RS_232C串口红外数据传输系统

1、DESIGN FIELD 27设计天地电子产品世界RS-232C 串口常用来实现计算机与计算机之间,计算机与其它设备及微控制器之间数据传输,特别在工业领域获得了大量的应用。但是在有些场合串口带来了很多的麻烦,而采用普通的无线通讯方式在恶劣的电磁场环境中受干扰很大,误码率很高。本文基于在电厂和变电站进行直流高压试验的需要而研制了一种红外数据传输系统,现场实验证明该系统满足通讯要求。问题的提出在高压设备的直流试验中需要获取流过设备的绝缘泄漏电流,在通常方案中该电流是通过地线回路来测量,但由于设备的绝缘泄漏电流只有毫安级,同时设备存在较大的对地电容,对地容性电流的存在使设备泄漏电流存在较大的误差,不

2、能体现设备的真实绝缘性能,还容易引起其它误动作,给实验带来不必要的麻烦。如果从设备的高压端测量电流,则可大幅度减少误差。在设备高压端测量电流采用有线方式传输存在绝缘困难等不易解决的困难,一个较好的方案是采用无线数据传输。在无线传输方式中,最常用的是射频传输。但是高压绝缘在放电情况下会产生强烈的电磁波干扰,同时现场环境是一个电磁很恶劣的环境,无线电波信号在这样的环境中将受到很大的干扰。940nm波长的红外线频率恰好可以避开现场电磁场的干扰,是在恶劣电磁环境中有效传输数据的一种高可靠的方式。系统实现数据采集单元目前51系列单片机能在一块芯片中实现最小系统,这样数据的采集仅仅需要一块A/D 芯片即可

3、完成,大大减小了PCB 板的面积,降低了受干扰的可能性。电流先经I/V转换为电压信号,再经过程控放大,然后由A/D 转换为数字信号,微控制器(MCU经过一定的处理后经RS-232串口送到红外发送单元(见图1。红外数据发送单元给红外管加上正的电压时,将有电流流过红外管而发出红外光。无电压时红外管截止,无电流流过,红外光消失。利用这一特点来传送数字信号:当数字信号为高电平时,红外管导通,空间有红外光传播;当数字信号为低电平时,红外管截止,空间无红外光传播。空间红外光的RS-232C 串口红外数据传输系统OneInfraredDataTransmissionSystemofRS-232CSerial

4、Port华中科技大学电气与电子工程学院金明亮游大海黄上游:本文给出在RS-232C 串口间实现红外无线数据传输的方案,载波由555制。采用一体化集成接收电路完成数据解调,同时分析解决了误码问题,给出了详细的电路图。:RS-232C 串口;红外传输;555定时器;误码本文2003年8月4日收到。金明亮:硕士研究生,研究方向为电力系统保护及安全自动装置。图1数据采样框图设计者笔记DESIGN FIELD28设计天地2003.12/上半月 电子产品世界图2红外发射单元电路图图3红外接收单元电路图图4原始信号调制波形光,流,50m A ,+5V,基极采用510限流电阻。采用38KHz 的方波信号进行载

5、波调制的目的在于使接收电路可以采用选频放大器来获得良好的抗环境干扰性。38KHz的载波信号由555定时器配合阻容电路产生。调制过程如下:555的4引脚为复位端,该引脚置低电平时555复位,无信号输出。将被调制数字信号接到555的4引脚,如果信号为高电平,则555有方波输出,红外管导通,信号被送出;如果信号为低电平,则555复位无方波输出,红外管截止,无信号送出。这样就将一位位的数字信号加载到了38KHz 的载波上,红外信号携带着原始数字信号在空间传送,在接收端再进行解调处理,即可得到原始的数字信号。比,在电路调试中应使555输出的载波频率与接收解调单元载波频率的保持一致。解调接收单元红外接收电

6、路一般有两种方式,一种是采用分立元件配合专用的集成芯片构件解调电路。常用的芯片有CX20106A,该芯片是专用红外解调电路,但是需要匹配外围电阻电容构成振荡电路提供芯片工作时钟,同时要接入红外接收管。这种电路在理论上完全没有问题,但是在实际设计中,由于电阻电容的标称值难以严格保证,从而造成频率的偏移,导致无法正确解调信号,出现误码。为了解决分离电路难以调试的问题,目前已经有很多厂DESIGN FIELD29设计天地电子产品世界家开发出了专用红外集成接收头。路集成了红外接收管、电阻电容,来极为方便,这里选用的是HRM3800。图3HRM3800,使用时只需在1负极,2作,同时内部电路可以削弱电源

7、的纹波,减少了对电源的要求。有调制红外发射源,行解调,信号。理后就可得到比较理想的数字信号。在具体应用前采用的是计算机串口调试,因此HRM3800输出的TTL RS-232C 电平才能送到计算机的串口。应用电路中,该部分的电平转换电路可以去掉。误码解决及调试本电路可通过计算机的两个串口来调试,调试成功后再应用到实际装置中。数字信号的高低电平加载到555复位端4上,当是高电平时,555有方波输出,当为低电平时,555被复位,输出为零。这样信号的高低电平就转换为555的有无方波输出。这一信号调制原理等同于与门调制原理,即高电平开门低电平关门。为进一步从理论上分析解决问题,采用PSPICE模拟软件进

8、行了仿真模拟分析。在图4中,a是载波信号,b是要传送的数字信号,由于a和b的上升沿不能严格同步,从而调制后输出c的宽度比b 小。这里只显示了四个数据位0101,可以看到第二个高电平调制后输出信号宽度比第一个高电平更小,原始信号高电平的宽度发生了变化,即数据位宽度发生改变,累积到一定程度后接收端数据检测将发生错位而导致误码。解决这个问题的办法是将待传输数据取反后再进行调制,模拟波形见图5。从图5可以看到,调制输出后的波形高低位于原始数据波形严格对应,即原始数据为0时有调制波输出,为1时无调制波输出。虽然数据高低位与波形有无相反,但是图5原始数据取反调制波形图6串口调试数据发送接收显示在解调端的输出端接一非门7404即可解决问题,恢复原始数据高低位。调试软件可自己编写,也可采用现成的串口调试软件。本系统利用笔者在Delphi5.0平台上开发的串口调试软件调试。如图6所示,发送和接收数据正确无误。发送与接收端的距离相隔12m,Com1发送,Com2接收,波特率为9600,奇校验,8位数据位,1位停止位。注意波特率不能太高,否则会出现乱码。结语本方案利用555定时器产生载波,信号由RS-232C串口输出后加到定时器的复位端进行调制,放大后由红外二极管发射调制后的红