基于紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹瑱C(jī)多機(jī)通信系統(tǒng)研究(編輯修改稿)
2024-12-14 01:24 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 編 碼信 號(hào) 調(diào) 制紅 外發(fā) 送 器紅 外解 碼 器信 號(hào)放 大 解 調(diào)紅 外接 收 器紅外信號(hào) 圖 紅外通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 紅外通信 原 理 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，即通信信道。發(fā)送端采用 脈時(shí)調(diào)制（ PPM）方式 ，將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出。 簡(jiǎn)而言之， 紅外通信的實(shí)質(zhì) 就是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對(duì)紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。 紅外通信 系統(tǒng)一般原理框圖見下圖 。 信號(hào)產(chǎn)生指令執(zhí)行信號(hào)解碼信號(hào)解碼信號(hào)解調(diào)前置放大紅外接收功率放大信號(hào)編碼信號(hào)調(diào)制 圖 紅外通信 系統(tǒng)一般原理框圖 從圖中可以看出，紅外通信 系統(tǒng)是由發(fā)射器與接收器兩部分構(gòu)成 .發(fā)射器 由信號(hào)產(chǎn)生電路、 編碼電路、調(diào)制電路、功率放大電路及紅外發(fā)射器件組成。指令信號(hào)產(chǎn)生后經(jīng)過編碼電路和調(diào)制電路編碼調(diào)制后，由功率放大電路將信號(hào)功率放大，然后經(jīng)紅外 發(fā)射器發(fā)射紅外信號(hào)。 接收器 是由紅外接收器件、前置放大電路、解調(diào)電路、 解碼電路、 顯示 電路組成。當(dāng)紅外接收器件收到發(fā)射器的紅外指令信號(hào)時(shí)，它將紅外光信號(hào) 變?yōu)殡娦盘?hào)并送入前置放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)解調(diào)器后，由解碼電路將指令信號(hào)檢出，最后由 執(zhí)行電路 執(zhí)行指令 ，實(shí)現(xiàn)各種操作。 設(shè)計(jì) 一般通用的 紅外通信 系統(tǒng) 都是由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編 /解碼專用集成電路芯片來(lái)進(jìn)行控制操作，如圖 所示。發(fā)射部分包括 編碼調(diào)制、 LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。 編 碼 調(diào) 制 解 碼解 調(diào)光 / 電 放 大L E D 圖 紅外遙控系統(tǒng) 電路 方案設(shè)計(jì) 紅外數(shù)據(jù)通信大體上分為無(wú)調(diào)制型紅外通信和調(diào)制型紅外通信兩種。 無(wú)調(diào)制型紅外通信可以實(shí)現(xiàn)低速的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，通信距離比較近，只能實(shí)現(xiàn) 30cm 左右的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，而且傳輸速率較低。 調(diào)制型紅外通信 比較合適長(zhǎng)距離紅外通信，利用外外發(fā)光管與帶調(diào)制的紅外接收管，運(yùn)用調(diào)制解調(diào)機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn) 2。 5m 以內(nèi)的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸， 輔助必要的硬件機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的紅外通信；紅外通信的有效距離與紅外數(shù)據(jù)傳輸速率、發(fā)射管的發(fā)射功率、以及單次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間長(zhǎng)短 有密切關(guān)系；傳輸速率越低，通信距離越遠(yuǎn)；單次傳輸時(shí)間越短，則通信距離越遠(yuǎn)，傳輸速率越高；通過將長(zhǎng)串?dāng)?shù)據(jù)分段簡(jiǎn)寫式傳輸?shù)姆绞剑梢詫?shí)現(xiàn)的紅外通信的距離越遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸速率越高。 總之，調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)比無(wú)調(diào)制方式綜合性能好得多的紅外通信，主要體現(xiàn)在通信的距離更遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢撸阅芨€(wěn)定， 因此，在本次課題設(shè)計(jì)中，我們就采用了調(diào)制型的紅外通信方式。 元器件介紹 選定了電路設(shè)計(jì)的方案，下面我們對(duì)電路設(shè)計(jì)中將要用到的一些主要元器件的電氣特性進(jìn)行一下必要的介紹。 1. AT89C51 單片機(jī) AT89C51 是 一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 2. NE555 NE555 時(shí)基電路封形式 有兩種，一是 DIP 雙列直插 8 腳封裝，另一種是 SOP8小型（ SMD）封裝形式。其他 HA1755 LM55 CA555 分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。 NE555 屬于 CMOS 工藝制造， 3. 紅外發(fā)射二極管 紅外發(fā)射二極管是 紅外通信系統(tǒng)中用來(lái)發(fā)射信號(hào)的一個(gè)非常重要的元件，雖然它看起來(lái)比較小，不太顯眼，但是沒有它，紅外通信就只能是一句空話。它是實(shí)現(xiàn)紅外通信的橋梁，其重要性就好像燈泡在照明系統(tǒng)中的重要性一樣， 是整個(gè)紅外通信系統(tǒng)的焦點(diǎn)。 本課題設(shè)計(jì)中采用的紅外發(fā)射管為 TLN107， 紅外線發(fā)射與 接收的方式采取直射工作方式。 4. 紅外接收器 紅外接收器 是紅外發(fā)光二極管的受控裝置，其里面有相應(yīng)的紅外光電轉(zhuǎn)換電路。這里我們采用的接收器是一種紅外專用接收集成電路 HS0038，用它來(lái)完成紅外信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換及接收。 HS0038 是塑封一體化紅外線接收器，它是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的集成電路，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與 TTL 電平信號(hào)兼容的所有工作，沒有紅外遙控信號(hào)時(shí)為高電平，收到紅外信號(hào)時(shí)為低電平，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。 實(shí)現(xiàn) 確定了上面的通信方案，我們接下來(lái)就可以對(duì)通信的硬件電路進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)了。 紅外線遙控器 是利用紅外線發(fā)光 LED 發(fā)射波長(zhǎng) 950nm 近紅外波段的紅外線不可見光來(lái)發(fā)送信號(hào)。我們這里把整個(gè)遙控器系統(tǒng)分為發(fā)射模塊及接收模塊兩部分，和一般通用的遙控器結(jié)構(gòu)相同，本課題設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng) 發(fā)射部分 包括 編碼電路（ PT2262IR）、 調(diào)制電路、 LED 紅外發(fā)射電路； 接收部分 包括光 /電轉(zhuǎn)換放大器、 解調(diào) /解碼電路和 顯示電路。 發(fā)射端的 指令 信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)的編碼所產(chǎn)生的 編碼 信號(hào)和載波電路所產(chǎn)生的載波信號(hào)經(jīng)過合成，然后再通過紅外 線發(fā)射電路的 LED 發(fā)送出紅外線遙控信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過紅外線接收模塊接收端接收進(jìn)來(lái)，并對(duì)其控制信號(hào)做譯碼而作相對(duì)的動(dòng)作輸出 (數(shù)碼顯示 )，完成遙控的功能。這便是硬件電路具體實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)思想。 各部分電路的設(shè)計(jì)思路和具體實(shí)現(xiàn)如下。 發(fā)射模塊電路的實(shí)現(xiàn) 如圖 為整個(gè)紅外線發(fā)射器的工作方塊圖， 每隔一秒 ，遙控器上的遙控芯片 (如 C8051)便 對(duì) DS1302 的時(shí)間 編碼產(chǎn)生一組 編碼信號(hào) ，結(jié)合載波電路的載波(38KHz)而成為合成信號(hào)，經(jīng)過放大器提 升功率而推動(dòng)紅外發(fā)射二極管，將紅外線信號(hào)發(fā)射出去，所要發(fā)射的信 號(hào) 必須加上載波才能使信號(hào)傳送的距離加長(zhǎng)，一般遙控器的有效距離為 7m。 amp。C 5 1 單 片 機(jī)信 號(hào) 放 大3 8 K H Z 載 波 信 號(hào)紅 外 發(fā) 射二 極 管紅外信號(hào) 圖 紅外發(fā)射器工作圖 紅外發(fā)射模塊各部分組成電路的設(shè)計(jì)可以細(xì)化分述如下。 紅外發(fā)射器電路 我們之所以選擇設(shè)計(jì)基于 I/O 口的紅外通信，是因?yàn)檫@樣設(shè)計(jì)的紅外通信模式將具有較大的靈活性，同時(shí)，能借助于軟件設(shè)計(jì)和編碼，最大限度地提高系統(tǒng)的安全性?；? I/O 口的不可兼容設(shè)計(jì)的電路如圖 所示，其中， TPulse
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