紅外光通信裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-文庫吧
2025-06-11 08:19 本頁面
【正文】 改，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)不同硬件之間的互通。由于每個(gè)鍵值都只有一個(gè)相對應(yīng)的序列，所以只要實(shí)現(xiàn)能夠解調(diào)發(fā)來的信號，并通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功能的切換，就可以直觀的觀察到紅外光作為載體實(shí)現(xiàn)的通信。五、研究框架 本論文從緒論開始，逐步將研究范圍從廣到精，首先在第一章介紹了此次課題實(shí)現(xiàn)的可能性和所應(yīng)用的原理。緊接著在第二章分大模塊描述實(shí)現(xiàn)的功能以及實(shí)現(xiàn)的步驟，從整體到兩大模塊的流程。第三章開始著重研究硬件和內(nèi)部程序，并將所有模塊（發(fā)射模塊和接收模塊中的詳細(xì)小模塊），包括調(diào)制、發(fā)射、解調(diào)、溫度、顯示等，并附有相關(guān)圖片和程序。 12 整體方案的統(tǒng)籌與設(shè)計(jì) 基于原理紅外光指的是人眼可見光按波長排列后（紅橙黃綠藍(lán)靛紫），比紅光波長還還長的光線（電磁波）。紅外光傳輸信息的優(yōu)缺點(diǎn)在簡介已詳細(xì)說明，在此不再贅述。本次課題選用的紅外遙控鍵盤的紅外發(fā)射器的發(fā)射元件為紅外二極管，波長為940nm前后（），外觀來說與普通直徑為5mm的LED相同，本次選用的紅外LED為透明狀。發(fā)送端采用單片機(jī)將要發(fā)送的鍵值命令（二進(jìn)制碼）調(diào)制成一系列的電磁脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管，將這些紅外信號無需介質(zhì)地傳送到接收端，從而完成整個(gè)發(fā)射的過程。流程圖如圖1：圖1 發(fā)射端程序流程圖本課題選用的位于電路板（帶LED顯示屏）的紅外接收元件是一種光敏LED，另外，為使其獲得較高的識(shí)別度或靈敏度，接收電路需要給其加反向偏壓。紅外光接收裝置與整個(gè)功能電路板在一起。在紅外信號傳送到接收端時(shí)，紅外接收器對其進(jìn)行放大、檢波、整形得到TTL電平的編碼信號，再發(fā)送給單片機(jī)。流程圖如圖2所示：圖2 接收端流程圖 整體方案整體方案的流程圖如圖3：按 鍵鍵 值 信號 輸 入紅 外 發(fā)射 管紅 外 接受 管數(shù) 字 信 號傳 輸電 路 板功 能圖3 總體框圖其中，鍵值信號的傳輸有鍵值紅外發(fā)射和鍵值紅外接收兩個(gè)部分，鍵值信號的接收部分是由5v的USB端口供電。另外由于功率的問題，暫時(shí)測出的有效紅外傳輸距離為5m左右?？刂颇K[2]：在控制模塊核心部分上，本系統(tǒng)采用了STC90C516RD+單片機(jī)芯片。在功能上，LCD1602顯示器、按鍵模塊、CLK模塊、TEMP模塊，串口更新時(shí)間組成了一個(gè)以STC90C516RD+為核心的電路。具體控制器原理圖如圖4所示：控 制 模 塊（STC90C54RD+）LCD1602顯示器CLK模塊按鍵模塊串口更新時(shí)間TEMP模塊圖4 控制器原理圖 紅外光發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)由于工藝原因，本次課題采用的紅外光發(fā)射裝置為已搭建好的遙控器。共設(shè)有“電源”、”VOL+”、”VOL”、“Recall”、“CH+”、“CH”、“ZOOM”、“STOP”、“Timeshift”、“REC”的功能按鍵以及0~9的數(shù)字按鍵。具體鍵盤圖片如圖5所示。 圖5 遙控鍵盤圖 圖6 紅外二極管實(shí)物圖每一個(gè)按鍵都對應(yīng)著一個(gè)編碼，當(dāng)按鍵按下，則鍵值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號傳出。該紅外發(fā)射器的紅外發(fā)射元件為紅外二極管，發(fā)射波長為940nm左右。具體元件圖片如圖6所示。其內(nèi)部組成下面會(huì)有詳細(xì)說明。補(bǔ)充說明：由于鍵值為簡單的數(shù)字信號，可以直接發(fā)送至接收端，由接收端讀取。若要實(shí)現(xiàn)語音的紅外光通信，由于語音為一串復(fù)雜的模擬信號，則需要增加一步模數(shù)轉(zhuǎn)換（A\D），再進(jìn)行發(fā)送。此功能對發(fā)射端的核心單片機(jī)的RAM要求更高。 紅外光接收模塊的設(shè)計(jì) 圖7接收裝置圖 圖8 最佳接收圖紅外光接收模塊由光電轉(zhuǎn)換、電源以及控制模塊（STC90C516RD+）組成，當(dāng)紅外信號由發(fā)射端傳送到接收端，接收端通過光電轉(zhuǎn)換，將紅外光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再由STC90C516RD+控制實(shí)現(xiàn)電路板的功能。接收裝置如圖7所示（黃色圈內(nèi)）。值得注意的一點(diǎn)是，由于紅外光傳輸有“點(diǎn)對點(diǎn)”的特性，所以在一定的傳輸距離內(nèi)，我們還需要注意紅外光傳輸?shù)慕嵌龋诓豢紤]客觀因素的干擾下，紅外光發(fā)射管的輻射角度一般在60度上下。經(jīng)過測試，我們可以模擬出如圖8所示的最佳接收區(qū)。由于紅外光二極管發(fā)射功率較小，在接收端采集到的信號較弱，所以在接收端需要采用高增益放大電路[3]。 3 電路的設(shè)計(jì)與搭建 發(fā)射電路發(fā)射電路的主控電路的芯片型號為AT89C51。AT89C51采用了ATMEL公司先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，使其具有其他單片機(jī)不具備的簡單，優(yōu)良的特性，十分符合本設(shè)計(jì)的要求[4]。 AT89C51的引腳圖如圖9所示：圖9 AT89C51引腳圖型號為AT89C51的CMOS 8位單片機(jī)，其最大的特點(diǎn)是低功耗以及高性能。其片內(nèi)含4K 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的PEROM和128 字節(jié)的RAM，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，其內(nèi)部含8位CPU和FLASH MEMORY，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性價(jià)比的解決方案。AT89C51有40個(gè)引腳，32個(gè)I/O端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，另外，該單片機(jī)既可以按普通方法進(jìn)行程序的編輯，也可以在線編程。其將通用的微處理器和FLASH存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的FLASH存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。其管腳說明如下：VCC：電源正極。GND：接地端。P0口P1口P2口P3口：這四個(gè)接口為功能不同的8位雙向輸入/輸出口，其中P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口。另外，P0口每腳能吸收8TTL門電流，P1,P2,P3口皆能接收4TTL門電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：口管腳 備選功能 ：串行輸入口 ：串行輸出口 ：外部中斷0 ：外部中斷1 ：記時(shí)器0外部輸入 ：記時(shí)器1外部輸入 ：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫” ：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀”P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。下面說一下遙控器所發(fā)射的數(shù)字信號的編碼原理[5]。調(diào)制的串行碼通過脈寬B、脈沖間隔△、周期T不同值的組合來表示二進(jìn)制編碼的“0”和“1”。波形如圖10所示：圖10 遙控碼表示的二進(jìn)制編碼“0”和“1”注：B: △:T=（）:（）:（）則表示遙控碼的二進(jìn)制編碼“0”，B：△：T=（）：（）：（）則表示遙控碼的二進(jìn)制編碼“1”。其中，B、△、T的單
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