基于單片機的主從紅外通信系統(tǒng)的研究與設計

　　1、引言

　　紅外通信是目前比較常用的一種無線數(shù)據(jù)傳輸手段，其具有無污染、信息傳輸穩(wěn)定、信息安全性高以及安裝使用方便等優(yōu)點，并且可以在很多場合應用，如家電產(chǎn)品，工業(yè)控制、娛樂設施等領(lǐng)域。紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的載體，通過紅外光在空中的傳播來傳遞信息，由紅外發(fā)射器和接收器實現(xiàn)。發(fā)射端將二進制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換電路，驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送到空中。接收端將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)解調(diào)和譯碼后恢復出原二進制數(shù)字信號。本文設計了一種基于單片機PIC18F248的主從式紅外通信系統(tǒng)，主要設計了紅外接口電路以及主機和從機通信軟件流程。

　　2、系統(tǒng)硬件電路設計

　　在主從式紅外通信系統(tǒng)中，主機及從機的紅外發(fā)射電路相同，紅外線的載波頻率都為38KHz，在同一時間內(nèi)，可以是主機發(fā)射，從機接收;或者從機發(fā)射，主機接收。

　　2.1 紅外發(fā)射電路設計

　　紅外發(fā)射器電路主要由單片機，驅(qū)動管Q1和Q2、紅外發(fā)射管D1等組成，電路如下：

　　紅外發(fā)射器工作原理為：單片機通過I/O端口控制整個發(fā)射過程。其中，紅外載波信號采用頻率為38KHz的方波，由PIC18F248的CCP模塊的PWM功能實現(xiàn)，并由CCP1端口傳輸?shù)饺龢O管T2的基極。待發(fā)送到數(shù)據(jù)由單片機的TX端口以串行方式送出并驅(qū)動三極管Q1，當TX為“0”時使Q1管導通，通過Q2管采用脈寬調(diào)制(PWM)方式調(diào)制成38KHz的載波信號，并由紅外發(fā)射管D1以光脈沖的形式向外發(fā)送。當TX為“1”時使Q1管截止，Q2管也截止，連接Q1和Q2的兩個上拉電阻R1和R3把三極管的基極拉成高電平，分別保證兩個三極管可靠截止，紅外發(fā)射管D1不發(fā)射紅外光。因此通過待發(fā)送數(shù)據(jù)的“0”或“1”就可控制調(diào)制后兩個脈沖串之間的時間間隔，即調(diào)制PWM的占空比。比如若傳送數(shù)據(jù)的波特率為1200bps，則每個數(shù)位“0”就對應32個載波脈沖調(diào)制信號。紅外發(fā)射管D1采用TSAL6200紅外發(fā)射二極管，其實現(xiàn)將電信號轉(zhuǎn)變成一定頻率的紅外光信號，它發(fā)射一種時斷時續(xù)的高頻紅外脈沖信號，由于脈沖串時間長度是恒定的，根據(jù)脈沖串之間的間隔大小就可以確定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是“0”還是“1”。

　　2.2 紅外接收電路設計

　　紅外接收電路主要采用Vishay公司的專用紅外接收模塊HS0038B。接收電路及HS0038B內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：

　　接收電路工作原理為：當接收到載波頻率為38KHz的脈沖調(diào)制信號時，首先，HS0038B內(nèi)的紅外敏感元件將脈沖調(diào)制紅外光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再由前置放大器和自動增益控制電路進行放大處理，然后通過帶通濾波器進行濾波，濾波后的信號由解調(diào)電路進行解調(diào)，最后由輸出電路進行反向放大并輸出低電平;未接收到載波信號時，電路則輸出高電平。這樣就可以將斷斷續(xù)續(xù)的紅外光信號解調(diào)成一定周期的連續(xù)方波信號，并通過單片機的串口輸入單片機，由單片機處理后便可以恢復出原始數(shù)據(jù)信號。