【正文】 收頭之間的距離要盡量寬，這樣可以增大接收范圍，提高接收信號(hào)的精準(zhǔn)度。 圖 數(shù)字信號(hào)波形分析 這樣也就能夠確定信號(hào)的波形。并且其內(nèi)部集成了放大還原電路，輸出信號(hào) 穩(wěn)定且精確。又比如普通的紅外接收管，雖然很常見(jiàn)很便宜，也經(jīng)常與紅外發(fā)射管配對(duì)使用，但是它的靈敏度低，輸出的信號(hào)很微弱，需要外接復(fù)雜的放大電路來(lái)還原接收到的信號(hào)，很難達(dá)到穩(wěn) 定傳輸兩米距離的要求。經(jīng)過(guò) DAC 轉(zhuǎn)換后的信號(hào)后要經(jīng)過(guò)功率放大電路，驅(qū)動(dòng)喇叭或耳機(jī)發(fā)聲，這樣整個(gè)紅外光通信系統(tǒng)工作完成。 圖 紅外接收模塊方框圖 本設(shè)計(jì)與發(fā)射部分配合完成以上要求，考慮到應(yīng)用的處理器 IO 管腳不能接受基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（接收部分） 4 0V 到 范圍以外的電壓，發(fā)射部分首先將輸入的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行波形變換， 將電壓限制在單片機(jī)規(guī)定的范圍，然后通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的 ADC 采集語(yǔ)音信號(hào)，將其進(jìn)行 PCM 編碼后變成數(shù)字信號(hào)，采樣率大于語(yǔ)音信號(hào)最高頻率兩倍以上。在設(shè)計(jì)研究的過(guò)程中，我們深刻理解了數(shù)字信號(hào)通信的原理，意識(shí)到通信過(guò)程中可能會(huì)遇到的問(wèn)題，了解了各種保證通信質(zhì)量的方法，同時(shí)硬件和軟件的設(shè)計(jì)也鍛煉了我們的動(dòng)手和編程能力，提高了我們的專(zhuān)業(yè)技能。紅外光通信系統(tǒng)創(chuàng)新于通過(guò)紅外線(xiàn) 進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，并采集語(yǔ)音和溫度這樣的模擬信號(hào)，利用時(shí)分復(fù)用的方法將兩種信號(hào)于同一信道同時(shí)傳輸。 相比與無(wú)線(xiàn)電波固定有限的傳輸 波段，光通信有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，隨著將來(lái)無(wú)線(xiàn)連接端口的需求增加，可用的無(wú)線(xiàn)電波寬帶將會(huì)越來(lái)越少，而光譜中可利用的頻段很寬，可以容納非常多的帶寬，而且相對(duì)于無(wú)線(xiàn)電通信，光通信的效率也比較高。紅外通信廣泛應(yīng)用與安全 監(jiān)控、醫(yī)療器械、家庭電子和通訊等領(lǐng)域。在無(wú)線(xiàn)通信的領(lǐng)域中，可以在空間中進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)慕橘|(zhì)除了紅外光之外還有聲波、電磁波等，現(xiàn)如今主要的無(wú)線(xiàn)通信包括微波通信和衛(wèi)星通信，它是一種利用電磁波信號(hào)能夠在自由空間中傳播的特 性，來(lái)傳輸信息的通信方式。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，紅外光在紅外探測(cè)、紅外無(wú)線(xiàn)通信、紅外遙感、成像等方面的應(yīng)用都極大改善了我們的生活方 式。 70 年代紅外成像技術(shù)獲得迅速發(fā)展。 30 年代首次出現(xiàn)紅外光譜帶。 a lamp show the transmission jam situation。 關(guān)鍵詞：紅外光接收；串口通信； STM32 單片機(jī)；數(shù)模轉(zhuǎn)換 II ABSTRACT Infrared munication is based on infrared carrier to transmit digital signals, suitable for lowcost, pointtopoint and highspeed data connection, it particularly suitable for applications for mobile devices, embedded systems and other fields. This design is mainly based on digital signal which is transmitted by infrared light to process, digital information will be the received and converted into the speech signal and the temperature signal, the voice can be heard by the speaker loaded in the end of the design and the temperature will be showed on the screen. This design includes the infrared signal receiving, MCU processing, filter circuit, signal conversion, power amplification, liquid crystal display and relay module. Firstly getting the infrared signal, receive digital signal from the infrared receiving sensor RPM882H7。首先通過(guò)紅外接收傳感器 RPM882H7 接收發(fā)射部分所發(fā)射的信號(hào)；其次，將接收的信號(hào)進(jìn)行處理。 大 連 海 事 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 二〇一四年六月 ┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊線(xiàn)┊┊┊┊┊ 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) （接收部分） 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電子信息工程 4 班 姓 名： 王 強(qiáng) 指導(dǎo)教師： 譚克俊 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 I 摘 要 紅外光通信是以紅外線(xiàn)為載體傳輸數(shù)字信號(hào)，適合于低成本、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高速率數(shù)據(jù)互聯(lián)，尤其適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)、移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域。根據(jù)發(fā)射部分是將數(shù)字信號(hào)以串行方式輸出并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)光，高電平點(diǎn)亮發(fā)光管、低電平熄滅的原理，本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)的外部中斷捕捉信號(hào)的跳變沿，將接收的信號(hào)恢復(fù)成串行數(shù)字信號(hào)；然后，將串行信號(hào)送給單片機(jī)的串口接收端，從單片機(jī)串口數(shù)據(jù)寄存器中得到經(jīng) 過(guò) PCM 編碼后的語(yǔ)音信號(hào)和溫度信號(hào)的電壓值，通過(guò)處理減小傳輸過(guò)程中噪聲的干擾，再由單片機(jī)判斷信號(hào)類(lèi)型，是語(yǔ)音信號(hào)則送給單片機(jī)內(nèi)部 DAC 進(jìn)行數(shù) /模轉(zhuǎn)換，溫度信號(hào)輸送給顯示屏直接顯示；最后， DAC 輸出的波形再經(jīng)過(guò)帶通濾波器平滑濾波，濾出發(fā)射部分采集的語(yǔ)音信號(hào)，輸送給音頻功率放大電路，通過(guò)負(fù)載喇叭即可聽(tīng)到傳輸過(guò)來(lái)的聲音。 secondly, the signals will be processed and According to the emission part send the digital signal into serial mode and drive the infrared light working, high level light the infrared emitting on, low level put out it, the MCU of the design use it’s external interrupt testing signal jump edge, converted it into the serial signal。 display the temperature through the LCD screen, with good manmachine interface。 40 年代光電型紅外探測(cè)器問(wèn)世，其性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)可靠。 80 年代，紅外技術(shù)進(jìn)入研制鑲嵌焦面陣列系統(tǒng)的新時(shí)期。 [1] 紅外通訊技術(shù)也是隨著紅外技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，尤其進(jìn)入 90 年代其又有了新發(fā)展，應(yīng)用范圍更廣泛。無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)已深入到人們生活工作中的各個(gè)方面，其中 3G、 UWB、 WLAN、藍(lán)牙、數(shù)字電視、寬帶衛(wèi)星等都是 21 世紀(jì)最熱門(mén)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的應(yīng)用，紅外光通信是其中應(yīng)用的一部分，紅外線(xiàn)本質(zhì)也是一種電磁波，可以傳輸數(shù)字信號(hào)。與本研究課題相似的是，國(guó)外最近研制出的 LIFI 技術(shù)，它是 Light Fidelity 的縮寫(xiě)。但是光通信最大的缺點(diǎn)就是它無(wú)法穿透物體，這樣光通信很容易收到干擾，傳輸距離不會(huì)得到太大的提高，所以光通信與無(wú)線(xiàn)電通信是互相補(bǔ)充的技術(shù)，研究它大有意義。本設(shè)計(jì)的主要工作是接收發(fā)射端的紅外信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成單片機(jī)串口能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，從而獲得其中的語(yǔ)音和溫度數(shù)據(jù)，然后溫度信號(hào)由顯示屏顯示、數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò) DA 轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再通過(guò)功率放大器驅(qū)動(dòng)喇叭，從而聽(tīng)到語(yǔ)音。 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（接收部分） 3 第 2 章 系統(tǒng)總體方案 紅外光通信系統(tǒng)介紹 紅外光通信系統(tǒng)的基本要求是利用紅外發(fā)光二級(jí)管和紅外接收模塊作為基本收發(fā)器件，用來(lái)定向傳輸語(yǔ)音信號(hào)，傳輸距離不小于兩米；當(dāng)接收部分不能接收到發(fā)射部分的紅外信號(hào)時(shí)，要能用 LED 燈指示出來(lái)。然后在內(nèi)部通過(guò)單片機(jī)的串口發(fā)送出去，這樣語(yǔ)音模擬信號(hào)就轉(zhuǎn)換為串口上的數(shù)字信號(hào)，為了能夠同時(shí)發(fā)送溫度信號(hào)，紅外發(fā)射部分利用時(shí)分復(fù)用方式在同一信道上傳輸兩種信號(hào)，發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)的過(guò)程中插入溫度信號(hào)。紅外光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)有語(yǔ)音和溫度信號(hào)的采集、編碼，將兩種信號(hào)分配給一個(gè)信道進(jìn)行傳輸，傳輸過(guò)程中噪聲的抑制，接收部分信號(hào)的恢復(fù)等。本設(shè)計(jì)在此模塊使用的是 RPM882H7IrDA 紅外通信模塊，它是日本羅姆株式會(huì)社（ ROHM）生產(chǎn)的專(zhuān)門(mén)用于紅外通信的傳感器，廣泛應(yīng)用于手機(jī)或 PDA（掌上電腦）中。 [3]作為這個(gè)模塊的主角，本設(shè)計(jì)只使用它的接收頭部分，沒(méi)有用到其中的紅外發(fā)光 LED。傳感器的外圍電路我們參考了它的芯片手冊(cè)基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（接收部分） 6 上的電路，用的是 IrDA 模式。之后本設(shè)計(jì)把它與單片機(jī)的串口 RXD 端相連，從串口寄存器就可以讀到 AD 采集的語(yǔ)音信號(hào)電平和溫度數(shù)值了。 STM32 單片機(jī)處理模塊設(shè)計(jì) 在單片機(jī)的選擇中，我們選擇了意法半導(dǎo)體公司的 STM32F103F149 單片機(jī)，STM3 的內(nèi)核為 32 位 CortexM3,它采用 ARMv7M 構(gòu)架。 CortexM3 的中斷處理完全基于硬件進(jìn)行，可減少的時(shí)鐘周期數(shù)最多可達(dá) 12 個(gè)，在應(yīng)用中可節(jié)約 70%的中斷；同時(shí) CortexM3采用了單線(xiàn)調(diào)試（ Single Wire）這種新型技術(shù)，能夠減少非常多的調(diào)試工具費(fèi)用，其中還集成了大部分存儲(chǔ)器控制器，這樣設(shè)計(jì)人員可以直接將 Flash 外接在 MCU上，降低了應(yīng)用障礙和設(shè)計(jì)難度。 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（接收部分） 8 STM32 單片機(jī)中斷系統(tǒng) STM32 單片機(jī)的 EXTI 控制器支持多達(dá) 19 個(gè)外部中斷事件請(qǐng)求，每個(gè)中 斷設(shè)有狀態(tài)位，有獨(dú)立的觸發(fā)和屏蔽設(shè)置，檢測(cè)脈沖寬度低于 APB2 時(shí)鐘寬度的外部信號(hào)。 STM32 單片機(jī)串口通信 通信有并行和串行兩種方式，在單片機(jī)系統(tǒng)中，信息交換多采用串行通信。 圖 異步串行通信方式 異步通信一幀字符信息的組成分為四個(gè)部分：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位，如圖 所示。STM32F103 單片機(jī)最多包含有五路串口，有支持同步單線(xiàn)通信和半雙工單線(xiàn)通訊、基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（接收部分） 10 分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器、支持調(diào)制解調(diào)器操作、具有 DMA、智能卡協(xié)議、支持 LIN 和IrDA SIR ENDEC 規(guī)范等。 [7]一般我們更關(guān)心的是如何從 USARTDIV 的值得到 USART_BRR 的值，因?yàn)橐话阄覀冎赖氖遣ㄌ芈屎?PCLKx的時(shí)鐘，要求的就是 USART_BRR 的值。在 USART 接收期間，數(shù)據(jù)的最低有效位首先進(jìn)入 RX 引腳， STM32 的發(fā)送與接收是由數(shù)據(jù)寄存基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（接收部分） 11 器 USART_DR 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它是一個(gè)雙寄存器，包含 TDR 和 RDR 兩個(gè)，當(dāng)向它寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)串口會(huì)自動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)有數(shù)據(jù)收到的時(shí)候，也存在該寄存器內(nèi)。 STM32 的 DAC 數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換模塊是電壓輸出型的 DAC， 12 位的數(shù)字輸入，它可以配置為 8 位或 12 位工作模式，也可以與 DMA 控制器相配合。本設(shè)計(jì)用的是 DAC 通道 1 的 12 位右對(duì)齊數(shù)據(jù)保持寄存器 DAC_DHR12R1,向其寫(xiě)入12 為數(shù)據(jù)，由單片機(jī) PA4 管腳輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。本設(shè)計(jì)對(duì)兩種方法都做了設(shè)置，即設(shè)置了 DAC 緩存位，也用 NE5532 運(yùn)放設(shè)計(jì)了電壓跟隨器，可以根據(jù)需要做調(diào)整。 對(duì)于溫度信號(hào)，發(fā)射端使用的傳感器傳輸?shù)木褪?8 位溫度數(shù)據(jù)，不用擔(dān)心與串口數(shù)據(jù)位數(shù)不一致的問(wèn)題。 [5]STM32 的每個(gè)通用定時(shí)器包含（ TIMx_CH14） 4 個(gè)獨(dú)立通道，并且沒(méi)有互相共享的資源，完全獨(dú)立。通用定時(shí)器可以 選擇內(nèi)部時(shí)鐘、外部輸入時(shí)鐘、外部觸發(fā)時(shí)鐘和內(nèi)部觸發(fā)時(shí)鐘，即使用一個(gè)定時(shí)器作為另一個(gè)定時(shí)器的與分頻器。 濾波電 路模塊設(shè)計(jì) 處理器的 DAC 輸出模擬信號(hào)后還有高頻成分，需要將其濾除，只留 300Hz 到3400Hz 的語(yǔ)音信號(hào)，本設(shè)計(jì)分別設(shè)計(jì)了高通濾波器和低通濾波器，組成帶通濾波器來(lái)對(duì) D