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1、2013年全国大学生电子设计竞赛红外光通信装置设计报告（F题）【本科组】POq2013年9月7日一、前言1二、系统方案设计2(一)设计原理21、红外红外线的特点22、红外线发射和接收2(一)设计方案3整体方案图3（三）堆元电路设计41、发射端4(1)音频发射湍电路图4(2)数字信号发射端4(3)发射局部用到的元滞件及其相关参数52、接收端5三、红外通信接口的硬件电路设计51、红外发送渊62、NE555时基电路芯片63、红外发射二极管7四、调试与测试81、红外发射模块通信的调试与测试82、红外接收模块通信的调试与测试8五、系统软件设计8系统软件设计整体流程图8六、测试方案与测试结果11(一)测试
2、方案II(二)测试条件与仪器11(三)测试结果I1.七、结语11八、参考文献11九、附录121、程序122、系统结构原理图13红外光通信装置设计报告（F题）一、前言本设计利用已学电路知识，将电路分成红外发射模块、红外接收模块、环境温度传输模块个模块，完成r红外光通信收发系统设计，以话筒为输入信号，由发送电路调试后，再由输入电路的红外接收管接收，经由(1.M-386)放大，高通泄波器过渡后，在喇叭(耳机)中听到输入的语音。关键词：红外通信：发射：接收：温感：Thedesignusedtheknow1.edgeofcircuit,andithasbeendividedintothreepartsa
3、sinfraredemissioncircuitmodu1.e,theinfraredreceivingmodu1.e,andtemperaturetransmissionmodu1.e,thenwecomp1.etedthedesignofinfraredCOinmunief1.tiontransceiversystem,weusedmicrophonetoinputsigna1.,thedebuggingbysendingcircuitandthenreceivedbytheinputcircuitsofinfraredreceivingtube,via(1.M-386)amp1.ifie
4、r,fi1.terhigh-passfi1.ter,IWecou1.dheardavoiceinputinthehorn(headphones).二、系统方案设计（一）设计原理1、红外红外线的特点人的眼暗能看三J可见光，假设按波长排列，依次（从长到短）为红、橙、黄、绿、吉、然、紫。红光的波长范围为0.6211）-0.76Um,比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控器就是利用波长0.76um1.5“m之间的近红外线来传送控制信号的。红外线的特点是不干扰其他电图设备工作，也不会影响周边环境。电路调试简单，等优点。2、红外线发射和接收人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两局部。发射同部的发射元件为红
5、外发光二极管，常用的红外发光二极管发出的红外线波长为94Onm左右，外形与普通力5mm发光二极管相同，只是颜色不同。般有透明、黑色和深蓝色等三种。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端要增加高增益放大电路.（二）设计方案整体方案图图1总体框图音频信号红外转发器有发射和接收两同部构成,发射和接收局部均由12Y稳压电源供电.发射同部：音频信号经过鉴然后的伴音信号经过三极管VT放大后推送到红外发射管由于发射管的发刖强度与通过其电流成正比，所以，红外管便收到了音
6、频信号的调制。为了增加传输诙离，使用两个红外管并设置定的偏置。接收局部：红外线接收管被音频信号调制的红外光照射到时，在其两端产生一个与音频信号变化规律相同的电信号，经电容耦合至一块音频放大集成电路1.M386,进行放大，并招信号传至扩音器。（三）单元电路设计1、发射端（1）音频发射端电路图VCC信号输入图2发射端电路图当信号加在加2中的中的输入时,经耦合电容CI(Ioii)的隔直作用后会在三极管的基极加上一组和音族信号一样变化的电流，在由其的放大作用，驱动两红外发光管。使其对音频信号的幅度大小同步调制，转变为红外信号发送出去。由于每只红外发光管的正向压降均为1.15V,发射功率都小于100mW
7、,将两只红外管进行串联的目的在于提高红外线的发射功率。此外，由于红外发光管的辐射角度有限,因此在设计电路板时需将作用区有叠加地排列。(2)数字信号发射端发射机局部主要是NE555与外用元件构成频率为38K,占空比约为3佻的振荡落,振荡信号经3脚输出加载至q1.基极，由q1.驱动红外线发光二极管1.EDk(3)发射局部用到的元器件及其相关参数耦合电容CI(IOUF)电阻RM43K)电阻R2(13K)电阻R3*(5K)三极管VT8050发射管VD1.和VD2注：三极管YT应选用8050中功率管，PCM=300mW,1.CM=50011;R2的功率不小于1/4W；因为调试时是要求三极管VT的静态电流
8、为30m左右的，那么R1.应选用可调电阻:红外发射管的辐射角般在60度左右，所以安装时要使它们的辎射有局部重迭。所以安装时要使它们的辐射有一局部重迭2、接收端(1)接收电路图图3最正确接收区示意图接收器由光电转换、电源、耳机插孔及各顼放大器四大局部组成,接收器电路如图4所示。经调制的红外信号首先被红外光敏管接收并转换为变化规律和音频信号相同的电信号，相当于经过耦合电容C2隔直作用后，再由1.M386放大后再由路解调并更原为音频信号。三、红外通信接口的硬件电路设计单片机本身并不具备红外通信接口，但可以利用单片机的串行接口与片外的红外发射和接收电路，组成一个应用于堆片机系统的红外串行通信接口，如图
9、3所示图3红外小行通信接口原理图1、红外发送器红外发送器电路包括脉冲振荡器、驱动管Q1.和Q2、红外发射管D1.和D2等局部。其中脉冲振荡器由NE555定时器、电阻(RI、R2)和电容(CkC2)组成，用以产生38kHz的脉冲序列作为我波信号：红外发射管D1.和D2向外发射950nm的红外光束。红外发送器的工作原理为：串行数据由单片机的串行输出端TXD送出并驱动T1.管，数位“0”使Q2管导通，通过Q1.管调制成38kHz的载波信号，并利用两个红外发射管D1.和D2以光脉冲的形式向外发送。数位“1”使QI、Q2管截止，红外发射管D1.和D2不发射红外光。假设传送速率设为1200bs,那么每个数
10、位“0”对应32个载波脉冲调制信号的时序,如图4所示。图4红外发射器原理框图2、NE555时基电路芯片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SOP-8小型(SMD)封装形式。其他HA17555、UI555、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屈FCMOS工艺制造，下面我们将对其进行介绍.图2.8是它的内部等效电路。YE555的内部中心电路是三极管Q15和Q17加正反应组成的RS触发器。输入控制端有直接旦位ReSet端，通过比拟器发位控制端的TH、比拟器A2置位控制的T。输出端为F,另外还有集电极开路的放电管DIS。它们控制的优先
11、权是R、T、TH.利用NE555可以组成相当多的应用电路，甚至多达数百种应用电路，在各类书刊中均有介绍，例如家用电器控制装置.、门铃、报警器、信号发生耦、电路检测仪器、元器件测量仪、定时器、压频转换电路、电源应用电路、自动控制装置及其它应用电路都有着广泛的应用,这是因为NE555巧妙地将模拟电路和数字电路结合在起的缘故.图6NB555内部方框图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歪要的元件，虽然它看起来比拟小，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，其重要性就好似灯泡在照明系统中的重要性样，是整个红外通信系统的隹点。常用的红外发
12、光二极管（如SE303Um）。管压降约1.4,工作电流般小于20rn,为适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻.发射红外线去控制相应的受控装理时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制拒离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提顶峰值IP.就能增加红外光的发射距离。提高IP的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T,一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/41/3；一些电气产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。常见的红外发光二极管，其功率分为小功率
13、（ImIr1.OmW）、中功率（2OmW50mH）和大功率（5OmWToOmW以上）三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定翅率的脉冲电压。用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外按收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二极管。红外线发射与接收的方式有两种，其是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离：反射式指发光管和接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。本课题设计中采用的红外发射管为T1.
14、N1.07,红外线发射与接收的方式采取直射工作方式。四、调试与测试1、红外发射模块通信的调试与测试发射模块通信的调试与测试主要包括各种按键控制指令的通信测试和载波输出信号的测试。（I）按键指令测试:在实际调忒中，按键指令测试可以先通过观察在控制端逐一按键时红外发射二极管发光的亮灭情况来判断，每按下一键后，发射二极管闪烁着亮，说明按键信息有用，发射管有编码信号输出。当然，我们也可以利用串口来测试，在发射板上我们已经设计安装了一个串行口通信电路，通过其接口和电脑联机，可以将按键的键值在电脑屏幕上显示出来（需要运行串口调试软件）。这样，通过检测用户的按键输入，与实际中返回的指示状态可以用来判断发射模
15、块的通信是否成功。（2）载波输出信号的测试:载波信号的测试可以通过边改变载波电路中精密可调变阻器RP1.的阻值大小边用示波器观察电路输出端的频率来进行调试，务必要调到使输出端输出的频率为38KHZ的载波信号。通过上述对按键指令和载波频率的测试进行屡次,均告准确无误后，那么可以认为红外发射模块通信准确,可以结束发射模块的调试与测试过程.2、红外接收模块通信的调试与测试红外接收模块的测试需要用到发射模块的支持与配合，通过发射模块发射控制按键信息,观察接收模块数码显示电路的显示与报响电路的报响，来判断验证接收模块的接收解码成功与否.在细节电路的测试方面，需要注意的是要检查一下红外接收头的：.个管脚的
16、接法是否正确，哪个是接电源的，哪个是接地的，哪个是数据输出的，一定要分清。口前市场上各种的红外接收头种类繁多，型号混杂，不同种类和型号的接收头其三个管脚的接法是不相同的，定需要分清管脚后才能接上去。切记！否那么很容易就会烧坏接收头。对于型号的接收头，可以在买的时候从包装袋上读得管脚的接法，而对F未知型号的接收头，那么可以像测试三极管管脚一样用万用表测量三个脚之间的电压关系而判断出来。单片机红外接收模块调限确认无误后，可以确定接收模块的接收解码通信已经成功，可以完成单片机红外接收模块的通信谢试与测试了。当然，这个模块的调试与测试完成，也就意味单片机红外通信整个系统调试与测试的全部完成，系统可以交
17、付使用，形成产品，同时也可以在这个根底上进行下一步的开发与扩展了。五、系统软件设计1、系统软件设计整体流程图如下列图所示:红外接受局部程序流程图红外发射网部程序流程图六、测试方案与测试结果（一）测读方案（二）测试条件与仪器（三）测试结果I、硬件测试2,软件仿真测试3、硬件软件联谢（二）测试条件与仪器测试条件：检查援次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同,并口检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试仪器：高精度的数字亳伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。（三）窝试结果I、测试结果（数据）2V档信号测试结果好下表所示：（单位T）信号值I1.1.1.1.1.1.1.显示2、本实
18、验完成了音乐芯片的烙接.距离2米左右不失真，超过2米后信号有所减弱并传随微弱杂音，调节发送管和接收管的方向可以稍微改善（验收时表现失常）.主要测试数据为:f=IOOOhzUR2=1.4VICQ=IEQ=UR2%2=27mAICQ的测量方法：用电压表测量射极电阻两端的电压，然后求出IEQ的值。IEQ约等于ICQ.1.M386的增益测量：Ui=20mVAu=UoUi=2251.M386的增益测量方法：将接收管与1.M386连接的电路断开.用函数信号发生器产生的信号代替接收管接收到的信号，分别测出输入和输出信号的幅度，计兑出1.M386的增益.七、结语经过几天的设计，感触颇深的是解决问题的方法、技巧
19、“在这设计中，我们遇到许许多多问题，对待问网要多方法、多角度处理。通过这几天的设计竞赛，我们不但增强了实践能力和协作精神，而且悔得了联系实际的重要性，这对我们以后的学习和工作不无裨益。当然，我们的设计还存在着些缺陷，仃待于在将来设计中进步提高,在此恩请各位老师批评指正。八、参考文献（I金永福.王S?钦.计算机串口红外通信接口技术J）.电子技术.202.（7）:45-47.（2在井让张正线.无线光通信中的PPM调制电讯技术.2004.：81-84.13张培仁，孙占辉,等.MCS5I单片机原埋与应用M.北京:清华大学出版社,2002.I4石磊,刘忠艳.红外通信接口在单片机系统中的设计J.信息技术,
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27、ms();1.whi1.c(p3_2-=O)TRI=O;SCON=0X40PO=OxmPi=Oxffp2.6=1.;p2_7=1.whi1.e(I)if(p3.2=O)Id1.1.Oms():s+;s%=16:whi1.e(P3_2=O)da=x1.;disp1.ay(da,S)if(p3.5=O)d1.10ms():whi1.e(p3-5=O):break;)switch(三)(case0:fn();breakcase 1: fn1.();breakcase 2: ih2();breakcase 3: f,n3();breakcase4：fn4();breakdefau1.t:s=0;)2、原理结构图
