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红外无线传输记录统计系统
物理学院 07级李洋李成王毅仁
摘要：
红外无线传输记录统计系统，利用ATMega16单片机作为核心控制器件，辅以LCD显示控件、红外对管器件等，实现个人信息的自动收集，并用LCD液晶显示，实现厂家对客户信息的统计，同时得到客户对产品兴趣多少的相关信息。

本项目以AVR mega16单片机为平台，介绍了红外通信的软硬件原理，实现了两个单片机间的红外通信功能及数据收集分析功能。

为了增加创新性和降低功能实现成本，在项目中尽量不采用已经模块化的东西。

设计系统的目的与功能：
当代，各公司、各厂家都开始喜欢进行产品展览、展销，而且有的收藏家也经常将自己收藏的艺术品展示给大家，这种趋势的产生要求一种将客户、应邀嘉宾们的信息、对哪些产品感兴趣、他们的参观路线等信息收集、记录并进行统计的产品的诞生。

以上信息我们分别通过无线数据传输、客户在每种展品前待的时间、还有每种展品前参观的总人次反映出来。

我们这个无线传输记录统计系统利用红外对管的发射端做成参观人员的“身份证”，接收端设置在展台前端勇于接收。

同时利用ATMega16单片机作为核心控制器件，进行记录统计。

这种相似产品最近在德国的一种公司展览会上使用过，我们的这套系统还处于实验阶段，并且存在着很多不足，但是我们的系统可以很好的实现我们想要的功能，只是还待完善。

我希望这种系统可以被普及到各种展台前，实现对客户信息及相关信息的自动收集。

这种系统是利用现代红外技术和嵌入式技术的高科技产品，操作简单，实用性非常强。

系统硬件电路设计：
一．访问端电路。

1.1 单片机控制电路
单片机开发板电路图和单片机控制电路分别如下图所示。

单片机采用ATMEL的一款低功耗.高性能的16位AVR系列的单片机ATMega16来实现，因为系统设计需要多种模块来实现相应的功能，要求控制部分具有较强的驱动能力和较好的稳定性，同时需要有足够多的引脚来完成扩展，且应该考虑到成本控制的要求，在同样工作能力的前提下芯片选型应尽量便宜。

Mega16是我们考虑到的最合适的单片机，功能强大且性能稳定，而且相比较同档次单片机其价格要相对便宜很多。

更重要的是，AVR单片机全面支持在线烧写，使得我们的初始数据写入更加方便，软件移植也因此更加简单，增加了系统的商业开发可行性。

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（因为电路板有限，所以在一块发射板上利用中断完成3个人的不同名片发射，来模拟不同人员的访问。

）
1.2红外发射电路
发射电路中的Q3为倒相放大级，但集电极上接有R2 ，LED(G), Q4的基级驱动电流由Q3供给，Q4的输入阻抗约5K，当输入为低电平时，Q3截止，故Q4也截止，红外LED不发光。

当Q3输入为高电平时，Q3，Q4均呈饱和状态，不随供电电压而变化。

这是因为Q3在饱和导通状态时，LED(G)的正向压降约为3.3V。

除去Q4的e-b结电压0.6V。

则流过Q4和红外LED的电流为。

2.7V/R1。

因此，可将Q4视作一个恒流源，使红外光发射十分稳定，
单片机控制电路
是较理想的输出级电路。

R1的阻值视所用的红外发射管的型号和所能承受的峰值功率或平均功率选定，故使用R1为电位器。

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50%
1.3红外接收电路
红外接收采用HS0038A2红外接收器。

HS0038A2接受到38k 载波时，会输出低电平，否则输出高电平。

将HS0038A2产生的信号经过非门后得的原来的信号。

PD2
二． 受访端电路。

2.1 单片机控制电路
2.2红外发射电路
1
U1A 7409N
PA0PD7
6
5
（因AVR 开发板上插孔有限，所以电路简化）
2.3红外接收电路
红外接收采用HS0038A2红外接收器。

HS0038A2接受到38k 载波时，会输出低电平，否则输出高电平。

将HS0038A2产生的信号经过非门后得的原来的信号。

红外发射电路
PD2
2.4 LCD显示部分
我们的系统使用Nokia5110LCD液晶点阵显示芯片来显示用户个人信息。

Nokia5110采用串
口实现与单片机的连接，点阵显示信息的数据由单片机串口提供，节省IO口，而且价格便宜，
体积小，性价比极高。

配合字模提取软件和windows画图工具可以随意画图。

该芯片的主要
特点如下：
1:可以由SPI方式实现任意端口接入液晶。

2:能实现中英文,图片的显示,由于液晶没有y轴指针,使用起来不是很方便，但可以配合其他
取字模软件，完成绘图和汉字的显示。

3:汉字或图片必须使用纵向取模,字节倒序方式
红外通讯方式和软件设计流程：一．访问端程序流程图
二．受访端程序流程图
三．通讯方式
1）发射部分：我们通过timer2产生38K 的载波，TX 端口产生发送的数据，然后经过与门放大经发射管发射数据：
38k 载波
有效发送数据
对管发射数据
2）接受部分：HS0038A2接受到38k 载波时，会输出低电平，否则输出高电平。

将HS0038A2产生的信号经过非门后得的原来的信号。

HS0038A2 产生信号
非门后得到原来数据
3）设计思想简介：
1：对输入的数据进行编码。

2：对编码进行脉冲调制。

3：信号放大后，通过发射管发送38khz信号。

4：接收信号，进行解码。

5：让AVR对信号进行处理（显示，统计，分析）。

4）进一步说明：
在对不同来访者的信息进行编码时，曾试着使用AVR单片机内部的USART模块及SPI模块实现信息的交换，但时间仓促能力有限以及在实际操作中遇到了林林总总的问题没能一一解决，以至没能在预期的时间里实现红外数据的串行异步通讯。

而我只针对我们项目所要实现的功能试用了其他的编码方式，这种编码方式对于我们的功能要求是可行的，并且成功的完成了不同人员身份的识别。

最简单的编码方式就是高电平为1，低电平为0.此种波形方法简单，易于实现，但是抗干扰性比较差，误码率出奇的高。

为了提高抗干扰性和准确率，以及特针对我们的项目需要，我采用了这样的波形：
一号
二号
三号
即通过不同方波的占空比不同来区分不同的来访者身份。

并且改变占空比还可以降低红外发射电路的能耗。

涉及到红外线，为了避免环境光线的影响，需要向发射管输出38K脉冲。

我们选用的接受管HS0038A2接受中心频率就是38K，其特性是接收到38K
脉冲输出低电平，否则为高电平。

因此，我们需要把数据帧与38K脉冲进行
调制。

经非门后得到原信号。

相互通讯间的Mega16单片机接收到信号后通
过计数定时器算出低电平的时间，从而分辨不同的信号源。

四． LCD显示部分
在使用中出现了很多问题，主要是各LCD驱动函数不完善，经过反复修改，最终可以无差错的显示中英文，配合字模提取软件和windows画图工具还可以随意画图。

五．电池电源部分
前期由于软硬件的不健全，使红外发射电路能耗很大，后期有所改进。

六．作品照片
1. Nokia5110LCD液晶显示芯片
2.红外发射板
3.红外接收板
4、总接收、控制板
5、稳压电路
6、系统总图
七．问题总结
在项目实践的一个月里，我们遇到了很多的问题，同时也学到了很多的东西。

在硬件方面，每一各电阻的阻值、二级管的压降都需要考虑到，mulisim、protel 等EDA软件提供了一种软件仿真环境，解决了不少问题。

在软件方面，算法和程序结构的层次有待进一步优化。

遗留的问题：
1、AVR Mega16在Sleep状态时，INT1和INT0的下降沿触发无法将其唤醒。

2、考虑到红外光发射的因素，在全双工方式下发射的信号可能被自身吸收，为防止红外对管发射与接收之间的干扰，在软件设计上将通讯方式设置成为异步半双工模式，但两者之间仍有干扰。

八．成员分工及工作情况
所有工作为小组成员合力完成，合作成功。

李成：负责软件、部分硬件、部分资料收集及论文书写、调试等工作；
李洋：负责选题、功能实现方法、部分硬件、论文、报告的书写、调试等；
王毅仁：负责调试、写写论文等。

结语
本文介绍了基于Mega16的红外传输记录统计系统。

利用单片机内部的PWM发生器产生载波信号，可以很方便地采用软件编程方式调节载波频率、脉宽，实现简单的红外通讯功能，降低了对硬件的要求。

同时利用Mega16大容量的flash存储器、高速的计算能力，来实现信息的存储和数据的记录统计分析。

对于不同的应用场合，可以改变相应的程序的编写，来实现更多的功能。

参考文献
1、马潮编著《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》北京航空航天大学出版社2007
2、周兴华编著，《AVR单片机C语言高级程序设计》，中国电力出版社2008
3、《Protel 99SE 电路设计与仿真教程》.机械工业出版社2008
4、《AVR单片机C语言程序设计实例精粹》. 电子工业出版社2009
5、胡伟、季晓衡编著. 《单片极C程序设计及应用实例》. 人民邮电出版社, 2003
6、李现勇编著. 《Visual C++串口通信技术与工程实践》. 人民邮电出版社, 2002
7、《Atmega16数据手册》等各种芯片手册。