紅外通信技術(shù)在溫濕度變送器上的運(yùn)用

摘要：本文首先介紹了二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制解調(diào)以及CMOSens 技術(shù)的數(shù)字式溫濕度傳感器SHT75，然后著重講述了以PIC 系列為微處理器的基于紅外通信技術(shù)的溫濕度一體化變送器的硬件設(shè)計(jì)以及各功能的軟件實(shí)現(xiàn)。最后創(chuàng)造性地把一種強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)傳送錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)—CRC 校驗(yàn)法成功應(yīng)用在產(chǎn)品中，并經(jīng)過計(jì)量證明該產(chǎn)品精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)。

　　1. 概述

　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境溫度和濕度進(jìn)行測(cè)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾暆穸群蜏囟鹊臋z測(cè)及控制并進(jìn)行了大量的研究工作，尤其是在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣的情況下，如何實(shí)時(shí)對(duì)溫濕度進(jìn)行準(zhǔn)確有效的測(cè)量，顯得尤為重要。因而，針對(duì)手持式的近距離測(cè)量以及長(zhǎng)距離布線傳送可操作性不高的狀況，本文提出了利用紅外通信技術(shù)，結(jié)合高精度的溫濕度一體化傳感器，設(shè)計(jì)出基于紅外通信的溫濕度一體化變送器。

　　紅外通信是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實(shí)現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)，已被諸多電子設(shè)備廣泛采用，并越來越多的應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。

　　紅外通信主要由發(fā)送和接收兩個(gè)部分組成。發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。紅外接收端接收紅外信號(hào)，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形后得到TTL電平的編碼信號(hào)，再送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并做出相關(guān)處理。

　　2. 二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制解調(diào)

　　紅外通信發(fā)射的指令是用二進(jìn)制數(shù)表示的，通常發(fā)射指令時(shí)都用方波載波信號(hào)將這些二進(jìn)制數(shù)調(diào)制成一系列的脈沖串信號(hào)，常用的調(diào)制方法是脈沖寬度（PWM）調(diào)制和脈沖位置（PPM）調(diào)制兩種。

　　本文采用PWM調(diào)制碼，它的組成為9ms高電平和4ms低電平引導(dǎo)脈沖，16位系統(tǒng)識(shí)別碼，8位數(shù)據(jù)正碼和8位數(shù)據(jù)反碼，我們要提取的就是數(shù)據(jù)碼。一個(gè)PWM碼的“0”是由一個(gè)0.58ms的低電平和一個(gè)0.58ms的高電平組成，“1”是由一個(gè)0.58ms的低電平地和一個(gè)1.58ms的高電平組成。

　　二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制由紅外發(fā)射電路的單片機(jī)來完成，它把編碼后的二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制成頻率為38KHz（本文選用HS0038作為紅外接收頭，接收頻率為38kHz）的間斷脈沖串，相當(dāng)于用二進(jìn)制信號(hào)的編碼乘以頻率為38KHz的脈沖信號(hào)得到的間斷脈沖串，即是調(diào)制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號(hào)。

　　二進(jìn)制信號(hào)的解調(diào)由一體化紅外接收頭HS0038來完成，在輸入有脈沖串時(shí)，輸出端輸出低電平，否則輸出高電平。

　　二進(jìn)制信號(hào)的解碼由紅外接收電路單片機(jī)來完成，它把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼，還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。

　　3．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　紅外發(fā)射部分電路框圖如圖1所示，主要由單片機(jī)PIC16F73及外部電路構(gòu)成。PIC16F73單片機(jī)是由美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)，采用Harvard結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使指令執(zhí)行和取指操作可重疊進(jìn)行，從而達(dá)到很高的執(zhí)行速度。它只有35條單字節(jié)指令，除了跳轉(zhuǎn)指令是2周期指令外，其它指令都是單周期指令。相對(duì)于其它的8位單片機(jī)節(jié)省了1/2的程序空間，并具有4:1的速度優(yōu)勢(shì)。

圖1 紅外發(fā)射電路

　　圖1中SE303是紅外發(fā)射二極管，當(dāng)PB0 = 1時(shí)，三極管9013導(dǎo)通，SE303通電發(fā)射紅外線，實(shí)際上發(fā)射的是頻率為38KHz的脈沖串；反之，三極管9013截止，SE303截止，不發(fā)射。

　　圖1中SHT75是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技術(shù)的新型溫濕度傳感器。它是一種全新的基于智能設(shè)計(jì)理念的傳感器，該傳感器將溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、信號(hào)處理、數(shù)字變換、串行數(shù)字通信接口、數(shù)字校準(zhǔn)全部集成到一個(gè)高集成度、體積極小的芯片當(dāng)中，利用它可以同時(shí)測(cè)量目標(biāo)對(duì)象的溫度和濕度，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字式輸出。

　　CMOSens技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號(hào)放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等電路全部集成在一個(gè)芯片內(nèi)。由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起，因此，該傳感器具有比其它類型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號(hào)強(qiáng)度的增加，增強(qiáng)了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，而A/D轉(zhuǎn)換的同時(shí)完成，則降低了傳感器對(duì)干擾的敏感程度。其次在傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只濕度傳感器都具有相同的功能，即具有100%的互換性。

圖2 紅外接收電路