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在通信系統中，常利用非電信號來(lái)傳遞控制信號和數據，以實(shí)現遙控或遙測的功能紅外通信，具有控制簡(jiǎn)單、實(shí)施方便，傳輸可靠性高的特點(diǎn)，是一種較為常用的通信方式。紅外通信利用950 nm近紅外波段的紅外線(xiàn)作為傳遞信息的媒體，發(fā)送端采用脈時(shí)調制方式，將二進(jìn)制數字信號調制成某一頻率的脈沖序列，并驅動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送，接收端將收到的光脈沖轉換成電信號。再經(jīng)過(guò)放大、濾波處理后送給解調電路，還原為二進(jìn)制數字信號后輸出。 1 系統的總體構成 紅外通信系統采用紅外光傳輸及無(wú)限工作機制，其組成結構主要包括：紅外發(fā)射器，通信信道，紅外接收器三大部分組成。 (1)完成信號的電光變換并向空間發(fā)射紅外脈沖 紅外發(fā)射器的關(guān)鍵是紅外發(fā)光二極管和響應的驅動(dòng)電路。紅外發(fā)光耳機光首先要滿(mǎn)足其調制帶寬大于信號的頻譜寬度，保證通信線(xiàn)路暢通。此外發(fā)光二極管的發(fā)射波長(cháng)應與接收端的光電探測器(選用硅光二極管)的峰值響應相匹配，最大程度地抑制背景雜散光干擾，現階段一般選用780nm～950 nm的紅外波段進(jìn)行數字信號傳輸。由于紅外無(wú)線(xiàn)通信系統的信噪比與發(fā)射功率的平方成正比，所以適當提高紅外發(fā)射器的發(fā)射功率，并采用空間分集、全息漫射片等可使發(fā)射端的光功率在空間均勻分布的措施來(lái)降低誤碼率，提高通信質(zhì)量。其原理圖如圖1所示。 (2)紅外接收器 紅外接收器包括紅外接收部分以及后續的信號采濾波、判決、量化、均衡和解碼等其原理框圖如圖2所示。 紅外接收端的工作過(guò)程，首先進(jìn)行光電轉換，將紅外脈沖信號變?yōu)殡娦盘�，�?jīng)過(guò)適當的頻域均衡后進(jìn)行碼元判決，碼元判決電路是接收器設計的核心部分。由于信號采用紅外無(wú)線(xiàn)進(jìn)行穿社，其電平變化范圍較大，所以碼元判決電路必須是自適應的。接收的信號經(jīng)自適應碼元判決后變成數字信號，再進(jìn)行適當的解碼轉換為差分信號進(jìn)入計算機網(wǎng)卡的信號輸入端。 (3)通信信道 紅外無(wú)線(xiàn)數字通信的信道泛指發(fā)射器與接收器之間的空間。由于自然光及人工光源等背景光信號的介入，信號源以及發(fā)射、接收設備中電學(xué)或光學(xué)噪聲的影響，紅外無(wú)線(xiàn)數字通信在某些場(chǎng)合的通信質(zhì)量較差，需要采用信道編碼技術(shù)來(lái)提高抗干擾能力。 在紅外線(xiàn)通信系統中，由于紅外發(fā)射器的發(fā)射功率較小，而且信號采用紅外線(xiàn)進(jìn)行傳輸，易受外界環(huán)境的影響，這些因素導致了紅外接收器的信號很弱，并且電平變化范圍較大。因此，低噪聲的前置放大器設計和自適應的碼元判決電路是必須的。低噪聲的前置放大器一般選用輸入阻抗較高的場(chǎng)效應管放大器，并要求帶寬大，增益高，噪聲低，干擾小，頻率響應與信道脈沖響應匹配。自適應的碼元判決電路能自動(dòng)跟蹤輸入信號電平的變化，得到最佳的閾值電平，并根據此閾值電平對信號進(jìn)行判決，將其變換為數字電平之后進(jìn)行解碼，恢復原始信號。同時(shí)，為了濾去低頻噪聲及人為干擾采用帶通濾波器，為了與調制特性匹配并消除碼間干擾常采用均衡技術(shù)，為了獲得較大的光接收器工作范圍及瞬時(shí)視場(chǎng)采用球形光學(xué)透鏡。這些措施都是將有利于紅外無(wú)線(xiàn)通信質(zhì)量的提高。 2 紅外串行通信接口電路設計 單片機控制的紅外通信系統主要有紅外發(fā)射器，紅外接收器，以及單片機89C51三部分組成，單片機本身并不具備紅外通信接口，可以利用單片機的串行接口與片紅外發(fā)射和接收電路，組成一個(gè)單片機控制系統的紅外串行通信接口。 2．1 發(fā)射部分設計 紅外發(fā)送電路包括脈沖振蕩器、三極管和紅外發(fā)射管等部分。其中脈沖振蕩器有NE555定時(shí)器、電阻和電容組成，用于產(chǎn)生38 kHz的脈沖序列作為載波信號，紅外發(fā)射管HG選用Vishay公司生產(chǎn)的TSAL6238，用來(lái)向外發(fā)射950 nm的紅外光束。其發(fā)送的過(guò)程為：串行數據有單片機的串行輸出端TXD送出并驅動(dòng)三極管，數位“O”使三極管導通．通過(guò)有NE555構成的多諧振蕩電路調制成38 kHz的載波信號，并利用紅外發(fā)射管以光脈沖的形式向外發(fā)送。數位“l(fā)”使三極管截止，紅外發(fā)射管不發(fā)射紅外光。NE555構成的多諧振蕩電路的振蕩周期公式為T(mén)=O．693(R1+R2)C，其中，R1為充電電阻，R2為放電電阻，C為充電電容。 2．2 紅外接收器的設計 紅外接收電路選用Vishay公司生產(chǎn)的專(zhuān)用紅外接收模塊TSOP1738。該模塊是一個(gè)三端元件，使用單電源+5V供電，具有功耗低、抗干擾能力強、輸入靈敏度高、對其他波長(cháng)(950 nm以外)的紅外光不敏感的特點(diǎn)，其內部結構框圖如圖3所示。 TSOPl738的工作過(guò)程為：首先，通過(guò)紅外光敏元件將接收到的載波頻率為38 kHz的脈沖紅外光信號轉換為電信號，再由前置放大器和自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行放大處理。然后，通過(guò)帶通濾波器進(jìn)行濾波，濾波后的信號由解調電路進(jìn)行解調。最后，由輸出級電路進(jìn)行反向放大輸出。 2．3 數碼顯示部分 在系統中，選用一個(gè)雙七段數碼管來(lái)顯示發(fā)送和接收的數據。數碼管采用DPY雙位七段共陽(yáng)數碼管。高位的共陽(yáng)極是lO腳，低位的共陽(yáng)極是5腳。由單片機的P O口控制數碼管的陰極，P2．6，P2．7口分別控制數碼管的高位和低位，當P2口輸出數位“0”時(shí)，相應的三極管導通。根據PO口輸出不同數位，數碼管顯示不同的數字，當P2口輸出數位“l(fā)”時(shí)，三極管截止，數碼管不顯示。 2．4 發(fā)光二極管顯示部分設計 有8個(gè)發(fā)光二極管與單片機的P1口相連，二極管的正極與電源正極相連，負極串聯(lián)一個(gè)電阻與Pl口相連，給Pl口送低電平就得到不同的顯示狀態(tài)。 2．5 按鍵部分設計 有四個(gè)按鍵與單片機的P3口相連，按鍵的一邊接地，另外一邊與單片機的P3．2、P3．4、P3．5口相連。單片機控制的紅外通信接口電路的整體圖如圖4所示。 其工作過(guò)程：?jiǎn)纹瑱C通過(guò)TXD發(fā)出串行數據，通過(guò)由NE555構成的多諧震蕩電路產(chǎn)生38 kHz脈沖序列作為載波信號，通過(guò)紅外發(fā)射管將信號以950 nm的紅外光束發(fā)出，紅外接收模塊TOSPl738將接收到的光脈沖轉換成電信號，再經(jīng)過(guò)發(fā)大、濾波等處理后送給解調電路進(jìn)行解調，還原為二進(jìn)制數字信號后輸出到單片機的RXD口。單片機對接收到的數據進(jìn)行處理，將相應的數據顯示在數碼管上。這樣，一個(gè)單片機控制的紅外通信系統就實(shí)現了通信。 為了保證紅外接收模塊TSOPl738接收的準確性，要求發(fā)送端載波信號的頻率應盡可能接近38 kHz，因此在設計脈沖震蕩器時(shí)，要選用精密元件并保證電源電壓穩定。還有，發(fā)送的數位“O”至少要對應14個(gè)載波脈沖，這就要求傳輸的波特率不能超過(guò)2 400 bps。 3 單片機控制的紅外通信的主程序 P3．2為開(kāi)始鍵．也為功能選擇鍵，P3．5為功能確認鍵 4 結束語(yǔ) 單片機控制的紅外通信系統具有硬件電路簡(jiǎn)單、成本低廉、編程方便、通信可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現了通信雙方非接觸的數據，在遙控、遙測等應用場(chǎng)合得到廣泛應用。 |
