全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽紅外通信裝置設(shè)計報告(編輯修改稿)
2025-08-16 20:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)性能更高，因此本套系統(tǒng)最終選用方案二。 總體方案設(shè)計本套系統(tǒng)設(shè)計采用 STM32F10XC8T 作為控制核心，通信方式選用數(shù)字通信，即將語音信號放大濾波后進(jìn)行 A/D 采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量以串行通信形式紅外發(fā)射，接收端信號經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換后，放大、濾波，通過揚聲器輸出語音信號。系統(tǒng)另外設(shè)計了中繼轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點，通信方向改變 90 度以后，依然可以實現(xiàn)清晰傳輸。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：數(shù)字輸出數(shù)字輸入放大濾波D / A轉(zhuǎn)換A / D采樣紅外接收紅外發(fā)射語音信號放大濾波拾音器揚聲器驅(qū)動電路輸出信號溫度顯示溫度采集 圖4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖3 理論分析與計算 通信原理分析本套通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用串口通信方式， 利用 UART 實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，軟件程序中通過串口的中斷函數(shù)判斷一幀的數(shù)據(jù)是否完成的傳送。串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte ）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。UART 作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位地傳輸。其中各位的意義如下：起始位：先發(fā)出一個邏輯”0”的信號，表示傳輸字符的開始。資料位：緊接著起始位之后。資料位的個數(shù)可以是 5 、 8 等，構(gòu)成一個字符。通常采用 ASCII 碼。從最低位開始傳送，靠時鐘定位。奇偶校驗位：資料位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗)或奇數(shù)( 奇校驗)，以此來校驗資料傳送的正確性。停止位：它是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。可以是 1 位、 位、2 位的高電平。 由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機(jī)校正時鐘同步的機(jī)會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。空閑位：處于邏輯“1” 狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有資料傳送。通信傳輸示意圖如圖所示： 圖 5 串口通信示意圖其中使用 RS232 接口可增加串口的驅(qū)動能力、信號幅度與傳輸距離。系統(tǒng)主要參數(shù)（1）語音信號頻率范圍為：300~3400Hz，（2）采樣頻率：系統(tǒng)采樣頻率取 10KHZ。信號采樣時要符合抽樣定理：當(dāng)時間信號函數(shù) f(t)的最高頻率分量為 fM 時,f(t)的值可由一系列采樣間隔小于或等于1/2fM 的采樣值來確定, 即采樣點的重復(fù)頻率 f≥2fM。（3）D/A 轉(zhuǎn)換位數(shù):8 位（4）波特率：80KHZ （ 10*8） ，收發(fā)兩端波特率相同。（5）傳輸距離：2 米（6）語音信號的標(biāo)準(zhǔn)帶寬為 300HZ~3400HZ，此處我們假定中心頻率為500HZ，帶寬 △f=3000HZ 。假設(shè)信噪比 SNR=10db，由香農(nóng)公式：算出信道容量 C= 提高轉(zhuǎn)發(fā)器效率方法轉(zhuǎn)換速率是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的 AD 轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù), 為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率(Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率。而采樣頻率每秒鐘取得聲音樣本的次數(shù)，根據(jù)抽樣定理應(yīng)大于等于 ,為提高轉(zhuǎn)發(fā)器效率，可采取以下方法：a、串口通信，提高單片機(jī)串口通訊響應(yīng)效率，可以盡量縮短 UART 的中斷服務(wù)子程序響應(yīng)時間 ISR，并單獨分配一組 寄存器。b、 接收和發(fā)送都開雙緩沖區(qū)。 c、利用透鏡，在發(fā)射管和接收管前加一凸透鏡，利用凸透鏡物理原理增加其采集光線的能力。
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