(三)红外线接收发送装置设计.doc

课程设计说明书 第I页 红外线接收发送装置设计 摘 要 红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段 由于红外遥控装置 具有体积小 功耗低 功率强 成本低等特点 被广泛的应用在日常生产生活 中 红外通信利用 950 nm 近红外波段的红外线作为传递信息的媒体 发送端采 用脉时调制方式 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 接收端将收到的光脉冲转换成电信号 再经过放 大 滤波处理后送给解调电路 还原为二进制数字信号后输出 实现单片机系 统红外通信的关键在于红外串行接口电路的设计以及接口驱动程序的设计 本次设计主要使用 89c51 单片机实现对 led 的控制 工作频率在 38M 赫兹 的频谱范围内 通过对红外信号的识别使 led 规律发光 实现对红外信号的识 别 关键词 红外线 单片机 遥控 脉冲 课程设计说明书 第II页 目 录 1 绪 论 1 2 设计过程 1 2 1 红外发射电路 1 2 2 通信信道 2 2 3 红外串行通信接口的设计 3 2 4 发射部分设计 3 2 5 红外接收器的设计 4 3 单片机控制的红外通信的总程序 5 3 1 红外线接收发送原理图 5 3 2 红外发射发送程序 5 3 3 红外遥控接收原理图 7 3 4 红外遥控接收程序 7 总 结 12 致 谢 13 参考文献 14 课程设计说明书课程设计说明书 第1页 1 绪 论 通用红外遥控系统一般分为发射和接收两部分 应用编解码器专用集成芯 片进行控制操作 发射部分包括键盘矩阵 编码调制 Led 红外发送器 接受 部分光 电转换放大器 解调 调制 解码电路 发射部件主要原件是发光二 极管 其波长为 940mm 接收部件的红外接收管是一种光敏电阻 在常用载波 频率 38k 赫兹波段工作 红外遥控特点是不影响周边环境 不干扰其他设备 因此在生活中得到广泛应用 2 设计过程 通常 红外遥控器是将遥控信号调制在 38k 赫兹的载波上 经缓冲放大器发 送至红外发光二极管 转化为红外信号发射出去 二进制脉冲编码形式很多 其中最常用的是 PWM 码和 PPM 码 此次我们将采用比较容易实现编码解码的 PWM 编码 图 1 红外遥控系统框图 2 1 红外发射电路 红外发射器是用专用于红外遥控应用而设计的一款专用芯片 LC7461 根据 PWM 编码格式该款属于脉冲宽度调制电路 采用脉宽调制的串行码 以不同的 周期和间隔分别表示 0 和 1 lc7461 产生的遥控编码是连续的 42 位二进制码组 其中前 26 位是用户识别码 能区分不同的红外遥控设备 防止不同机种遥控互 相干扰 后 16 位为 8 位操作码和反操作码 用于核对数据接收是否正确 课程设计说明书课程设计说明书 第2页 红外遥控芯片 LC7461 引脚数为 24 主要有两个晶振引脚 8 4 键盘引脚 代码设置输入引脚和红外发射 LED 输出驱动引脚组成 红外遥控编码遥控芯片的键盘是有 KIO KI3 和时间信号输出引脚 KO0 KO7 按键键盘组成 图 2 C7461 引脚图 2 2 通信信道 红外无线数字通信的信道泛指发射器与接收器之间的空间 由于自然光及人 工光源等背景光信号的介入 信号源以及发射 接收设备中电学或光学噪声的 影响 红外无线数字通信在某些场合的通信质量较差 需要采用信道编码技术 来提高抗干扰能力 在红外线通信系统中 由于红外发射器的发射功率较小 而且信号采用红外 线进行传输 易受外界环境的影响 这些因素导致了红外接收器的信号很弱 并且电平变化范围较大 因此 低噪声的前置放大器设计和自适应的码元判决 电路是必须的 低噪声的前置放大器一般选用输入阻抗较高的场效应管放大器 并要求带宽大 增益高 噪声低 干扰小 频率响应与信道脉冲响应匹配 自 适应的码元判决电路能自动跟踪输入信号电平的变化 得到最佳的阈值电平 并根据此阈值电平对信号进行判决 将其变换为数字电平之后进行解码 恢复 原始信号 同时 为了滤去低频噪声及人为干扰采用带通滤波器 为了与调制 特性匹配并消除码间干扰常采用均衡技术 为了获得较大的光接收器工作范围 课程设计说明书课程设计说明书 第3页 及瞬时视场采用球形光学透镜 这些措施都是将有利于红外无线通信质量的提 高 2 3 红外串行通信接口的设计 单片机控制的红外通信系统主要有红外发射器 红外接收器 以及单片机 89C51 三部分组成 单片机本身并不具备红外通信接口 可以利用单片机的串 行接口与片红外发射和接收电路 组成一个单片机控制系统的红外串行通信接 口 2 4 发射部分设计 红外发送电路包括脉冲振荡器 三极管和红外发射管等部分 其中脉冲振荡 器有 NE555 定时器 电阻和电容组成 用于产生 38 kHz 的脉冲序列作为载波信 号 红外发射管 HG 选用 Vishay 公司生产的 TSAL6238 用来向外发射 950 nm 的红外光束 其发送的过程为 串行数据有单片机的串行输出端 TXD 送出并驱 动三极管 数位 O 使三极管导通 通过有 NE555 构成的多谐振荡电路调制成 38 kHz 的载波信号 并利用红外发射管以光脉冲的形式向外发送 数位 l 使三极管截止 红外发射管不发射红外光 NE555 构成的多谐振荡电路的振荡 周期公式为 T O 693 R1 R2 C 其中 R1 为充电电阻 R2 为放电电阻 C 为充 电电容 图 3 红外遥控发射电路 课程设计说明书课程设计说明书 第4页 2 5 红外接收器的设计 红外接收电路选用专用红外接收模块 SM0038 该模块是一个三端元件 使 用单电源 5V 供电 具有功耗低 抗干扰能力强 输入灵敏度高 对其他波长 950 nm 以外 的红外光不敏感的特点 其内部结构框图如图所示 图 4 SM0038 内部电路图 SM0038 的工作过程为 首先 通过红外光敏元件将接收到的载波频率为 38 kHz 的脉冲红外光信号转换为电信号 再由前置放大器和自动增益控制电路进 行放大处理 然后 通过带通滤波器进行滤波 滤波后的信号由解调电路进行 解调 最后 由输出级电路进行反向放大输 其工作过程 单片机通过 TXD 发出串行数据 通过由 lc7461 构成的多谐震 荡电路产生 38 kHz 脉冲序列作为载波信号 通过红外发射管将信号以 950 nm 的红外光束发出 红外接收模块 SM0038 将接收到的光脉冲转换成电信号 再经 过发大 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 到单片机的 RXD 口 单片机对接收到的数据进行处理 将相应的数据显示在数 码管上 这样 一个单片机控制的红外通信系统就实现了通信 为了保证红外接收模块 SM0038 接收的准确性 要求发送端载波信号的频率 应尽可能接近 38 kHz 因此在设计脉冲震荡器时 要选用精密元件并保证电源 电压稳定 课程设计说明书课程设计说明书 第5页 图 5 红外遥控接收电路 3 单片机控制的红外通信的总程序 3 1 红外线接收发送流程图 图 6 红外遥控发射流程图 3 2 红外发射发送程序 include 课程设计说明书课程设计说明书 第6页 define uint unsigned int define uchar unsigned char Void delay uint x Uint i j For i x i 0 i For j 200 j 0 j Void main P0 0 ff P1 0 00 P2 0 ff P3 0 ff While 1 Do while p3 2 Delay 50 If p3 2 0 P1 0 ff Delay 5000 P1 0 00 Else 课程设计说明书课程设计说明书 第7页 3 3 红外遥控接收流程图 图 7 红外遥控接收流程图 3 4 红外遥控接收程序 include 读按键值 include define uchar unsigned char define uint unsigned int define uint unsigned int define nop nop Uchar temp numa numb flag Sbit b0 B 0 Void delay char x Char i j For i x i 0 i 课程设计说明书课程设计说明书 第8页 For j 205 j 0 j Dealy1 Uchar I For i 75 i 0 i Void main P0 0 ff P1 0 00 P2 0 ff P3 0 ff EA 1 IT0 1 EX0 1 while 1 Do While flag 0 Flag 0 P1 nima Void int interruput 0 进入中断 Uchar a b c Flag 1 课程设计说明书课程设计说明书 第9页 EA 0 For a 10 a 0 a Delay 2 If p3 2 0 goto out Do While p3 2 0 Nop Delay 10 For b 26 b 0 b Do While p3 2 Delay 2 CY P3 2 IF CY 1 Delay 2 Delay 1 Do While p3 2 1 Else B 0 For c 8 c 0 c Do While p3 2 0 Delay 2 课程设计说明书课程设计说明书 第10页 B 0 c Do While p3 2 Delay 2 B 1 Bo p3 2 If p3 2 0 Delay 2 Delay1 Do While p3 2 Else Numb B Temp muna numb 课程设计说明书课程设计说明书 第11页 If temp 0 ff Numa numb 0 ff Else out nop EA 1 课程设计说明书课程设计说明书 第12页 总 结 经过近两周的艰苦的努力 终于完成了我的这次课程设计 在做设计的过 程中 让我对自己的学习能力 独立思考能力及对知识的掌握运用能力有了进 一步了解 同时让也我看到自身存在的不足 由于个人能力有限 文中肯定有 错误的地方 还请老师指出其中的错误和不当之处 使我能做出改正 进一步 提高 在本次课程设计过程中 我增强了自己的动手能力和分析能力 通过跟 老师和同学的交流 当然也离不开自己的艰苦努力 终于按时完成了本次课程 设计 在此过程中 我学会了很多 让我明白踏实努力在学习中的重要性 成 功源于不懈努力 在今后的学习生活中 我会努力学习专业知识 不断的自我 提高 为将来的在电子领域进一步发展打下坚实基础 在这次课程设计中 我感受颇深 了解到很多不曾接触的知识 让我深刻 的明白理论和实际重要性 在今后的学习中 我一定会踏实实干 努力奋斗 把理论与实践紧密联系在一起 相信一定会取得不俗的成就 课程设计说明书课程设计说明书 第13页 致 谢 首先 非常感谢吕运朋老师在做课程设计过程中给予的细心指导 深入浅 出的讲解 为我顺利完成本次课程设计提供了很大帮助 让我对单片机领域有 了全新理解 与此同时在吕老师的指引下 我学习到了很多 和吕老师交流学 习过程中 我深深被吕老师渊博知识见解折服 同时让我学会了独立思考 积 极反思 让我明白思考在学习中的重要性 通过自己的思考去取得成功 不断 发掘自身能力 以吕老师为榜样 积极探索 不断提高自己个人思考能力 动 手能力 创造能力 同时也感谢在我遇到苦难无私帮助我的同学和老师 我能 够顺利完成本次单片机设计离不开他们的慷慨付出 也非常感谢我们的学校为 我们提供这一学习平台 让我们可以将所学知识应用与实践当中 让我们受益 颇深 最后 再次真诚的感谢敬爱的吕运朋老师 课程设计说明书课程设计说明书 第14页 参考文献 1 胡汉才 单片机原理与接口技术 M 北京 清华大学出版社 1995 6 2 楼然苗 5