畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于紅外線的通信研究

九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文1JIUJIANGUNIVERSITY畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文（設(shè)計(jì)）題目基于紅外線的通信研究CORRESPONDENCESTUDYBASEONINFRARED院系電子工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)電子信息工程姓名年級(jí)A2662班指導(dǎo)教師二零零六年五月九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文2摘要紅外線是近距離、高速無(wú)線通信的一種手段，一直以來(lái)，紅外遙控、遙測(cè)技術(shù)在玩具生產(chǎn)、家電制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。作為近距離、室內(nèi)通信的手段，紅外線具有無(wú)線電無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。在一些工業(yè)測(cè)控場(chǎng)合中，有些設(shè)備與主控機(jī)之間不便進(jìn)行有線連接，而采用無(wú)線電又會(huì)增加干擾和申請(qǐng)應(yīng)用上的限制。本文介紹的系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為微處理器，利用紅外通信信道構(gòu)成紅外無(wú)線遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)，可以滿足無(wú)線控制的需求。本文主要論述了紅外線通信的原理和實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)紅外線無(wú)線通信方式進(jìn)行了全面和深入的研究與討論，并詳細(xì)闡述了紅外線無(wú)線通信的過(guò)程。然后設(shè)計(jì)了一個(gè)紅外線遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)，并詳細(xì)分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，得出了這一系統(tǒng)的最佳實(shí)施方案，成功的完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其實(shí)現(xiàn)的功能是可以在遠(yuǎn)距離對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，并可通過(guò)數(shù)碼管的顯示值來(lái)判斷設(shè)備的工作情況?！娟P(guān)鍵詞】紅外線、無(wú)線通信、控制系統(tǒng)、單片機(jī)九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文3ABSTRACTTHEINFRAREDISONEMETHODWHICHISASHORTDISTANCE,THEHIGHSPEEDWIRELESSCORRESPONDENCESINCEALWAYS,THEINFRAREDREMOTECONTROL,THEREMOTEMEASURETECHNOLOGYINREALMOFTOYPRODUCTIONANDELECTRICALAPPLIANCESMANUFACTUREOBTAINEDTHEWIDESPREADAPPLICATIONASINTHESHORTDISTANCEANDTHEROOMCORRESPONDS,THEINFRAREDHASTHESUPERIORITYWHICHRADIOISUNABLETOCOMPAREWITHINSOMEINDUSTRYOBSERVATIONANDCONTROLSITUATIONS,ITISINCONVENIENTTOCARRYONTHEWIREDCONNECTIONBETWEENSOMEEQUIPMENTANDHOSTCONTROLLINGMACHINE,BUTUSINGWIRELESSRADIOCANINCREASETHELIMITWHICHCONTAINSDISTURBSANDAPPLIESFORINTHEAPPLICATIONTHISARTICLEINTRODUCEDTHESYSTEMUSESTHEAT89C52SINGLECHIPINTEGRATEDCIRCUITTOTAKETHEMICROPROCESSORUSINGINFRAREDCOMMUNICATIONCHANNELCONSTITUTIONSALONGDISTANCEINFRAREDWIRELESSDEVICECONTROLSYSTEMANDMAYSATISFYTHEDEMANDOFTHEWIRELESSCONTROLLINGTHISARTICLEMAINLYELABORATEDTHEINFRAREDCORRESPONDENCEPRINCIPLEANDTHEREALIZATIONMETHODITHASCONDUCTEDCOMPREHENSIVEANDTHETHOROUGHRESEARCHANDTHEDISCUSSIONTOTHEINFRAREDWIRELESSMAILINGADDRESS,ANDELABORATEDTHEINFRAREDWIRELESSCORRESPONDENCEPROCESSINDETAILTHENTHEARTICLEHASDESIGNEDANINFRAREDLONGDISTANCEDEVICECONTROLSYSTEMANDANALYSEDTHESYSTEMDESIGNINEACHLINKANDITHASOBTAINEDTHEBESTIMPLEMENTATIONPLANINTHESYSTEMANDHASCOMPLETEDTHESYSTEMDESIGNTHESUCCESSFULLYITSREALIZATIONFUNCTIONISMAYCARRYONTHECONTROLINTHELONGDISTANCERANGETOTHEEQUIPMENT,ANDMAYJUDGETHEWORKINGCONDITIONOFTHEEQUIPMENTTHROUGHTHEDIGITALTUBEDEMONSTRATIONVALUEKEYWORDSINFRARED、WIRELESSCORRESPONDENCE、CONTROLSYSTEM、SINGLECHIP九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文4目錄摘要ABSTRACT第一章緒論111引言112主要工作1第二章基于紅外通信的遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)的方案論證221紅外通信系統(tǒng)組成222紅外發(fā)射器223通信信道224紅外接收器3第三章基于紅外通信的遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)431系統(tǒng)工作原理432紅外發(fā)射器的設(shè)計(jì)533紅外接收器的設(shè)計(jì)7第四章基于紅外通信的遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)1041通訊協(xié)議1042程序設(shè)計(jì)11第五章紅外無(wú)線通信抗干擾措施1651二次調(diào)制技術(shù)1652改善接收條件1653軟件抗干擾措施16第六章總結(jié)17致謝18參考文獻(xiàn)18附錄一發(fā)射源程序19附錄二接收源程序25九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文5第一章緒論11引言隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)控制的多元化、復(fù)雜化，通信線路的連接成為工業(yè)控制中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，以往的有線連接方式已很難滿足生產(chǎn)的需要。本文提出采用紅外無(wú)線連接方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作與控制。在短距離無(wú)線通訊領(lǐng)域中應(yīng)用的傳輸媒介主要為電磁波，比較適用于高速，短程無(wú)線通訊的頻段是紅外頻段和無(wú)線電頻段。無(wú)線電和紅外是相互補(bǔ)充的兩種傳輸媒質(zhì)，不同的應(yīng)用場(chǎng)合使用不同的媒質(zhì)。無(wú)線電頻率低，波長(zhǎng)長(zhǎng)，所發(fā)射的能量分散，沒(méi)有方向性，覆蓋面大，能穿越障礙物，比較適合于用戶流動(dòng)性很大、或者要求傳輸信號(hào)能通過(guò)墻壁、或進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸而發(fā)射功耗最小的各種場(chǎng)合。紅外線則頻率高，波長(zhǎng)短，所發(fā)射的能量集中，有一定的方向性且不能穿越障礙物，比較適合用在室內(nèi)，短距離，小活動(dòng)范圍的場(chǎng)所。作為一種近距離、室內(nèi)通訊的手段，紅外輻射具有勝過(guò)無(wú)線電波的幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)能高速轉(zhuǎn)換和傳送的紅外發(fā)射器和接收器成本很低，易于實(shí)現(xiàn)；抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠性高；紅外光譜區(qū)很寬，實(shí)際上對(duì)紅外帶寬沒(méi)有限制。另外，紅外通信在較短的通信距離內(nèi)具有速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，而且紅外線的使用不受?chē)?guó)家無(wú)線電協(xié)會(huì)有關(guān)規(guī)定的限制，因此，紅外無(wú)線通信在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用是非常有意義的。12主要工作1系統(tǒng)規(guī)劃這部分工作主要是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體考慮，包括單片機(jī)等芯片和元器件的選型、軟件編程語(yǔ)言的選擇和紅外通信線路的設(shè)計(jì)等。2電路設(shè)計(jì)包括紅外通信發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì)、顯示電路的設(shè)計(jì)以及鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)。3軟件設(shè)計(jì)包括鍵盤(pán)掃描程序，數(shù)碼顯示程序以及調(diào)制編碼程序、解調(diào)解碼程序的設(shè)計(jì)。4系統(tǒng)調(diào)試包括單片機(jī)調(diào)試環(huán)境的構(gòu)成、各部分電路的分解調(diào)試、組合調(diào)試，各九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文6部分軟件的分解調(diào)試、組合調(diào)試以及最后的整體聯(lián)機(jī)調(diào)試。第二章基于紅外通信的遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)的方案論證21紅外通信系統(tǒng)組成紅外通信系統(tǒng)采用紅外光傳輸及無(wú)線工作機(jī)制，其組成結(jié)構(gòu)主要包括1發(fā)射器部分在信號(hào)發(fā)射之前一般需要進(jìn)行基帶調(diào)制和傳輸調(diào)制，有時(shí)還要進(jìn)行信號(hào)源壓縮編碼，采用所得的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)電光變換電路來(lái)完成紅外脈沖發(fā)射。2通信信道紅外無(wú)線數(shù)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(hào)的介入，信號(hào)源以及發(fā)射/接收端設(shè)備中電學(xué)或光學(xué)噪聲的影響，紅外無(wú)線數(shù)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。3接收器部分信道中的光信號(hào)由光接收器部分實(shí)現(xiàn)光電變換，為了消除噪聲以及碼間干擾，需要加入濾波和均衡等環(huán)節(jié)，并需對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。22紅外發(fā)射器紅外發(fā)射器的功能是完成信號(hào)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)鍵部件是紅外發(fā)光二極管LED和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。紅外LED器件首先要滿足其調(diào)制帶寬大于信號(hào)的頻譜寬度，保證通信線路暢通。此外LED的發(fā)射波長(zhǎng)應(yīng)與接收器端的光電探測(cè)器一般選用硅光二極管的峰值響應(yīng)率相匹配，最大程度地抑制背景雜散光干擾，現(xiàn)階段一般選用780950NM的紅外波段進(jìn)行數(shù)字信號(hào)傳輸。由于紅外無(wú)線通信系統(tǒng)的信噪比與發(fā)射器發(fā)射功率的平方成正比，所以適當(dāng)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。另外，為保證紅外發(fā)射電路工作點(diǎn)的穩(wěn)定，應(yīng)增加適當(dāng)?shù)臏乜睾凸饪卮胧?3通信信道在紅外無(wú)線通信系統(tǒng)中，不管是直視方式信道還是漫射方式信道，信道中紅外線的發(fā)射及反射特性常用朗伯輻射源來(lái)近似。由于光信號(hào)的反射、散射及背景光噪九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文7聲的影響，紅外無(wú)線數(shù)字信道中存在多徑干擾，這是提高信道質(zhì)量以及進(jìn)行高速率應(yīng)用時(shí)應(yīng)解決的主要問(wèn)題。紅外無(wú)線通信信道中的光噪聲主要包含自然噪聲太陽(yáng)光及人為干擾熒光燈燈光等，可以在信息傳輸通道中加入光學(xué)濾光片、聚光鏡等加以解決。它們的作用包括整形、濾波、視場(chǎng)變換、頻段劃分等。例如可用透鏡對(duì)發(fā)射光進(jìn)行聚焦，利用光學(xué)濾光片濾除雜散光利用透鏡擴(kuò)大光接收器的視場(chǎng)，還可利用光學(xué)元件進(jìn)行鏈路的頻分復(fù)用等。這些都將有利于提高信道質(zhì)量，滿足信息傳輸需求。24紅外接收器紅外接收器部分包括紅外光接收部分以及后續(xù)的濾波、放大及顯示部分。在紅外接收器端，首先進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將紅外脈沖信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)。經(jīng)過(guò)濾波、放大后由單片機(jī)進(jìn)行軟件解調(diào)解碼。在紅外無(wú)線通信系統(tǒng)中，由于紅外發(fā)射器的發(fā)射功率較小，而且信號(hào)采用外線進(jìn)行傳輸，易受外界環(huán)境的影響，這些因素導(dǎo)致了紅外接收器接收到的信號(hào)很弱，所以必須經(jīng)過(guò)放大電路后單片機(jī)才能正確識(shí)別接受信號(hào)。同時(shí)，為了濾去低頻噪聲及人為干擾需采用帶通濾波器為了與調(diào)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)常采用球形光學(xué)透鏡。這些措施都將有利于紅外無(wú)線通信質(zhì)量的提高。九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文8第三章基于紅外通信的遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)31系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作的原理框圖如圖31所示，系統(tǒng)可以對(duì)8個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制（在工業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中可增加或減少）。系統(tǒng)通過(guò)鍵盤(pán)輸入信號(hào)到單片機(jī)AT89S52調(diào)制編碼后由LED發(fā)射出去，通過(guò)紅外線傳輸?shù)浇邮斩?，在接收端有一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)過(guò)對(duì)信號(hào)的濾波放大后輸入到單片機(jī)AT89S52解碼并發(fā)出控制信號(hào)，這就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離對(duì)設(shè)備的操作與控制并可通過(guò)數(shù)碼管顯示出設(shè)備的工作情況。圖31系統(tǒng)工作原理圖鍵盤(pán)輸入信號(hào)單片機(jī)AT89S52編碼調(diào)制電光轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器放大單片機(jī)AT89S52解調(diào)解碼產(chǎn)生控制信號(hào)紅外線傳輸顯示工作狀態(tài)九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文932紅外發(fā)射器的設(shè)計(jì)1鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)鍵盤(pán)用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和控制命令的輸入，鍵盤(pán)輸入也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最廣泛的一種輸入方式。鍵盤(pán)輸入的主要對(duì)象是各種按鍵或開(kāi)關(guān)。所以按鍵盤(pán)排布方式可分成獨(dú)立方式和行列式方式；按讀入鍵值的方式可分成直讀方式和掃描方式；按是否進(jìn)行硬件編碼可分成非編碼方式和編碼方式；按CPU響應(yīng)方式可分成中斷方式和查詢方式。將以上各種方式組合可構(gòu)成很多不同的鍵盤(pán)接口方式。下面主要介紹矩陣式鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)。矩陣式鍵盤(pán)又叫行列式鍵盤(pán)。用I/O口組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如用22的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成4個(gè)鍵的鍵盤(pán)，33的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成9個(gè)鍵的鍵盤(pán)。因此按鍵數(shù)量較多時(shí)可節(jié)省I/O口。行列式鍵盤(pán)電路原理圖如圖32所示。按鍵設(shè)計(jì)在行、列線交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。當(dāng)行線通過(guò)上拉電阻接5V時(shí)，被鉗位在高電平狀態(tài)。判斷鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下其方法是給列線（P20P22）的所有I/O口均置成高電平，而所有行線（P23P25）置低電平。當(dāng)有任一鍵按下時(shí)，該鍵的行線與列線將短接，列線的高電平將會(huì)被拉成低電平。所以，列線就不會(huì)全為高電平了。這樣，單片機(jī)就可以檢查列線（P20P22）是否為1來(lái)判斷有沒(méi)有鍵按下。九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文10123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE25APR2006SHEETOFFILEIPROTELMYDESIGN1DDBDRAWNBYR410KR510K610KS1S2S3S4S5S6S7S8S95P20P21P22P23P24P25圖32行列式鍵盤(pán)鍵盤(pán)中是哪個(gè)鍵按下是由行線逐行置0后，不斷檢查列線狀態(tài)來(lái)確定的。其方法是依次給行線送低電平，然后檢查所有列線狀態(tài)，如果全為1，則所按下之鍵不在此行，接著將下一行置0，直到所有列線中有一根為0，則可根據(jù)行列狀態(tài)確定是哪個(gè)鍵按下了。按下的鍵就在行列線中分別為0的導(dǎo)線交點(diǎn)之上。2電光轉(zhuǎn)換器這部分采用紅外發(fā)光二極管發(fā)射信號(hào)，但由于單片機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)功率小，所以在發(fā)射之前必須增加一個(gè)三極管對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。本電路采用9013三極管放大如圖33所示，R139R247K9013發(fā)發(fā)發(fā)發(fā)5VP35圖33電光轉(zhuǎn)換器3系統(tǒng)復(fù)位采用普通的上電復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)通電后，電源需對(duì)電容充電，此時(shí)RST腳為高電平，單片機(jī)復(fù)位。電容充電完畢后，下拉電阻的作用將RST電平拉低（為低電平），單片機(jī)處于工作狀態(tài)。據(jù)以上分析紅外發(fā)射器的設(shè)計(jì)電路原理圖如圖34所示。九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文11P101P112P123P134P145P156P167P178RST9P3010P3111INT012INT113P3414P3515P3616P3717XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VC40AT89S52R410KR510K610KC110UFR139R382KR247KC233PFC333PF12MHZ9013發(fā)發(fā)發(fā)發(fā)5V5VS1S2S3S4S5S6S7S8S9圖34發(fā)射器電路原理圖33紅外接收器的設(shè)計(jì)1光電轉(zhuǎn)換器放大電路信號(hào)通過(guò)紅外線進(jìn)行傳輸，易受外界環(huán)境的影響，這些因素導(dǎo)致了紅外接收器接收到的信號(hào)很弱，所以本系統(tǒng)必須對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，單片機(jī)才能正確識(shí)別。經(jīng)研究，發(fā)射器發(fā)射出來(lái)的信號(hào)傳輸?shù)浇邮掌魃蠒r(shí)信號(hào)非常微弱（大約幾毫伏），如果用三級(jí)管放大很難實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)采用了LM324運(yùn)算放大器進(jìn)行放大。由于運(yùn)放的偏置電阻一般不大于1M歐姆，輸入電阻一般不小于10K歐姆，否則，電路易產(chǎn)生失調(diào)電流和失調(diào)電壓，導(dǎo)致運(yùn)放不能在線性范圍內(nèi)工作，放大信號(hào)就會(huì)失真。因此，為了保證單片機(jī)能正確識(shí)別信號(hào)，本系統(tǒng)采用了三級(jí)放大（如圖45所示）。放大倍數(shù)VV1V2V3其中V1100K/10K10（倍），V2100K/1010（倍），V2100K/1010（倍）即總放大倍數(shù)VV1V2V31000（倍）九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文12R11100KR13100KR15100KR21100KR1010KR1410KR19100KR12100KR16100KR20100KR17100KR18RES2AR1AR2AR35V5V5VVIVOC247UFC347UFC547UFC647UFC647UFC147UFC447UF圖35光電轉(zhuǎn)換器放大電路2LED數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管（LED）在儀器儀表中有著廣泛的用途，如數(shù)字萬(wàn)用表，轉(zhuǎn)速表等。數(shù)碼管在儀器儀表中主要是顯示單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)和狀態(tài)等，因而，作為外圍典型器件，數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操作輸入的有效器件。數(shù)碼管具備數(shù)字接口，可以很方便地和單片機(jī)系統(tǒng)連接；數(shù)碼管體積小，重量輕，并且功耗低，是一種理想的顯示單片機(jī)數(shù)據(jù)輸出的器件。數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)如下BDGP圖36LED管腳定義數(shù)碼管要能正常顯示數(shù)據(jù)還要連接譯碼驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)不同的顯示方式有不同的譯碼驅(qū)動(dòng)器，通常有CD4511,74LS164,74LS47等。本節(jié)將著重介紹在系統(tǒng)中使用的譯碼驅(qū)動(dòng)器CD4511。如圖37所示。B1C2LT3BL4LE5D6A7GND8E9D10C11B12A13G14F15VCC16圖37CD4511結(jié)構(gòu)圖A、B、C、D為四位二進(jìn)制數(shù)輸入端；AG為7個(gè)輸出端；從輸入端輸入16個(gè)不同的數(shù)值，通過(guò)譯碼后在輸出端可得到相應(yīng)的代碼，此代碼可直接在數(shù)碼管（共陰）九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文13上顯示。其輸出的低電平不超過(guò)08V，輸出的高電平不低于24V，一般為37V輸入的低電平不超過(guò)08V，輸入的高電平不低于20V。顯示電路如下圖所示B1C2LT3BL4LE5D6A7GND8E9D10C11B12A13G14F15VCC1674LS47ABFCGDEDPYLEDGN1234567FGABCDEDPY_7SEGR23470R24470R25470R26470R27470R28470R29470P27P26P25P24圖38顯示電路原理圖3被控制的8臺(tái)設(shè)備用8個(gè)發(fā)光二極管代替，并在每條通路上須加一個(gè)限流電阻。接收器電路原理圖如39圖所示。P101P112P123P134P145P156P167P178RST9P3010P3111INT012INT113P3414P3515P3616P3717XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40AT89S52B1C2LT3BL4LE5D6A7GND8E9D10C11B12A13G14F15VCC16CD4511BEABFCGDEDPYLEDGN1234567FGABCDEDPY_7SEGR1470R2470R3470R4470R5470R6470R7470R8470D1D2D3D4D5D6D7D8C810UFC933PFC1033PF12MHZR2282KR23470R24470R25470R26470R27470R28470R29470發(fā)發(fā)發(fā)發(fā)R1110KR1310KR1510KR2110KR1010KR947KR1410KR1910KR1210KR1610KR2010KR1710KR18RES2AR1AR2AR3C147UFC447UF5V5V5V5V5VR302KC247UFC347UFC547UFC647UFC747UF39接收模塊電路原理圖九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文14第四章基于紅外通信的遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)41通信協(xié)議本系統(tǒng)采用脈沖個(gè)數(shù)編碼的方式，對(duì)不同的脈沖個(gè)數(shù)代表不同的碼，最小為2個(gè)脈沖，最大為17個(gè)脈沖。為了使接收可靠，第一位碼寬為3MS，發(fā)射碼數(shù)據(jù)幀間隔大于10MS，如下圖所示。圖41發(fā)射器編碼當(dāng)某個(gè)操作按鍵按下時(shí)，單片機(jī)先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定發(fā)射碼的脈沖個(gè)數(shù)，再調(diào)制成40KHZ方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。P35端口的輸出調(diào)制波如圖51所示。數(shù)據(jù)幀的接收處理當(dāng)紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時(shí)，第一位碼的低電平將啟動(dòng)中斷程序，實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)幀。在數(shù)據(jù)幀接收時(shí)，將對(duì)第一位（起始位）碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第一位低電平的脈寬小于2MS，將作為錯(cuò)誤碼處理。當(dāng)間隔位的高電平脈寬大于3MS時(shí)，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器A中的脈沖個(gè)數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)輸出口的操作圖42為紅外線接收器輸出的一幀控制碼的波形圖。九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文15圖42波形圖42程序設(shè)計(jì)1發(fā)射器程序設(shè)計(jì)初始化程序和主程序流程圖如圖43所示。初始化程序主要是設(shè)置P1口和P3口為高電平狀態(tài)，關(guān)P35串口輸出，設(shè)置堆棧SP，設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)IP，選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1和設(shè)置操作模式及工作方式。主程序部分首先調(diào)用初始化程序，再進(jìn)入主程序循環(huán)狀態(tài)。在循環(huán)中主要有兩個(gè)任務(wù)，既調(diào)用鍵盤(pán)程序和進(jìn)入低功耗空閑待機(jī)方式。系統(tǒng)完成鍵盤(pán)查詢程序后即進(jìn)入空閑節(jié)電方式，直到外部中斷1中斷或斷電復(fù)位而退出，CPU再次轉(zhuǎn)向循環(huán)部分調(diào)用鍵盤(pán)程序。九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文16初始化程序流程圖主程序流程圖圖43初始化程序和主程序流程圖鍵掃描、紅外發(fā)射程序流程圖如下開(kāi)始P0P3口復(fù)位關(guān)輸出口設(shè)置堆棧及中斷優(yōu)先級(jí)定時(shí)器工作方式選擇及初值設(shè)置返回開(kāi)總中斷開(kāi)始初始化程序鍵盤(pán)子程序編碼發(fā)送程序九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文17圖4433鍵盤(pán)程序流程圖圖45編碼發(fā)送程序流程圖2接收器程序設(shè)計(jì)初始化程序和主程序流程圖如圖46所示。初始化程序部分主要使系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位初始化的狀態(tài)值。具體是P0口到P3口為高電平狀態(tài)，選擇工作寄存器區(qū)，設(shè)置堆棧SP，設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)IP，開(kāi)外部中斷0。主程序部分首先調(diào)用初始化程序，再進(jìn)入主程序循環(huán)狀態(tài)。開(kāi)始設(shè)置掃描初值逐行掃描有按鍵嗎查列號(hào)確定鍵號(hào)由鍵號(hào)轉(zhuǎn)至功能程序返回開(kāi)始裝入脈沖個(gè)數(shù)設(shè)置首位脈寬開(kāi)高平定時(shí)器等待發(fā)送設(shè)置1MS碼距關(guān)高平定時(shí)器脈沖還有嗎幀距延時(shí)返回設(shè)置1MS碼寬開(kāi)高平定時(shí)器等待發(fā)送YNYN九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文18初始化程序流程圖主程序流程圖圖46初始化程序和主程序流程圖外部中斷0中斷服務(wù)程序當(dāng)紅外接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時(shí)，第1位碼的下降沿觸發(fā)中斷程序，實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)幀，并對(duì)第1位（起始位）碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第1位低電平碼的脈寬小于2MS，將作為錯(cuò)誤幀處理。當(dāng)間隔位的高電平脈沖寬大于3MS時(shí)，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器A中的脈沖數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的功能操作。外部中斷0中斷服務(wù)程序流程圖如圖47所示。開(kāi)始P0P3口復(fù)位關(guān)輸出口設(shè)置堆棧及中斷優(yōu)先級(jí)定時(shí)工作方式選擇及初始設(shè)置開(kāi)外中斷0返回開(kāi)始初始化子程序設(shè)置P1，P2的顯示狀態(tài)九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文19圖47外部中斷服務(wù)程序43發(fā)射器與接收器的源程序請(qǐng)見(jiàn)附錄第五章紅外無(wú)線通信抗干擾措施中斷入口關(guān)中斷脈沖個(gè)數(shù)加1等待跳變保存脈沖數(shù)轉(zhuǎn)至相應(yīng)的功能程序返回P31低電平有3MS嗎P31低電平有3MS嗎開(kāi)中斷YNYN九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文20由于紅外無(wú)線通信的傳輸介質(zhì)是紅外光，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不可避免地會(huì)受到外界可見(jiàn)光的干擾。因此，我們必須要考慮到紅外光傳輸過(guò)程中的抗干擾措施。一般而言，紅外無(wú)線通信的抗干擾措施主要包括利用紅外器件的頻譜特性對(duì)紅外光進(jìn)行二次調(diào)制采用聚焦透鏡提高接收二極管的輻射光入射量通過(guò)光濾波片減小光敏器件接收角來(lái)提高接收信噪比采用軟件抗干擾措施來(lái)避免突發(fā)干擾造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。51二次調(diào)制技術(shù)二次調(diào)制是指在采用異步串行數(shù)據(jù)對(duì)40KHZ的載波信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)制的基礎(chǔ)上再對(duì)波長(zhǎng)約900NM的紅外光進(jìn)行二次幅度調(diào)制。一般通過(guò)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管來(lái)產(chǎn)生紅外數(shù)據(jù)信號(hào)，采用脈沖驅(qū)動(dòng)紅外二極管不易使管芯發(fā)熱，而且允許脈沖電流幅值比直流電流大很多。例如紅外脈沖寬度100MS,頻率100HZ，正向脈沖電流可達(dá)1OA，而此時(shí)直流電流僅LOMA。這樣就可以有效地抑制頻譜成份中相近光線的干擾，提高了接收信噪比的同時(shí)還增加了作用距離。52改善接收條件為防止可見(jiàn)光的干擾，應(yīng)保證紅外濾光片與紅外接收二極管的頻譜特性相配合，將接收光譜限制在8501000NM的窄帶范圍內(nèi)。一般采用的方法把光敏器件受光通路的周?chē)亢趤?lái)吸收散射光和反射光，并減小光敏器件的接收角以便提高接收信噪比，這樣可避免由于環(huán)境光散射引起紅外收發(fā)器的自收自發(fā)現(xiàn)象。另外，通過(guò)將多片紅外接收器并聯(lián)也可以適當(dāng)增大紅外光接收面積，也有助于提高接收靈敏度。接收端采用自適應(yīng)接收放大電路，以適應(yīng)強(qiáng)弱不同的信號(hào)需求。53軟件抗干擾設(shè)計(jì)在實(shí)際通信過(guò)程中，信號(hào)傳輸除隨機(jī)錯(cuò)誤外，往往還會(huì)出現(xiàn)突發(fā)錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤信號(hào)一般由連續(xù)的全“0”或全“1“序列組成。在紅外無(wú)線通信中，由于紅外線傳輸介質(zhì)的特殊性，突發(fā)錯(cuò)誤往往是由于強(qiáng)光干擾或空氣中塵埃、煙霧對(duì)紅外線的散射與吸收所引發(fā)的連續(xù)多位錯(cuò)誤。在誤碼區(qū)間內(nèi)，碼元變?yōu)槿?”或全“1“。對(duì)于突發(fā)錯(cuò)誤而言，簡(jiǎn)單的奇偶校驗(yàn)無(wú)能為力，而采用數(shù)據(jù)取反重發(fā)方式就能檢測(cè)出這九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文21類(lèi)錯(cuò)誤。當(dāng)接收端收到紅外信號(hào)后，利用兩次數(shù)據(jù)比較來(lái)判斷數(shù)據(jù)正誤。當(dāng)存在外部干擾時(shí)，在正常數(shù)據(jù)信號(hào)和其反碼信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上同時(shí)受到相反干擾的幾率是極小的。因此，接收端可以利用此方法檢測(cè)出誤碼信號(hào)。第六章總結(jié)基于紅外線的通信技術(shù)是一種利用紅外線作為通信介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離紅外線點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方式。紅外傳輸方式具有不受無(wú)線電干擾，可靠性高，通信帶寬幾乎不受限制，適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)應(yīng)用。本文主要介紹了一種基于紅外通信技術(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)的工作原理和具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，整個(gè)系統(tǒng)可以控制八臺(tái)設(shè)備，并可通過(guò)數(shù)碼管來(lái)了解設(shè)備的工作情況。根據(jù)確定的設(shè)計(jì)方案，給出了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電路和軟件程序代碼。主要完成了鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)，放大電路及顯示電路的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，獲得了較好的通信效果，能夠用于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和研究意義。致謝經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是非常難的。在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師吳德會(huì)老師。吳老師平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)遇到一些問(wèn)題，吳老師都給予我非常大的幫助，使我順利的完成了畢九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文22業(yè)設(shè)計(jì)。在這我要再一次感謝吳老師，謝謝他對(duì)我的指導(dǎo)，使我順利的完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。其次要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計(jì)的胡杏鴛及劉建新同學(xué)，他們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中勤奮工作，克服了許多困難來(lái)完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在他們的帶領(lǐng)下我也充滿了激情和動(dòng)力，在設(shè)計(jì)工作中遇到的困難也都迎刃而解，從此讓我的人生自信、自強(qiáng)，我將終生難忘。然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下電子專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。最后感謝電子學(xué)院和我的母校九江學(xué)院四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。參考文獻(xiàn)151系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例，樓然苗，北京航空航天大學(xué)出版社2機(jī)原理及接口技術(shù)，李朝青，北京航空航天大學(xué)出版社3IC單片機(jī)實(shí)用教程，李學(xué)海，北京航空航天大學(xué)出版社4單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)，李光飛，北京航空航天大學(xué)出版社5紅外探測(cè)與控制電路，陳永浦，人民郵電出版社6紅外傳感器原理及應(yīng)用，胡佳文，人民郵電出版社7傳感器與檢測(cè)技術(shù)，陳杰，高等教育出版社附錄一發(fā)射源程序INCLUDEDEFINEINTUNSIGNEDINTDEFINECHARUNSIGNEDCHARCHARKEY,TIMES,KDOWN,FLAG1,TIMES,I九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文23BITBDATAF1,F2SBITP10P10SBITP11P11SBITP12P12SBITP13P13SBITP14P14SBITP15P15SBITP16P16SBITP17P17SBITP35P35CHARSCANVOIDCHARDCODECHARVOIDDELAY1MS0INTCHARDCODECHARVOIDPLUGSCHARVOIDDELAY1MSCHARVOIDMAINVOIDFLAG10F10F20TMODTMODTL1243TH1243ET11EA1WHILE1九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文24KEYSCANIFKDOWN1TIMESDCODEKEYSWITCHTIMESCASE1P100BREAKCASE2P110BREAKCASE3P120BREAKCASE4P130BREAKCASE5P140BREAKCASE6P150BREAKCASE7P160BREAKCASE8P170BREAKCASE9P100BREAKPLUGS3FORI0I1|0X80九江學(xué)院2006屆電子信息工程（本科）專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文26CHARDCODECHARREG2CHARREG1SWITCHREG2CASE0X84REG10X01BREAKCASE0X82REG10X02BR