基于红外数据传输的单片机多机通信系统研究

基于红外数据传输的单片机多机通信系统研究内容摘要：

编 码信 号 调 制红 外发 送 器红 外解 码 器信 号放 大 解 调红 外接 收 器红外信号 图 红外通信系统结构图 红外通信 原 理 红外通信 是利用 950nm 近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。 发送端采用 脉时调制（ PPM）方式 ，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。 简而言之， 红外通信的实质 就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。 红外通信 系统一般原理框图见下图。 信号产生指令执行信号解码信号解码信号解调前置放大红外接收功率放大信号编码信号调制 图 红外通信 系统一般原理框图 从图中可以看出，红外通信 系统是由发射器与接收器两部分构成 .发射器 由信号产生电路、 编码电路、调制电路、功率放大电路及红外发射器件组成。 指令信号产生后经过编码电路和调制电路编码调制后，由功率放大电路将信号功率放大，然后经红外 发射器发射红外信号。 接收器 是由红外接收器件、前置放大电路、解调电路、 解码电路、 显示 电路组成。 当红外接收器件收到发射器的红外指令信号时，它将红外光信号 变为电信号并送入前置放大器进行放大，再经解调器后，由解码电路将指令信号检出，最后由 执行电路 执行指令 ，实现各种操作。 设计 一般通用的 红外通信 系统 都是由发射和接收两大部分组成，应用编 /解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图 所示。 发射部分包括 编码调制、 LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。 编 码 调 制 解 码解 调光 / 电 放 大L E D 图 红外遥控系统 电路 方案设计 红外数据通信大体上分为无调制型红外通信和调制型红外通信两种。 无调制型红外通信可以实现低速的无线数据传输，通信距离比较近，只能实现 30cm 左右的无线数据传输，而且传输速率较低。 调制型红外通信 比较合适长距离红外通信，利用外外发光管与带调制的红外接收管，运用调制解调机制，可以实现 2。 5m 以内的连续数据传输， 辅助必要的硬件机制，能够实现可靠的红外通信；红外通信的有效距离与红外数据传输速率、发射管的发射功率、以及单次数据传输时间长短 有密切关系；传输速率越低，通信距离越远；单次传输时间越短，则通信距离越远，传输速率越高；通过将长串数据分段简写式传输的方式，可以实现的红外通信的距离越远，数据传输速率越高。 总之，调制可以实现比无调制方式综合性能好得多的红外通信，主要体现在通信的距离更远，数据传输的速率更高，性能更稳定， 因此，在本次课题设计中，我们就采用了调制型的红外通信方式。 元器件介绍 选定了电路设计的方案，下面我们对电路设计中将要用到的一些主要元器件的电气特性进行一下必要的介绍。 1. AT89C51 单片机 AT89C51 是 一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 2. NE555 NE555 时基电路封形式 有两种，一是 DIP 双列直插 8 脚封装，另一种是 SOP8小型（ SMD）封装形式。 其他 HA1755 LM55 CA555 分属不同的公司生产的产品。 内部结构和工作原理都相同。 NE555 属于 CMOS 工艺制造， 3. 红外发射二极管 红外发射二极管是 红外通信系统中用来发射信号的一个非常重要的元件，虽然它看起来比较小，不太显眼，但是没有它，红外通信就只能是一句空话。 它是实现红外通信的桥梁，其重要性就好像灯泡在照明系统中的重要性一样， 是整个红外通信系统的焦点。 本课题设计中采用的红外发射管为 TLN107， 红外线发射与 接收的方式采取直射工作方式。 4. 红外接收器 红外接收器 是红外发光二极管的受控装置，其里面有相应的红外光电转换电路。 这里我们采用的接收器是一种红外专用接收集成电路 HS0038，用它来完成红外信号的光电转换及接收。 HS0038 是塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与 TTL 电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。 实现 确定了上面的通信方案，我们接下来就可以对通信的硬件电路进行具体的设计了。 红外线遥控器 是利用红外线发光 LED 发射波长 950nm 近红外波段的红外线不可见光来发送信号。 我们这里把整个遥控器系统分为发射模块及接收模块两部分，和一般通用的遥控器结构相同，本课题设计的通信系统 发射部分 包括 编码电路（ PT2262IR）、 调制电路、 LED 红外发射电路； 接收部分 包括光 /电转换放大器、 解调 /解码电路和 显示电路。 发射端的 指令 信号经过单片机的编码所产生的 编码 信号和载波电路所产生的载波信号经过合成，然后再通过红外 线发射电路的 LED 发送出红外线遥控信号，这些信号经过红外线接收模块接收端接收进来，并对其控制信号做译码而作相对的动作输出 (数码显示 )，完成遥控的功能。 这便是硬件电路具体实现的设计思想。 各部分电路的设计思路和具体实现如下。 发射模块电路的实现 如图 为整个红外线发射器的工作方块图， 每隔一秒 ，遥控器上的遥控芯片 (如 C8051)便 对 DS1302 的时间 编码产生一组 编码信号 ，结合载波电路的载波(38KHz)而成为合成信号，经过放大器提 升功率而推动红外发射二极管，将红外线信号发射出去，所要发射的信 号 必须加上载波才能使信号传送的距离加长，一般遥控器的有效距离为 7m。 amp。 C 5 1 单 片 机信 号 放 大3 8 K H Z 载 波 信 号红 外 发 射二 极 管红外信号 图 红外发射器工作图 红外发射模块各部分组成电路的设计可以细化分述如下。 红外发射器电路 我们之所以选择设计基于 I/O 口的红外通信，是因为这样设计的红外通信模式将具有较大的灵活性，同时，能借助于软件设计和编码，最大限度地提高系统的安全性。 基于 I/O 口的不可兼容设计的电路如图 所示，其中， TPulse。