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华中科技大学硬件课程设计总结报告课 题： 红外通信系统 作 者： 指导老师： 左 东 红课设评价： 课设成绩： 完成日期 2012年7月4日摘 要红外线通信是目前使用较广泛的一种通信手段。由于红外线通信具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线通信技术。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线通信技术不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。而单片机是目前设计应用中用得比较广泛的器件，它可以通过软件编程来达到不同的效果，实现各种各样不同的功能，具有灵活性强、可靠性高，可扩展性好等优点。本次课设是利用以Microchip公司生产的18F4620芯片为模版，价格低廉，电路结构简单，结合红外线器件设计构造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。与一般通用的红外遥控器不同，它并不是利用专用的编解码芯片来实现发收端的编解码,而是应用PIC18单片机,通过单片机的编、解码程序来实现红外信号的发收,从而实现红外通信功能。此通信系统经过一些必要的扩展,完全可以实现通用和各种专用红外遥控器的功能。关键词 ：单片机； 红外通信； 发射； 接收； 解码 ABSTRACTInfrared communication is currently use a wide range of a communication methods. Due to the infrared communication with small size, low power consumption, the function is strong, cost low characteristic, therefore, the TVS, VCRS, after the tape recorder, audio equipment, air conditioner and toys and other small electrical device also in succession with infrared communication technology. Industrial equipment, high pressure, radiation, in toxic gas, dust environment, with infrared communication technology not only fully reliable and can effectively isolated electrical interference.And the single chip microcomputer is the design with more extensive application of the device, it can through software programming to achieve different effect, realizing the function of different kinds, has the flexibility, high reliability, expansibility good, etc.This course is set up using single chip computer, combined with infrared devices designed structure out a simple infrared communication system, in order to realize the short distances in the infrared wireless communication function. And generic infrared remote control is different, it is not the use of special decoding chips to realize the hair the decoding, but the application PIC18 microcontroller, through the SCM encoder and decoder program to realize the infrared signal hair close, so as to realize the infrared communication function. This communication system after somenecessary expand, can achieve universal and various special infrared remote control function. Key words：singlechip； infrared communication； send； receive； decoding 目 录引言 11 红外通信的基本原理 21.1 红外通信技术简介 21.2 红外通信的协议标准 31.3 红外通信系统结构 31.4 红外通信原理 42概述 521 设定目标522 团队成员与任务分工 52.2.1 团队组成52.2.2 任务分工52.2.3 主要元器件清单63 红外通信电路硬件方案设计63.1 元器件介绍 73.1.1 PIC18单片机 73.1.2 红外发射二极管 113.1.3 红外接收器 124 硬件电路的具体实现134.1 红外发射模块电路实现 134.1.1 红外发射器部分电路的设计134.1.2 载波信号电路的设计 154.1.3 用户接口电路的设计 154.1.4 其余辅助功能电路的设计 174.2 红外接收模块电路实现 174.2.1 红外接收器 174.2.2 解码后数据显示 184.2.3 接收模块电路图 184.3 整个红外通信系统的综合电路图184.4 遇到的问题及其解决方法185 红外通信系统的软件设计195.1 红外遥控发射的软件程序实现205.2 红外遥控接收的软件程序实现205.3遇到的问题及其解决方法 246 电路的调试与测试 256.1 红外发射模块调试与测试 256.2 红外接收模块调试与测试 266.3 遇到的问题及解决方法 277 结论及心得体会 28谢辞 30参考文献 30附录 31附录一 红外通信系统的综合电路图 31附录二 电路板PCB 布线图32附录三 红外通信系统源程序32引言：红外遥控是通过红外设备将单片机与外部设备联系起来进行通讯，实现系统间的无线通讯。自从红外技术出现以来，美国、英国、前苏联等国竞相发展。特别是美国，大力研究红外技术在军事方面的应用。目前，美国将红外技术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。 1993年，由二十多个大厂商发起成立了红外数据协会（IrDA），统一了红外通讯的标准，这就是目前被广泛使用的IrDA红外数据通讯协议及规范。IrDA专司制订和推进能共同使用的低成本红外数据互连标准，支持点对点的工作模式。由于标准的统一和应用的广泛，更多的公司开始开发和生产IrDA模块，技术的进步也使得IrDA模块的集成越来越高，体积也越来越小。IrDA1.0可支持最高115.2kbps的通信速率，而IrDA1.1可以支持的通信速率达到4Mbps。随着社会生产力的发展和技术的进步，单片机的应用越来越广泛。在遥控应用领域，单片机尤其得到了很好的应用。很多单片机应用系统中，常常利用非电信号（如光信号、电磁信号、超声波信号等）传送控制信息和数据信息，以实现遥控或遥测的功能。在各种非电信号中， 红外线光信号是最经常用的。目前对红外线技术的应用有各种各样的研究，红外技术已经成为了先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都得到广泛的应用，尤其在电视、VCD和音响等各种遥控设备的应用上，更是差不多已经到了成熟的地步。红外线为不可见光，具有很强的隐蔽性和保密性，因此其在防盗、警戒等安全保卫装置也得到了广泛的应用。红外线遥控的距离一般为几米至几十米或更远一点。红外遥控不具有像无线电遥控那样穿过遮挡物（非屏蔽）去控制被控对象的能力。正是由于这一特点，工厂设计生产电视机、录像机、电风扇等家用电器的红外遥控器时，不必像制作锁那样，每套（锁和钥匙）必须有一种新的结构（否则，钥匙就变为通用，锁的作用就会失去）；也不必像无线电遥控那样每套（发射器与接收器）要有不同的遥控频率或编码（否则就会隔墙去控制或干扰邻居的家用电器），所有产品的遥控器可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于工厂的大批量生产以及在家电器上普及红外遥控提供了极大的方便。正因为红外线通信具有成本低廉、控制简单、实施方便、简单易用、结构紧凑和抗干扰能力强、传输可靠性高的特点，因此在小型的通信移动设备中获得了广泛的应用。这些设备包括笔记本电脑、掌上电脑、机顶盒、游戏机、移动电话、计算器、寻呼机、仪器仪表、MP3播放机、数码相机以及打印机之类的计算机外围设备等等。试想一下，如果没有红外通信，连接这其中的两个设备就必须要有一条特制的连线，如果要使它们能够任意地两两互联传输数据，该需要多少条连线呢？而有了红外线通信口，这些问题就都迎刃而解了。 本课题要设计完成的就是一个简单的基于单片机的红外通信系统，与一般通用的红外遥控器不同的是它不是利用专用的编解码芯片来实现发收端的编解码，而是应用 PIC18单片机，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.此通信系统经过一些必要的扩展，完全可以实现通用和各种专用红外遥控器的功能。实现单片机系统红外通信的关键在于红外接口电路的设计以及接口驱动程序的设计。红外通信的基本原理1.1 红外通信技术简介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0.75至25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。红外通信技术的特点如下：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。红外通信技术的缺点如下： 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。1.2 红外通信的协议标准为了建立一个统一的红外数据通信标准，1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司成立了红外数据协会Infrared Data Association，一年以后，第一个IrDA的红外数据通信标准发布，即Ir-DA1.0。Ir-DA1.0简称SIR Serial Infrared，它是基于HPSIR的异步、半双工红外通信方式。SIR以系统的异步通信收发器UART为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收光信号电脉冲的波形扩展这一编码解码过程3/16EnDec实现红外数据传输。由于受到UART通信速率的限制，SIR的最高通讯信速率只有115.2Kbps，即电脑串行端口的最高速率。1996年，IrDA发布了Ir-DA1.1标准，即Fast In-fraRed，简称FIR。与SIR相比，由于FIR不再依托UART，其最高通信速率有了质的飞跃，可达4Mbps。FIR采用了全新的4PPM调制解调Pulse Position Modulation，即通过分析脉冲的相位来辨别所传输的数据信息，其通信原理与SIR是截然不同的，但由于FIR在115.2Kbps以下速率时依旧采用SIR的编码解码过程，所以它仍可以与支持SIR的低速设备进行通信，只有在通信对方也支持FIR时，才将通信速率提升到更高水平。IrDA1.2标准为低功耗的IrDA1.0标准，现已普遍应用于手持设备。岁着移动计算设备和移动通信设备的日益普及，红外数据通信已经进入一个发展的黄金时期。自1993年IrDA成立至今，红外数据协会的会员已经发展到150多个，当今在IT业和通信业叱咤风云的大公司几乎都在其中，由此可见IrDA标准已经获得了业界的广泛认同和支持。目前已经开发生产出来的具备红外通信能力的设备已有一百种之多，红外模块的年装机量已达一亿五千万套，并以每年40的速度高速增长。尽管现在有了同样用于近距离无线通讯的蓝牙技术，但红外通信技术以其成本低廉和广泛的兼容性等优点，势必会在将来很长的一段时间内在近距离无线数据通信领域扮演重要角色。1.3 红外通信系统结构红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲信号，再通过红外发射管发射红外信号。 串行红外传输采用特定的脉冲编码标准，这种标准与RS232串行传输标准不同。若两设备之间进行串行红外通讯，就需要进行RS232编码和IrDA编码之间的转换。红外通信接口由红外收发器和红外编码解码器构成。 红外收发器包括发送器和接收器两部分。发送器（transmitter）将从I/O或ENDEC接收来的位调制后的脉冲转换为红外脉冲发出。接收器（receiver）检测到红外光脉冲，并将其转换为TTL或CMOS电脉冲。红外通信系统结构如下图2.1所示。 图2.1 红外通信系统结构图1.4 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。 红外遥控系统一般原理框图见下图2.2。 图2.2 红外遥控系统一般原理框图 从图中可以看出，红外遥控系统是由发射器与接收器两部分构成.发射器由指令键、指令信号产生电路、调制电路、驱动电路及红外发射器件组成。当指令键被按下时，指令信号产生电路便产生所需要的控制指令信号。这里的控制指令信号是以某些不同的特征来区分的。常见的区分指令信号的特征是频率特征和码组特征，即用不同的频率或不同编码的电信号代表不同的指令。这些不同的指令信号由调制电路进行调制后，最后由驱动电路驱动红外发射器件，发出红外遥控指令信号。接收器是由红外接收器件、前置放大电路、解调电路、指令信号检出电路、记忆及驱动电路、执行电路组成。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，由指令信号检出电路将指令信号检出，最后由记忆及驱动电路驱动执行电路，实现各种操作。概 述本次课程设计以模拟电路、数字逻辑电路、通信电子电路等相关课程为基础，以PIC18单片机的应用为核心。应用红外发光二级管，发射红外线，并采用红外接收探头接收。通过从选题、方案论证、电路设计、电路实现、装配调试、系统测试、等过程中，锻炼自己的原理分析、实际工程设计能力，以及创新能力。2.1. 设计目标了解利用PIC18单片机实现红外通信的基本原理,设计并实现一个中短程红外通信系统。项目要求设计并实现红外通信系统，该系统能够将键盘按键的信息通过编码利用红外线发送出去，同时也能接收红外线信息并解码显示。基本要求： 发送端：1) 完成某种制式的红外信号编码2) 能够发送固定的红外编码信息3) 能够接收按键，并将按键信息编码发送出去接收端：1) 完成某种制式的红外信号解码2) 能够接收固定的红外编码信息3) 能将接收到的信息编码显示出来2.2.团队组成与任务分工2.2.1团队组成组长： 组员： 2.2.2任务分工2.3 主要原器件清单 器件 数量 单价 金额 HS0038b 2 4.O8.0 74LS08 2 1.12.2 24C02C 2 1.22.4 红外发光二极管 4 0.41.6 发光二极管 8 0,10.8电阻、电容、导线、锡焊等 若干 3元以内总额约为：18元。红外通信电路硬件的方案设计一般通用的红外遥控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3.1所示。发射部分包括键盘矩阵、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。 图3.1 红外遥控系统框图3.1 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。3.1.1 PIC18单片机目前MICROCHIP公司推出了最新的16增强版,如PIC18F4620,其程序空间从原来的16k字提高到65536字,RAM从原来的1024字节提高到3968,SPI,IIC和UART也进行了升级.成为增强型模块！时钟的最高频率也从原来的20MHz增加到40MHz,支持相应的pic汇编的扩展指令集。其主要参数和具体特点如下： 图3.2 PIC18f4620单片机引脚图PIC18f4620单片机的主要特性： (1) 功耗管理模式： 运行：CPU工作，外设打开 空闲：CPU不工作，外设打开 休眠：CPU不工作，外设关闭 空闲模式时电流可降至2.5 A （典型值） 休眠模式时电流可降至100 nA（典型值）Timer1 振荡器：1.8 A，32 kHz，2V 看门狗定时器：1.4 A，2V（典型值） 双速振荡器启动(2)灵活的振荡器结构：4种晶振模式，频率最高为40 MHz4倍频锁相环（Phase Lock Loop ，PLL ）（可用于晶振和内部振荡器） 两种外部RC模式，频率最高为4 MHz 两种外部时钟模式，频率最高为40 MHz 内部振荡器模块：-8个可由用户选择的频率，从31 kHz到8MHz- 当与PLL 结合使用时可提供较宽的时钟频率范围，从31 kHz到32 MHz- 用户可对该电路进行调节以补偿频率漂移 辅助振荡器使用Timer1（工作频率为32 kHz） 故障保护时钟监控器- 当外设时钟停止时可使器件安全断电(3)外设特点： 高灌/ 拉电流25 mA/25 mA3个可编程外部中断4个输入电平变化中断 最多两个捕捉/ 比较/PWM （CCP）模块，一个具有自动关闭的功能（28引脚器件） 增强型捕捉/ 比较/PWM （ECCP ）模块（仅限 40/44引脚器件）：-1、2 或4 PWM输出- 可选择极性- 可编程死区延时- 自动关闭和自动重启 主同步串行口（Master Synchronous Serial Port ，MSSP ）模块，支持 3 线SPI （所有4 种模式）和I2C 主/ 从模式 增强型可寻址USART模块：- 支持RS-485、RS-232和LIN 1.2- 使用内部振荡器模块的RS-232工作模式（无需外部晶振）- 启动位自动唤醒- 自动波特率检测 最多13路通道的10位模数转换器模块（A/D ）： - 自动采样功能- 可在休眠期间进行转换 输入复用的双模拟比较器 可编程16级高/ 低压检测（High/Low-Voltage Detection，HLVD）模块：- 支持高 / 低压检测中断(4)特殊单片机功能： 优化的C 编译器架构： - 为优化重入代码而设计的可选的扩展指令集 可进行100,000 次擦写操作的增强型闪存程序存储器（典型值） 可进行1,000,000次擦写操作的数据EEPROM存储器（典型值） 闪存/ 数据EEPROM保存时间：100 年（典型值） 可在软件控制下自行编程 中断优先级 8 x 8 单周期硬件乘法器 扩展型看门狗定时器（WDT）：- 可编程周期从4ms到131s 通过两个引脚进行单电源5V在线串行编程（In-Circuit Serial Programming ICSP ） 通过两个引脚进行在线调试（In-Circuit Debug，ICD ） 宽工作电压范围：2.0V到5.5V 带软件使能选项的可编程欠压复位（Brown-out Reset，BOR）（5）PIC16F877a单片机核心架构PIC18f4620单片机是RISC架构单片机，它所采用的Harvard结构和过去一般单片机所采用的Von Neumann结构最大的差异在于总线的改变，如图2所示。Von Neumann结构是传统的单片机结构，程序存储器和数据存储器是在同一个存储体区块，存储器与CPU之间只使用单一总线，不论是对程序存储器或数据存储器作存取都是使用此总线，因此要完成一个指令通常必须依序使用总线，从指令的提取、解码、资料读取、执行到资料的写入，最后的结果是一个指令大都需要等待好几个周期才能完成。Harvard结构改善了这样的缺点，主要是程序存储器和数据存储器使用不同的存储体区块，而且也有各自独立的总线，这样的做法就大大改善了指令执行的频宽，两条总线可以同时工作，最大的优点是当一个指令在执行时，已经可以去抓下一个指令，因此对于运作的效率会有显著的提升。 图2 Harvard架构与Von Neumann架构比较（6）存储器基本知识 PIC18f4620单片机共有3个存储器块，它们是程序存储器，数据存储器，EEPROM数据存储器。程序存储器和数据存储器有它自己的总线，各自工作而不受对方影响。 PIC18f4620有一个13位程序计数器它的寻址能力达65536字节程序存储器空间，复位向量在0000h中，而中断向量在0008h中。 数据存储器被分为4个体，它包括通用寄存器(GPR)和特殊功能寄存器(FSR)，位 RP0，RP1是块抉择位。RP1 RP0 STATUS6:5=0 0 体0=01 体1=10 体2=11 体3 每个块的范围达到7Fh（128bit），每个块的较低位存储单元保存SFRS，在SFRS上面是GPRS作为静态RAM操作的。所有执行的块包括SFR。一些经常使用的SFRS可以从一个体镜像到另一个体来减少代码和实现快速访问。 在实际应用编程中会经常使用到两个比较特殊的寄存器：INDF和FSR。它们是实现间接寻址所必需的两个寄存器。位于RAM数据存储器的的最顶端、地址码最小的INDF寄存器，它虽有地址编码，但其实不是一个物理上的寄存器。间接寻址通过使用INDF寄存器而成为可能。任何使用INDF寄存器的指令其实是通过文件选择寄存器FSR来访问所指向的寄存器。在PIC16F877a中所采用的这种独特而巧妙的构想，可以使指令集得到很大程度的精简。 电源控制寄存器PCON电源控制寄存器的内容包括2个有效位，用其中一个来记录和区分是否发生了上电复位、外部引脚输入低电平引起的人工复位、还是看门狗超时溢出复位。在本系统的设计中就会用到该寄存器中的位进行判断进入哪个程序模块。 电源上电复位标志位 =1 没有发生上电复位 =0 发生了上电复位。当发生上电复位之后，应该用软件及时将其置1，以便下次利用该比特来判断是否发生了电源上电复位。3.1.3 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。常用的红外发光二极管（如SE303PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93m ）。管压降约1.4V ，工作电流一般小于20mA。为了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置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，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，只需尽量提高峰值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（1mW10mW）、中功率(20mW50mW)和大功率(50mW100mW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频率的脉冲电压。 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，其一是直射式，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TLN107， 红外线发射与接收的方式采取直射工作方式。3.1.4 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。其实际封装及其引脚图见下图3.7。 图3.3 一体化红外接收头HS0038硬件电路的具体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。红外通信系统是利用红外线发光 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也包括键盘矩阵电路、编码调制电路、LED 红外发射电路；接收部分包括光、电转换放大器、解调解码电路和解码显示电路。发射端的按键信号经过单片机的编码所产生的调制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（LED灯显示，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及具体实现如下：4.1 红外发射模块电路的实现如图4.1为整个红外线发射器的工作方块图，当按下某一按键后，遥控器上的遥控芯片(如PIC18)便进行编码产生一组句柄，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，所要发射的句柄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。4.1.1红外发射器部分电路的设计考虑到通信距离和实际应用，本设计中发射器可采用两种电路，一种是基于I/O口的红外通信发射电路，一种是基于UART的红外通信的红外发射电路。 （1）基于I/O口的不可兼容设计 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 4.2 所示，其中，pwm信号线为高频 PWM 输出，RC5、SD0为红外信号发送口。 图4.2 基于I/O口的红外发射电路（2）基于通用UART的红外发射电路 选择基于通用UART红外通信，是因为可以利用通用UART成熟的硬件机制，实现红外数据通信。这种设计模式实际上是红外通信原理与串口通信机制的有机结合。实践证明，这种红外通信模式是可行可靠的。基于通用UART的可靠性设计的电路如图4.3所示，图中T-Pulse为高频PWM输出，TXD为串口发送口。 图4.3 基于UART的红外发射电路为方便及灵活起见，在实际中我们采用了第一种基于I/O口的不可兼容设计方案来作为红外发射器电路的设计方案。实际电路设计中我们对上述电路进行了一些改动，不使用与门来调制载波信号，而是通过两个三极管Q2和Q4的电路设计，来实现将信号调制到载波上，如果RC5输入高电平，则Q1 Q2都导通，红外发光管发光；如果RC5输入低电平，Q1截止，导致Q2也截止。这样二极管就不发光。通过R2给Q1提供偏置电压并且在RC5输入低电平的时候保证Q1可靠截止，R8是在pwm输入低电平和Q1截止的时候保证Q2可靠截止。改进后的具体电路见下图4.4。 图4.4 改进后的红外发射电路图4.1.2 载波信号电路的设计在所有的高频通信电路中，载波信号的存在是必不可少的。为使红外信号能够正确的传送出去和传送更长的距离，我们也需要在编码信号输出的同端加上一个高频载波信号。通过这个高频载波信号的调制，把编码信号的有用信息“携带”出去，这样信号的传送距离就能更长，而且能够有效的避免其他信号的干扰，从而提高了信息传送的准确性。本课题的载波直接由pic18f4620的ccp1模块产生。通过配置寄存器的初始化和选择合适的PR2和TMR2的预分频，产生频率为38KHz的载波。实际载波频率为38.46k，这是通过配置后最接近38k的频率。通过其他的配置为产生的频率经过计算有37.13K，和40.26K。4.1.3 用户接口电路的设计 用户接口包括用户的输入和系统的可观察输出。在本系统中，主要指用户键盘输入与系统相关指示显示(即串口通信)。这是遥控控制及人机交互的平台，在通信系统里特别的重要。 (1)按键输入电路 按键电路设计如图4.5所示。 图4.5 按键输入电路若要使用户在需要的时候能够给予及时的反馈信息，出于同样的考虑，我们在每个按键按下后获取相应的ke_num的值，并送LED灯显示，以便用户能够正确的识别按键信息。电路设计如图4.6所示。 图4.6 指示显示电路4.1.4 其余辅助功能电路的设计 在本系统中，其余辅助功能电路主要指系统时钟电路与系统复位控制电路。这些是系统的必要组成部分，是系统正常工作的前提条件。 考虑到系统的工作特征，我们采用了8MHz 的晶振进行时钟电路的设计，如图4.7所示。复位电路如图4.8所示。 图4.7 系统时钟电路 图4.8 复位电路 4.2 红外接收模块电路的实现图 4.9 为红外接收的工作方块图，其主要控制组件为红外线接收模块，其内部含有高频的载波电路，专门用来滤除红外线合成信号的载波信号(38KHz)而送出发射器的控制信号。当红外线合成信号进入红外线接收模块，在其输出端便可以得到原先的数字控制编码，只要经过单片机译码程序进行译码，便可以得知按下了哪一按键，而作出相对应的控制处理，完成红外遥控的动作。 图4.9 红外接收工作方块图4.2.1 红外接收器红外接收模块，我们采用了德国德律风根公司生产的一种集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收探头HS0038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。其内部结构框图如下图4.10。 图4.10 HS0038 内部结构框图4.2.2 解码后的数据显示无线通信的最终目的就是为了实现无线接收后的控制功能。本课题的无线接收后通过软件解码，并将解码的值显示在LED上，这样就实现了接收编码并解码的目的。4.2.3 解码模块电路图 4.3 整个红外通信系统的综合电路图将上面发射模块和接收模块的综合电路图组合在一起，便构成了整个红外通信系统的综合设计电路图。系统的综合设计电路图见附录一。4.4 遇到的问题及其解决方法 1） 红外发射时候是将输出的信号直接和载波送入与门还是自己设计电路进行信号对载波的调制！最开始想的是直接将信号和载波相与然后驱动红外发光二极管发送数据，不过后来觉得这种方案不太好的原因是因为与门电路里面就是一个集成电路，里面也有很多芯片，经过相与以后可能会对调制后的1和0电平的影响比较大！所以我们就选择了自己设计调制电路，经过查阅相关资料，测试了好几个电路以后最终我们确定了一个使用最少的三极管的最终方案如图4.4，经过仿真，结果也是达到了要求。 2) 没有HS0038这种接收一体化的器件，无法进行接收的仿真！ 虽然找到了一个类似的器件，左边是发光二级管，右边是光敏三极管，来进行仿真，但结果完全不理想，后来经过和同学的讨论决定直接将发送信号线直接接到接收信号线上，来进行软件仿真！这样的仿真的结果就和理论上计算的结果相差不大了！3) 模块焊接问题 因为pcb版上布线已经步好，也和相应的模块对应好了， 所以如果我们按照我们所有器件焊版，必然某些引脚会被占用，因此我们选择性的焊接了一些模块。 红外通信系统的软件设计软件的设计，要求准确无误的实现红外遥控器的控制功能，并要求系统具有高的可靠性、快的反应速度、以及低的系统功耗。 本系统的控制功能主要包括发射端的键盘按键输入并显示，按键信息的编码输出，接收端的译码显示以及自学习功能等功能。 下面是对红外发射与红外接收软件程序设计的具体阐述。5.1 红外遥控发射的软件程序实现 该红外遥控反射器的编码原理设定为（以接收端为准）：以 9ms 的 L （低电平）加 4.5ms的 H（高电平） 为码头（起始信号）紧接着按从低到高的顺序发出 8 位的系统码（0x11），和8为系统码的反码！接着是8位的数据码和8位的数据反码。其中以565us的L加560us的H表示0，以565us的L加1685us的H表示1；注意发射与接收的电平恰好相反！即要使接收端收到L则发送H，反之亦然。 这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为 0.565ms、间隔 1.685ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1”。见图5.1。 图5.1 遥控码的”0和“1”（注：所有波形为接收端的与发射相反）上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图5所示。 图5.2 遥控信号编码波形图本课题设计的遥控器产生的遥控编码是连续的 16 位二进制码组，其中前 8 位为用户识别码，能区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码互相干扰，本处采用的 8位识别码设定为 0x11。8位系统码的反码和数据码的反码用于核对数据是否接收准确。当遥控器上任意一个按键按下超过 18ms 时，单片机的振荡器使芯片激活，将发射一个特定的同步码头，对于接收端而言就是一个9ms的低电平，和一个4.5ms的高电平，这个同步码头可以使程序知道从这个同步码头以后可以开始接收数据。红外遥控发射程序流程图如下图5.3所示。 图5.3 红外遥控发射程序流程图红外通信发射程序具体源代码见附录三。5.2 红外遥控接收的软件程序实现接收程序要求在接受正确的红外信号并将其解码后，将发射按键信息用led灯显示出来，以提示解码的成功.按键信息和led灯显示的对应关系是这样的是这样的:Key_numC1C2C3C4R10x010x050x090x0dR20x020x060x0a0x0eR30x030x070x0b0x0fR40x040x080x0c0x10解