频噪声及人为干扰采用带通滤波器，为了与 调制特性匹配并消除码问干扰常采用均衡技术，为了获得较大的光接收器工作 范围及瞬时视场采用球形光学透镜。这些措施都是将有利于红外无线通信质量 的提高。2.4 用行接口的设计单片机控制的红外通信系统主要有红外发射器，红外接收器，以及单片 机89C51三部分组成，单片机本身并不具备红外通信接口，可以利用单片机的 串行接口与片红外发射和接收电路，组成一个单片机控制系统的红外串行通信 接口。2.5 发射部分红外发送电路包括脉冲振荡器、三极管和红外发射管等部分。其中脉冲振
8、 荡器有NE555定时器、电阻和电容组成，用于产生 38 kHz的脉冲序列作为载波 信号，红外发射管HG选用Vishay公司生产的TSAL6238用来向外发射950 nm 的红外光束。其发送的过程为：串行数据有单片机的串行输出端TXD送出并驱动三极管，数位 O使三极管导通.通过有NE55阖成的多谐振荡电路调制成 38 kHz的载波信号，并利用红外发射管以光脉冲的形式向外发送。数位“ l” 使三极管截止，红外发射管不发射红外光。NE555t勾成的多谐振荡电路的振荡 周期公式为T=O 693(R1+R2)G其中，R1为充电电阻，R2为放电电阻，C为充 电电容。TR U1 口NE555 D|SCV
9、THR图3发送电路本电路为简易型红外线发射电路，如图3所示，为红外线发射电路，555接成无稳态振荡器，其周期及频率计算如下：周期 T = 0.69(R1+ R2 )C1R1, R2代入 10K, C1 代入 0.01uf得周期 T = 0.69(10K + 2 X10K) X0.01uf = 207 uS频率工作周期 T = R1 R2 = 2 = 0.667R 2R232.6 接收器的设计红外接收电路选用Vishay公司生产的专用红外接收模块 TSOP1738该 模块是一个三端元件，使用单电源+5V供电，具有功耗低、抗干扰能力强、输芍的科笈界花课程设计说明书第5页入灵敏度高、对其他波长（95
10、0 nm ）的红外光不敏感的特点，其内部结构框 图如图4所示。*5图4 TSOP1738内部结构5TSOP1738的工作过程为：首先，通过红外光敏元件将接收到的载波频率 为38 kHz的脉冲红外光信号转换为电信号,再由前置放大器和自动增益控制电 路进行放大处理。然后，通过带通滤波器进行滤波，滤波后的信号由解调电路 进行解调。最后，由输出级电路进行反向放大输出。图5接收电路如图5为红外线接收电路，U2A为270倍的反相放大器，C3做为高频衰减 之用，可在TP2测出较小的红外线信号，U2B为100倍的反相放大器，可在TP3 测出较大的 红外线信号。放大倍数计算如下：U2A放大彳数:R8 =470R
11、7引与科幺叨沱课程设计说明书第7页U2B放大彳数:A 二-R0 =100八R9两个反相放大器共放大27000倍，D4与C4为整流滤波之用，当接收到红 外信号 时，TP4为高电位，没接收到红外线，TP4为低电位，使用U2c做为比 26 较器，调整VR1改变比较器的位准，则可输出符合数位电路所需的高低准位要 求，配合计数器即可 做为物体计件器。当物体经过红外线发射端与接收端之 问，则比较器输出电位高低 变化一次，则计数器计数值往上加1,如此一来， 这个电路就能计算物体通过的数量。2.7 数码显示部分在系统中，选用一个双七段数码管来显示发送和接收的数据。数码管采用 DPY双位七段共阳数码管。高位的共
12、阳极是10脚，低位的共阳极是5脚。由单 片机的P。口控制数码管的阴极，P2. 6, P2. 7 口分别控制数码管的高位和低 位，当P2 口输出数位“ 0”时，相应的三极管导通。根据 PO口输出不同数位， 数码管显示不同的数字，当P2 口输出数位“1”时，三极管截止，数码管不显 示。2.8 按键部分设计有四个按键与单片机的P3 口相连，按键的一边接地，另外一边与单片机 的P3. 2、P3. 4、P3. 5 口相连。单片机控制的红外通信接口电路的整体图如 图6所示。11就伤科总房前课程设计说明书第8页9DS2C3 4vccHH18w 恪亍口工以4杼15P20 ph P22 P21 P24 PH P
13、2fi P27VCCHK3LED gLED- M-L.I-1=，H4VCCRESETWR RSEN ALiyp EA/VP RXDAT断 51用6图6通信接口电路其工作过程：单片机通过TXD发出串行数据，通过由NE555构成的多谐震 荡电路产生38 kHz脉冲序列作为载波信号，通过红外发射管将信号以950 nm的红外光束发出，红外接收模块TOSP173珊接收到的光脉冲转换成电信号，冉 经过发大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输 出到单片机的RXD口。单片机对接收到的数据进行处理，将相应的数据显示在 数码管上。这样，一个单片机控制的红外通信系统就实现了通信。为了保证红外
14、接收模块TSOP1738接收的准确性，要求发送端载波信号的频 率应尽可能接近38 kHz,因此在设计脉冲震荡器时，要选用精密元件并保证电 源电压稳定。还有，发送的数位 O至少要对应14个载波脉冲，这就要求传 输的波特率不能超过2400 bps。3单片机控制的红外通信的总程序3.1 程序流程图8判断神值（开始）Tim&rA B设毒曲1 ICPU扫描键盘驱动二极管发射图7红外发射部分程序流程图3.2 红外线接收发送程序P3. 2为开始键.也为功能选择键，P3. 5为功能确认键ORG 0000HAJMP 30HORG 30HMAIN:MOV TMOD,#20HMOV TL1 #0E8H引与科幺叨沱课
15、程设计说明书第11页MOV TH1 #0E8HMOV PCON,#00HMOV R1 #00MOV R2 #00JB P3.2 , $Q1:ACALL DL10MSJNB 3.2 , Q1SETB TR1MOV SCON,#50HMOV P0 , #0FFHMOV P1 , #0FFHSETB P2.6SETB P2.7Q4:MOV R1 #00HQ2:JB P3.2 , Q3ACALL DL10MSINC R1MOV A,R1SUBB A,#05JZ Q4JNB P3.2 , $Q3:MOV R2 #10HACALL DISPLAY JB P3.5 , Q2 ACALL DL10MS JNB
16、 P3.5 , $MOV A,R1SUBB A,#02JZ FN2MOV A,R1SUBB A,#03JZ FN3MOV A,R1SUBB A,#04JZ FN4功能部分FN1:子程序11资伤科总用前课程设计说明书第10页;延时子程序;显小子程序DL10MS:MOV R 7#100 MOV R6 , #50 D1:DJNZ R6 , $ DJNZ R7 , D1 RET10DISPLAY:MOV DPTR,#TAB-JMOV A,R2MOVC A,A+DPTR MOV P0 , A CLR P2.6 ACALL DL10MS SETB P2.6 MOV A,R1 MOV A,A+DPTR MO
17、V P0 , A CLR P2.7 ACALL DL10MS SETB P2.7 RETSENDDATA:MOV A,R3 MOV SBUF,A JNB T1 , $ CLR T1 RETGETDATA:JNB R1 $#引与科幺叨沱课程设计说明书第15页11经过近两周的艰苦的努力，终于完成了本次课程设计，在做设计的过程中, 让我对自己的学习能力，独立思考能力及对知识的掌握运用能力有了进一步了 解，同时让也我看到自身存在的不足，由于个人能力有限，文中肯定有错误的 地方，还请老师指出其中的错误和不当之处，使我能做出改正，进一步提高。在本次课程设计过程中，我增强了自己的动手能力和分析能力。通过跟老
18、师和 同学的交流，当然也离不开自己的艰苦努力，终于按时完成了本次课程设计。在此过程中，我学会了很多，让我明白踏实努力在学习中的重要性，成功源于 不懈努力。在今后的学习生活中，我会努力学习专业知识，不断的自我提高, 为将来的在电子领域进一步发展打下坚实基础。在这次课程设计中，我感受颇深，了解到很多不曾接触的知识，让我深刻 的明白理论和实际重要性。在今后的学习中，我一定会踏实实干，努力奋斗， 把理论与实践紧密联系在一起，相信一定会取得不俗的成就。11就伤科总房前课程设计说明书 致谢首先，非常感谢吕运朋老师在做课程设计过程中给予的细心指导，深入浅出的讲解，为我顺利完成本次课程设计提供了很大帮助，让我
19、对单片机领域有 了全新理解，与此同时在吕老师的指引下，我学习到了很多，和吕老师交流学 习过程中，我深深被吕老师渊博知识见解折服，同时让我学会了独立思考，积 极反思，让我明白思考在学习中的重要性，通过自己的思考去取得成功，不断 发掘自身能力，以吕老师为榜样，积极探索，不断提高自己个人思考能力，动 手能力，创造能力。同时也感谢在我遇到苦难无私帮助我的同学和老师，我能 够顺利完成本次单片机设计离不开他们的慷慨付出，也非常感谢我们的学校为 我们提供这一学习平台，让我们可以将所学知识应用与实践当中，让我们受益 颇深。最后，再次真诚的感谢敬爱的吕运朋老师！参考文献1胡汉才单片机原理与接口技术 M.北京：清华大学出版社.131995.6i一2楼然苗 51系列单片机设计实例M.北京：北京航空航天出版社.2003.33何立明 单片机高级教程M.北京：北京航空航天出版社.20014赵晓安 MCS-51单片机原理及应用M.天津：天津大学出版社.2001.35肖洪兵 跟我学单片机M.北京：北京航空航天出版社.2002.36夏继强单片机实验与实践教程M.北京：北京航空航天出版社20017于凤明单片机原理与接口技术M.北京：中国轻工业出版社19988王质朴 MCS-51单片机原理接口及应用M.北京：北京理工大学出 版社.2009.11