单片机的红外通信系统设计

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题目：单片机的红外通信系统设计指导教师：

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摘要：

本文索要介绍的内容就是如何利用单片机，结合红外线器件设计构建出一套简易的红外通信系统，以实现在中短距离内的红外无线通信的功能。与一般红外遥控器不同的是本文通过单片机的编、解码程序来实现红外信号的发收，从而实现红外遥控通信功能。此通信系统经过一定的拓展，完全可以实现通信和各种红外遥控器的功能。

关键字：单片机；红外通信；发射；接收；遥控；接口

Abstract:

This paper introduced the content of that how to use for SCM, combined with the infrared device design to construct a simple infrared communication system, in order to realize the infrared wireless communication in short distance within the function. Unlike the general infrared remote control is based on single chip encoding, decoding process to achieve the infrared signal sending and receiving, so as to realize the infrared remote control function. This communication system after a certain development, can achieve communication and various kinds of infrared remote control function.

Keywords: single chip; infrared communication; emission; reception; remote control; interface

1红外线通信原理

红外数据通信指的是两台设备之间通过红外线进行无线数据传输的一种数

据传输方式，一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75μm至25μm之间。红外数据协会（IrDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850nm至900nm之间。红外通信的最大特点在于它替代了设备与设备之间传统的线缆连接，进而摆脱了不同平台设备连接时对于特制接口的要求，使得跨平台设备间的数据交换简单到只需彼此相对。

1.1红外通信技术的特点：

●它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；

●通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线数据收发；

●主要用来取代点对点的线缆连接；

●新的通讯标准兼容早期的通讯标准；

●小角度（30°以内）、短距离、点对点直线数据传输，保密性强；

●传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。

1.2红外通信技术的缺点：

●通信距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通信中断；

●目前广泛使用的SIR标准通信速率较低（115.2kbit/s）；

●主要用于取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差

2系统的总体构成

系统整体结构如图1 所示

2.1红外发射器的结构

红外发射器的关键是红外发光二极管和响应的驱动电路。红外发光耳机光首先要满足其调制带宽大于信号的频谱宽度,保证通信线路畅通。此外发光二极管的发射波长应与接收端的光电探测器( 选用硅光二极管) 的峰值响应相匹配,最大程度地抑制背景杂散光干扰,现阶段一般选用780nm~950nm 的红外波段进行数字信号传输。由于红外无线通信系统的信噪比与发射功率的平方成正比,所以适当提高红外发射器的发射功率, 并采用空间分集、全息漫射片等可使发射端的光功率在空间均匀分布的措施来降低误码率, 提高

通信质量。其原理图如图 2 所示。

图2.1红外发射器原理框图

2.2红外接收器的结构

红外接收器先进行光电转换,将红外脉冲信号变为电信号, 经过适当的频域均衡后进行码元判决,码元判决电路是接收器设计的核心部分。由于信号采用红外无线进行穿社,其电平变化范围较大,所以码元判决电路必须是自适应的。接收的信号经自适应码元判决后变成数字信号, 再进行适当的解码转换为差分信号进入计算机网卡的信号输入端。红外接收器包括红外接收部分以及后续的信号采滤波、

判决、量化、均衡和解码等其原理框图如图3所示。

图2.2红外接收器原理框图

3红外系统硬件电路部分的设计

红外线通信主从模块所使用的单片机为c8501f350该单片机是siliconLab 公司生产的增强型51系列单片机速度可以达到50MIPS 集成有UART﹑IIC﹑SPI﹑ADC﹑DAC﹑和TIMER等功能单元电路带有PGA的8路24位ADC能够完成高精度模拟量采集２路电流输出DAC用于模拟量输出异步串行接口UART用于主节点与上位机通信具有4个定时器和PCA电路用定时器１产生UART时钟信号定时器4产生红外线发射的38KHz调制脉冲信号定时器3用于红外线接收定

时红外线发送通过P1.4引脚驱动晶体管9013实现晶体管连接的电阻R1为510R2为10红外线发射管市售的大多数产品都可以红外线接收器采用一体化接收头TOP8138只要将它的信号输出端接到单片机的P1.5即可红外线发射与接收电路的连接如图3.1所示

图3.1C8051F350单片机的红外线

发射与接收电路

3.1红外发射电路的设计

单片机通过I/O端口控制整个发射过程。其中，红外载波信号采用频率为38KHz的方波，由PIC18F248的CCP模块的PWM功能实现，并由CCP1端口传输到三极管T2的基极。待发送到数据由单片机的TX端口以串行方式送出并驱动三极管Q1，当TX为“0”时使Q1管导通，通过Q2管采用脉宽调制(PWM)方式调制成38KHz的载波信号，并由红外发射管D1以光脉冲的形式向外发送。当TX为“1”时使Q1管截止，Q2管也截止，连接Q1和Q2的两个上拉电阻R1和R3把三极管的基极拉成高电平，分别保证两个三极管可靠截止，红外发射管D1不发射红外光。因此通过待发送数据的“0”或“1”就可控制调制后两个脉冲串之间的时间间隔，即调制PWM的占空比。比如若传送数据的波特率为1200bps，则每个数位“0”就对应32个载波脉冲调制信号。红外发射管D1采用TSAL6200红外发射二极管，其实现将电信号转变成一定频率的红外光信号，它发射一种时断时续的高频红外脉冲信号，由于脉冲串时间长度是恒定的，根据脉冲串之间的间隔大小就可以确定传输的数据是“0”还是“1”。