光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)(參考版)
2025-08-01 01:56本頁(yè)面
【正文】 在通信編碼方面，獨(dú)立完成了編碼方式的設(shè)計(jì)，合理、準(zhǔn)確適合51單片機(jī)。并且在各個(gè)裝置上添加了顯示的功能，方便了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢驗(yàn)、增加了實(shí)物的效果展示。之后，分析了如何通信才能更加準(zhǔn)確、快速，確定了本設(shè)計(jì)采用十個(gè)位為一組的發(fā)射方式，利用紅外LED和HS0038為發(fā)射接收裝置，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的慢速數(shù)據(jù)傳播。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離=高電平時(shí)間*聲速（340M/S）/2；建議測(cè)量周期為60ms 以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。因此我們可以通過(guò)這得到：以上時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè)10uS 以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個(gè)40kHz 周期電平并檢測(cè)回波。(2)模塊會(huì)自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40KHZ 的方波，模塊會(huì)自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回。[15]測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。若高電平寫(xiě)入的位是1連續(xù)寫(xiě)2位間的間隙應(yīng)大于1us。表212 DS18b20 溫度寄存器低字節(jié)D7D6D5D4D3D2D1D0高字節(jié)sssssD10D9D8DSl8b20工作過(guò)程中的協(xié)議如下：初始化ROM操作命令存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)(1)初始化單總線(xiàn)上的所有處理均從初始化開(kāi)始 (2)ROM操作品令總線(xiàn)主機(jī)檢測(cè)到DSl8b20的存在便可以發(fā)出ROM操作命令之一這些命令如時(shí)序如下：主機(jī)使用時(shí)間隙來(lái)讀寫(xiě)DSl8b20的數(shù)據(jù)位和寫(xiě)命令字的位(1)初始化時(shí)序見(jiàn)圖213主機(jī)總線(xiàn)to時(shí)刻發(fā)送一個(gè)復(fù)位脈沖(至少為480us的低電平信號(hào))接。每只Ds18b20都可以設(shè)置成兩種供電方式即數(shù)據(jù)總線(xiàn)供電方式和外部供電方式采取數(shù)據(jù)總線(xiàn)供電方式可以節(jié)省一根導(dǎo)線(xiàn)但完成溫度測(cè)量的時(shí)間較長(zhǎng)采取外部供電方式則多用一根導(dǎo)線(xiàn)但測(cè)量速度較快[16]。因此任意多個(gè)DSl8b20可以存放在同一條單線(xiàn)總線(xiàn)上使用。圖35 接收電路整體電路圖DSl8b20數(shù)字溫度計(jì)：提供9位二進(jìn)制溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息，經(jīng)過(guò)單線(xiàn)接口送入DSl8b20或從DSl8b20送出因此從主機(jī)CPU到DSl8b20僅需一條線(xiàn)和地線(xiàn)DSl8b20的電源可以由數(shù)據(jù)線(xiàn)本身提供，不需要外部電源。當(dāng)然通信的難點(diǎn)不在于硬件電路而在于編程。圖34 接收端設(shè)計(jì)圖接收端的硬件電路比較簡(jiǎn)單，然后是一個(gè)液晶1602。這要注意，因?yàn)橹挥薪油獠恐袛辔覀儾拍芾眠M(jìn)入中斷來(lái)開(kāi)啟定時(shí)器，計(jì)算時(shí)間。一個(gè)VCC，一個(gè)GND還有一個(gè)輸出端口。(3) 封裝尺寸圖29 HS0038封裝尺寸圖(4)HS0038內(nèi)部框圖圖210 HS0038內(nèi)部框圖(5)測(cè)試方法測(cè)試方法比較簡(jiǎn)單：其實(shí)就是用單片機(jī)的一個(gè)IO端口接紅外LED，讓其發(fā)射出38KHZ的波形，而讓HS0038的輸出端接示波器，如果發(fā)送的波形時(shí)間和示波器顯示的時(shí)間正好一致（發(fā)送時(shí)為低電平，未發(fā)送時(shí)為高電平）代表測(cè)試成功。u e)電源電壓5V，常用且低功耗，和單片機(jī)兼容性好。u c)對(duì)自然光有較強(qiáng)的抗干擾性，可以防止自然光的干擾。(2)器件特性u(píng) a)前置放大器和光電檢測(cè)集成在同一封裝中。HS0038的封裝提供一個(gè)特殊的紅外濾光器，因此是可以防止自然光等普通光源的干擾的。因此我選擇了一個(gè)內(nèi)部集成的HS0038作為我們的接收裝置。這個(gè)接受裝置內(nèi)部集成了上述電路。適合各種頻率的通信。：本次畢設(shè)，我開(kāi)始準(zhǔn)備了兩種接收裝置：第一是專(zhuān)門(mén)用于通信的光敏二極管，第二個(gè)是HS0038。因?yàn)榇舜卧囼?yàn)?zāi)康氖菫榱藱z測(cè)通信原理的基本知識(shí)，并不是盲目的應(yīng)用于高速通信領(lǐng)域。一個(gè)1602顯示裝置用于對(duì)比發(fā)射和接收的結(jié)果。而超聲波測(cè)距傳感器四個(gè)管腳，和單片機(jī)相連的管腳也是兩個(gè)，將這兩個(gè)管腳接單片機(jī)任意兩個(gè)IO端口，即完成了相應(yīng)的設(shè)計(jì)[910]。LED設(shè)計(jì)圖如圖32所示：圖32 LED設(shè)計(jì)圖傳感器硬件電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。另外，我們開(kāi)始加上一定阻值的電阻是為了紅外LED不損壞。[8]這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的供電不夠大，要是采用單片機(jī)供電，由于帶載能力不夠強(qiáng)，會(huì)影響紅外LED的發(fā)射功率，導(dǎo)致發(fā)送效果變差。 根據(jù)測(cè)試，紅外LED的效果還是比較不錯(cuò)的，我們只需要一端接VCC一端接單片機(jī)，用單片機(jī)給出一定頻率的波形即可完成相應(yīng)的發(fā)射功能。工作電流一般小于20mA。因此選擇了紅外led作為本次畢設(shè)的發(fā)射器件。經(jīng)過(guò)測(cè)試，效果最好且最穩(wěn)定，適合空氣中傳輸?shù)囊獢?shù)紅外led了。因此我把目標(biāo)放在后兩者。根據(jù)后期實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其開(kāi)關(guān)延時(shí)時(shí)間太長(zhǎng)，無(wú)法發(fā)射穩(wěn)定的高頻波形，傳播距離太近等等的缺點(diǎn)，最后放棄對(duì)其的使用。初期比較偏向第一種：發(fā)光二極管。另外，單片機(jī)的P0接口默認(rèn)只能輸入，只有加上1K的排阻才能正常工作，所以在單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)給P0端加上排阻。 單片機(jī)最小系統(tǒng)就是一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)為單片機(jī)提供電源、晶振和復(fù)位系統(tǒng)。由于，將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在同一個(gè)芯片之中，ATMEL的89C51是一種效率很高的微控制器。又稱(chēng)為單片機(jī)。STC89C51是一個(gè)自帶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）。因此對(duì)單片機(jī)的速度上沒(méi)有太大的要求。這樣具體每個(gè)位發(fā)射編碼的設(shè)計(jì)方案如圖26所示。本設(shè)計(jì)采用測(cè)量?jī)蓚€(gè)下降沿的時(shí)間來(lái)判斷每個(gè)位是什么（0、引導(dǎo)碼、校驗(yàn)位）。HS0038要接在89C51的外部中斷接口，根據(jù)51的使用規(guī)則，外部中斷有兩種工作方式：下降沿觸發(fā)和低電平觸發(fā)方式。發(fā)射的如下圖25所示。從00000000到11111111，因此加入引導(dǎo)碼和末尾校驗(yàn)位。然后再接受端進(jìn)行解調(diào)，把兩個(gè)數(shù)分開(kāi)來(lái)，然后顯示到相應(yīng)位置即實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)的頻分復(fù)用的同時(shí)傳播。本次頻分復(fù)用的設(shè)計(jì)：假設(shè):要同時(shí)傳播兩路信號(hào)： 1000100011 1100101100那定義4個(gè)頻率的波形，分別代表11,10,01,00。FDM技術(shù)的特點(diǎn)就是所有子信道傳輸?shù)男畔⒁圆⑿械姆绞焦ぷ?，讓每一路信?hào)傳輸時(shí)
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