基于单片机的红外通信系统设计

基于单片机的红外通信系统设计
张绍颂*
（黄冈康卓自动控制系统设备有限公司，湖北黄州438000）
摘要：红外线遥控技术是应用范围最广的通信和遥控方式。

在红外线遥控技术的支持下，电器、仪表等设备让人们的生活充满便利。

单片机在生产、生活领域发挥重要作用，对以单片机为基础的红外通信的系统设计进行研究十分必要。

关键词：单片机；红外通信；系统设计
中图分类号：TP368文献标识码：A文章编号：（鄂）0270069（2016）04－0053－03
红外通信在通信领域得到广泛应用，其具备无污染、信息安全度较高的特点，在家电、娱乐设施等方面发挥重要作用。

在进行单片机通信系统设计时，系统要具备遥控能力，如此通信系统才能在高压、高毒、辐射等环境中发挥作用。

一、基于单片机的红外通信系统分析
对发射端而言，在数字信号发射出去后，通过合理手段进行编码调制，传输到电光变换电路中，在红外发射管的作用下，将信号转换为红外光脉冲，然后再发送到空中。

对接收端而言，在接收到发射端发射的信号后，实现光电转换，通过解调和解码后将接收到的信号调整为原信号。

发射端发送数据时对二进制编码进行调整，将其调整成各种脉冲信号传输出去。

如果红外载波的频率是38 kHz，利用脉宽调制的PWM的方式进行发送。

在接收端接收到此类信号后，传输出低电平，否则就会传输出高电平，此前的红外光信号有间断的特点，接收端能将其调整为连续性信号，通过单片机处理后就会获得原来的信号［1］。

二、基于单片机的红外通信系统结构设计
针对红外通信系统共更能需求，设计基于单片机的红外通信系统功能结构，功能结构图如图1所示。

设计中，通过利用红外发射管进行语音、温度信号的传送，达到红外通信的目的。

语音信号被系统放大后实施采样，也就是经过A/D转换，
单片机
图1红外通信系统功能结构图
会对采样信号进行处理，依靠红外发射装置发射出去。

在处理温度信号时，专门依靠温度采集芯片，信号在经过单片机处理后传送出去。

接收端进接收到信号后，对数字信号实施分离，温度信号就会被展示在液晶显示屏上，语音信号在通过A/D处理之后，在通过放大处理后，电信号经过处理后就会被以声音的形式发送出去，达到红外通信的目的。

三、基于单片机的红外通信系统硬件电路设计
本次研究中基于单片机的红外通信系统硬件设计方面主要采用音频检测模块、编码调制模块、红外发射模块、红外接收模块组成。

本节主要介绍几个模块的具体设计情况。

1．音频检测与编码调制模块设计
音频检测模块设计方面，对音频信号输入的检测比较简单，设计中在信号输入端口以串联的方式连接一个10μF的电容，随后将其传输到单片机和AD9851一起组成的模块，电路图如图2所示。

音
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第14卷第4期武汉电力职业技术学院学报Vol．14No．4 2016年12月Journal of Wuhan Electric Power Technical College Dec．2016
*收稿日期：2016－10－29
作者简介：张绍颂（1969－），男，大学，黄冈康卓自动控制系统设备有限公司副教授，研究方向：电子设计教育。

频输入信号检测模块与编码调制模块相连接，能够
产生45kHz 、Vpp 至多为500mV 的正弦信号，可以视为载波信号，对音频信号实施调制，将其传输到
发射电路。

图2
音频信号检测及编码调制电路
2．红外发射模块的电路设计
红外发射模块的设计上，主要通过红外发电力要想将信号进行电光转换，达到将红外脉冲向外发射的目的。

在此设计中红外发射模块的设计中利
用红外线发光二极管的特征，
搭配利用8050三极管，依靠其放大的功能，将已经调整好的音频信号
转换为红外线光信号。

采用共发射极放大器，将电流放大，获得较强的输出能力，能发挥阻抗变换的作用，让信号在传输过程中不存在失真的情况，为让红外发射管的辐射范围变大，在相应的集电极中串联两个发光二级管。

红外通信发射模块电路设计图如图3所示。

3．红外通信接收模块电路设计
在系统中安置光敏二极管，利用其特征实现红外光信号的接收。

在设计红外接收器时，通常使用
型号为HS0038的一体化接头［2］。

其属于直立侧面收光型，接收到的信号的频率是38kHz ，能实现
红外信号的放大、检波等功能，在接收到TTL 电平
发射出的编码信号时，和单片机连接在一起。

接收端单片机的型号是STC89C52。

在系统中安置音频集成功放，其能耗较低，能实现电压增益的调节，外接的部件相对较少。

红外通信接收模块设计电路图如图4所示。

图3
红外通信发射模块电路设计图
图4红外通信接收模块电路设计图
四、基于单片机的红外通信系统软件设计过程1．载波软件功能设计
载波在系统数据传输中发挥重要作用，在系统
设计过程中没有使用通用的震荡电路，主要利用AVＲ产生载波。

其具备的定时器能在没有CPU 参与操作的情况下生成能够调整频率的方波。

2．主控装置软件功能设计主控系统在系统中发挥重要作用，负责红外对抗系统的发送以及接受，此次系统设计是前后台系统。

在运行过程中，后台可实现无限循环，前台终端服务自子程序能发挥相应作用，应用程序就是在两者的支持下实现运行。

通常情况下，中断服务子
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45·武汉电力职业技术学院学报
2016年12月
程序通常只能对外来的事件进行简略处理，然后就会将经过处理的信息传输到后台。

此次研究设计的系统并未对响应时间提出较高要求，如此设置就可满足实际要求。

如果系统对响应时间有较高的要求，通常就会选择嵌入式操作方法。

在主机完成通信后，UAＲT模式得到调整，将波特率设定为2500bps。

CCU模块能在对称类型、非反向PMW 模式下工作，频率设定为38kHz。

3．信号发射、接收程序设计
发射端一共分成两个部分，一个部分能实现语音信号的模数转换，另一个则能在温度传感器的支持下收集温度数据。

两个模块在接收到信号后均是在单片机的支持下，让红外发射管向外发射信号。

负责接收信号的流程和发送部分相反，先对信号类型进行判断，确定是温度还是语音信号。

如果是温度信号，在经过简略处理后就能在显示屏上显示出来。

在接到音频信号后，就要在DAC数模转换的支持下对其进行处理，然后将信号发送到音频放大电路中，在通过放大电路处理后，扬声器还会对信号进行还原，让语音信号得到原音呈现。

此部分通信过程为：完成初始化后，实现UAＲT模式的调整，对波特率进行调整，再对PWM实施调整。

在红外接口接收16字节的数据。

为让系统系统设计中，为让系统性能得到提升，可在光源上使用光学准直系统，让信号实现光准直。

可在设计图中标明在接收端使用此装置，对信号光实施光对焦。

如此的设计能让系统的传输距离得到增加，也让误码率处于较低水平。

薄透镜指的是将两个共轴折面组合在一起形成的光学系统，如果透镜上的两个球面位于光轴之上的间隔在与透镜两个球面半径进行对比后可以忽略，则可将此透镜成为薄透镜。

此设备的应用范围很广，可以在不同的条件下使用存在差异的材料，选择的薄透镜也可在尺寸上存在差异，也要在设计中应用，让系统的光学性能得到增强。

五、总结
红外通信就是将红外线作为通信的载体，利用红外光在空气中的传播实现数据的传递，信号的发射和接收则需要依靠发射端和接收端实现。

红外通信花费的资金较少、消耗的功率较低、尺寸较小，能实现跨平台的数据传输，在通信领域得到较广的应用。

参考文献：
［1］韩慧，曹帮琴，倪荣军．基于MSP430单片机的红外光通信装置的设计与实现［J］．科技通报，2014，30（11）：72－74．
［2］郑伟南，曲娜，程凤芹，柏逢明．基于步态识别技术的热释电红外安防预警系统研究［J］．中国新通信，2014，24（23）：96－97．
［3］闫皓，牛绪雷，郑宸．基于ZigBee的煤层气录井红外甲烷监测系统设计［J］．电子质量，2015，18（1）：9－11．
Infrared Communication System based on Single Chip Design
ZHANG Shaosong
（Automation System Equipment Limited Company of Kangzhuo，Huangzhou，Hubei438000）
Abstract：The infrared remote control technology is the most widely applied in communication and remote con-trol．With its support，electrical appliances，instruments and other equipment make people’s life full of conven-ience．SCM play an important role in the field of manufacturing and living．Ｒesearch on the systematic design of infrared communication based on the single chip microcomputer is necessary．
Key words：Single chip microcomputer；Infrared communication．The system design
（审稿：黄定明编辑：黄婕）
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第14卷第4期张绍颂：基于单片机的红外通信系统设计。