【正文】 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 24 以下程序?yàn)?ADC 初始化程序。 void Adc_Init(void) { //先初始化 IO 口 RCCAPB2ENR|=12。 //使能 PORTA 口時(shí)鐘 GPIOACRLamp。=0XFFFFFF0F。//PA1 anolog 輸入 //通道 10/11 設(shè)置 RCCAPB2ENR|=19。 //ADC1 時(shí)鐘使能 RCCAPB2RSTR|=19。 //ADC1 復(fù)位 RCCAPB2RSTRamp。=~(19)。//復(fù)位結(jié)束 RCCCFGRamp。=~(314)。 //分頻因子清零 //SYSCLK/DIV2=12M ADC 時(shí)鐘設(shè)置為 12M,ADC 最大時(shí)鐘不能超過(guò) 14M //否則將導(dǎo)致 ADC 準(zhǔn)確度下降 ! RCCCFGR|=214。 ADC1CR1amp。=0XF0FFFF。 //工作模式清零 ADC1CR1|=016。 //獨(dú)立工作模式 ADC1CR1amp。=~(18)。 //非掃描模式 ADC1CR2|=11。 //單次轉(zhuǎn)換模式 ADC1CR2amp。=~(717)。 ADC1CR2|=717。 //軟件控制轉(zhuǎn)換 ADC1CR2|=120。 //使用用外部觸發(fā) (SWSTART) ADC1CR2amp。=~(111)。 //右對(duì)齊 ADC1SQR1amp。=~(0XF20)。 ADC1SQR1|=020。 //1 個(gè)轉(zhuǎn)換在規(guī)則序列中 也就是只轉(zhuǎn)換 規(guī)則序列 //設(shè)置通道 1 的采樣時(shí)間 ADC1SMPR2amp。=~(73)。 //通道 1 采樣時(shí)間清空 ADC1SMPR2|=73。 //通道 1 周期 ,提高采樣時(shí)間可以提高精度 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 25 ADC1CR2|=10。 //開(kāi)啟 AD 轉(zhuǎn)換器 ADC1CR2|=13。 //使能復(fù)位校準(zhǔn) while(ADC1CR2amp。13)。 //等待校準(zhǔn)結(jié)束 //該位由軟件設(shè)置并由硬件清除。在校準(zhǔn)寄存器被初始化后該位將被 清除。 ADC1CR2|=12。 //開(kāi)啟 AD 校準(zhǔn) while(ADC1CR2amp。12)。 //等待校準(zhǔn)結(jié)束 //該位由軟件設(shè)置以開(kāi)始校準(zhǔn)，并在校準(zhǔn)結(jié)束時(shí)由硬件清除 } 為了滿足 3 種信號(hào)的正確采集，要設(shè)置合適的 ADC 采樣頻率。在設(shè)置 ADC 采樣頻率中， 對(duì)于每個(gè)要轉(zhuǎn)換的通道，采樣時(shí)間盡量長(zhǎng)一點(diǎn)，以獲得較高的準(zhǔn)確度 。ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間可以由以下公式計(jì)算： Tcovn=采樣時(shí)間 + 其中： Tcovn為總轉(zhuǎn)換時(shí)間，采樣時(shí)間是根 據(jù)每個(gè)通道的 SMP位的設(shè)置來(lái)決定的。 軟件中設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 72Mhz， ADC的分頻因子為 6，所以 ADCCLK=12Mhz。設(shè)置采樣時(shí)間為最高的 。此時(shí) Tcovn=252周期，一周期=1/12Mhz,得到 ADC的采樣率為 1/(252*(1/12Mhz))=。 定時(shí)器部分程序 本設(shè)計(jì)除了發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)外，同時(shí)可以發(fā)送溫度信號(hào)。為了區(qū)分溫度信號(hào)與語(yǔ)音信號(hào)，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè) 8 秒的定時(shí)器，使其每到 8 秒就進(jìn)入定時(shí)器中斷，發(fā)送溫度信號(hào)。以下為定時(shí)器初始化程序。 void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc) { RCCAPB1ENR|=11。 //TIM3 時(shí)鐘使能 TIM3ARR=arr。 //設(shè)定計(jì)數(shù)器自動(dòng)重裝值 TIM3PSC=psc。 //預(yù)分頻器值 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 26 TIM3DIER|=10。 //允許更新中斷 TIM3CR1|=0x01。 //使能定時(shí)器 3 MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQChannel,2)。//搶占 1，子優(yōu)先級(jí) 3，組 2 } 本設(shè)計(jì)中 TIM3的時(shí)鐘為 72M，再設(shè)計(jì)的 計(jì)數(shù)器自動(dòng)重裝值 arr和 預(yù)分頻器值 psc的值，就可以計(jì)算中斷時(shí)間了。計(jì)算公式如下： Tout=((arr+1)*(psc+1))/Tclk； 其中： Tclk： TIM3的輸入時(shí)鐘頻率（單位為 Mhz）。 Tout： TIM3溢出時(shí)間（單位為 us）。 本 系 統(tǒng) 中 設(shè) 置 的 Tclk=72Mhz ， 設(shè) 置 arr=23999 和 psc=23999 ，則Tout=(23999+1)*(23999+1)/72021000=8s。 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 27 第 6 章 系統(tǒng)調(diào)試與總結(jié) 紅外光通信系統(tǒng)各組成部分 紅外光通信系統(tǒng)由發(fā)射 、 中繼轉(zhuǎn)發(fā)和接收 3 部分組成。圖 中顯示的就是發(fā)射部分。圖 顯示的是中繼轉(zhuǎn)發(fā)部分，圖 顯示的是接收部分。 圖 圖 3 種模擬信號(hào) MIC 偏置電 路 前置模擬信號(hào)調(diào)理電路 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射電路 供電模塊 電源濾波 接收芯片 接收芯片 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 28 圖 紅外光通信接收部分 測(cè)試 在測(cè)試紅外光通信系統(tǒng)時(shí)，主要檢測(cè)了語(yǔ)音信號(hào)與溫度信號(hào)的發(fā)送與接收狀況，同時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的噪聲等部分。以下為各測(cè)試部分。 音信號(hào)的發(fā)射時(shí)，在發(fā)射部分的輸入端分別輸入 MIC，音樂(lè)和正弦波形 3 種模擬信號(hào)，再到接收端的輸出部 分觀察波形和現(xiàn)象。通過(guò)比較波形的相似度及信噪比，和還原出的語(yǔ)音信號(hào)的相同程度，來(lái)反映通信的成功與否。 （ 1）正弦信號(hào)輸入 發(fā)射端輸入部分輸入正弦波形，并在接收端用示波器檢測(cè)波形。圖 顯示的就是收發(fā)端的信號(hào)波形。圖中上半部分為輸入端的波形，下半部分為輸出端的波形。比較兩者的波形，發(fā)現(xiàn)頻率基本一致。波形有一定的相位差，可能是由于信號(hào)傳輸?shù)难訒r(shí)造成的。 （ 2）音樂(lè)信號(hào)輸入 在輸入端輸入一段音樂(lè)，并在接收部分的輸出 端加一個(gè)喇叭，此時(shí)喇叭會(huì)播放此音樂(lè)。在播放的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)可以能基本聽(tīng)清音樂(lè)，單仍有一定的噪聲。且當(dāng)無(wú)音樂(lè)時(shí)，也有一定的噪聲，大部分噪聲是由于系統(tǒng)電路本身的原因。 接收芯片 功率放大電 路 信號(hào)調(diào)理電路 濾波電路 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 29 （ 3） MIC 信號(hào)輸入 在輸入端的 MIC 處發(fā)出聲音，可以在接收端聽(tīng)到相同的聲音，同時(shí)伴隨著一定的噪聲。 圖 收發(fā)端的信號(hào)波形 表 電壓有效值測(cè)量 在 800hz 時(shí)，測(cè)得的電壓為 大于 。且 當(dāng) 減小發(fā)射端輸入信號(hào)幅度至 0V，采用低頻毫伏表測(cè)量接收裝置輸出噪聲電壓。測(cè)試結(jié)果分析：測(cè)試直流有效值為 60mv，屬于較小噪聲。 測(cè)試方法：將 接收端 液晶屏顯示的溫度與實(shí)際溫度計(jì)測(cè)量的溫度值做比較，計(jì)算測(cè)量誤差。 頻率 (Hz) 300 600 800 1200 1600 2021 2500 3000 3400 電壓有效值 (mV) 680 960 1020 1060 1102 1190 1320 1400 1480 發(fā)送端波形 接收端波形 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 30 測(cè)量結(jié)果見(jiàn)下表 ： 表 環(huán)境溫度測(cè)量 環(huán)境溫度 顯示溫度 27 27 27 27 27 測(cè)量誤差 % % % % % 實(shí)際中測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)都沒(méi)有超過(guò) 2攝氏度的范圍。 結(jié)論 本紅外通信系統(tǒng)發(fā)射部分 由 前置 模擬信號(hào)調(diào)理電路 、 STM32F103ZETT6 片內(nèi)AD 設(shè)計(jì)的 A/D 轉(zhuǎn)換 部分 、 溫度采集模塊和紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng) 電路 組成 。 前置模擬信號(hào)調(diào)理電路可將 MIC、 音樂(lè)和正弦波形 3種模擬信號(hào)電壓調(diào)節(jié)至 0至 ，配合 STM32平臺(tái)的片內(nèi) AD芯片將 3種模擬信號(hào)數(shù)字化。得到的數(shù)字信號(hào)發(fā)送至紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路，利用紅外發(fā)光管，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的定向傳輸。 STM32 平臺(tái)的片內(nèi) AD 芯片可達(dá)到較高的采樣率，完成語(yǔ)音信號(hào)的高質(zhì) 量采樣。在發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)的同時(shí)，通過(guò) STM32平臺(tái)上 DHT11 模塊得到的溫度信息與語(yǔ)音信號(hào)可采用信道時(shí)分復(fù)用的方式進(jìn)行傳輸，每 8秒傳輸一次溫度信息。 實(shí)際制作的紅外光通信系統(tǒng)發(fā)射部分，發(fā)送距離達(dá)到 2m,且 接收的聲音無(wú)明顯失真 。本設(shè)計(jì)能 實(shí)時(shí)傳輸發(fā)射端環(huán)境溫度，溫度測(cè)量誤差不超過(guò) 1攝氏度 。 本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了一個(gè)紅外光通信中繼轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)，可使通信的方向轉(zhuǎn)化 90度，發(fā)送距離為 2m。 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 31 參考文獻(xiàn) [1]王成義 .一種可靠的紅外通信協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .激光與紅外 . 期 [2] 程程，洪龍 .一種實(shí)用的紅外通 信裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .自動(dòng)電力化設(shè)備 . 期 [3] 鄢盟 .紅外通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].吉林：吉林大學(xué)軟件工程學(xué)科碩士學(xué)位論文， 2021. 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