全国大学生电子设计竞赛F题红外光通信系统概述Word文档格式.docx
- 文档编号:21831686
- 上传时间:2023-02-01
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:342.41KB
全国大学生电子设计竞赛F题红外光通信系统概述Word文档格式.docx
《全国大学生电子设计竞赛F题红外光通信系统概述Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《全国大学生电子设计竞赛F题红外光通信系统概述Word文档格式.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
ABSTRACT
Thevoicecontactsystemwithinfraredcommunicationasthefoundation,thedesignwithSTC12C5A60S2modulatorasthecoretocontrol,informationcollectionandprocessing,useVoiceinputmatrixrealizeinstructions,throughinfraredcodingwillsignalcodingmodulationtoinfraredcarrier,thenbyinfraredemissioncircuitlaunchout,receivingordersthroughtheintegrationinreceivingheadcompletedemodulation,throughthedecodingreductiondata,andtouseD/AandLCD1602typeLCDdisplaychiptocompletethecorrespondingspeechbroadcastandLCDdisplaytask.ThisdesignusingtwopiecesofSTC12C5A60S2modelrespectivelyofthesinglechipmicrocomputercontroloftheinfraredsignaltheemittingandreceiving,hardwareincludinginfraredemissionmoduleandinfraredreceivingmodules,whichinfraredemissionmodulemainlyrealizesfunctionistheVoiceinput,theinfraredsignalencodingcommandsandinfraredemission,theVoiceinputmoduleandinfraredemissionofcircuit,infraredreceivingmodulemainlyfunctionoftherealizationoftheinfraredsignalisreceived,liquidcrystaldisplayandspeechbroadcast,byinfraredtoreceive.
Keywords:
Infraredcommunication,modulatoranddemodulator;
temperature;
Voicetransmission;
A/D;
D/A
目录
1、系统方案的设计与论证
本系统主要由MCU模块、信号输入模块、温度传感模块、A/D转换模块、红外光发射和接收模块、D/A转换模块、电源模块组成、显示模块,下面分别论证这几个模块的选择。
1.1系统总体框架
图1-1系统总体框图
1.2方案论证与比较
(1)控制模块
方案一:
选用STC89C52单片机作为控制,是目前使用较为广泛的8位单片机。
具有8位CPU·
8kbytes程序存储器(ROM),384bytes的数据存储器(RAM),32条I/O口线、11条指令,大部分为单字节指令,编写程序较为简单。
但是它的计算速度不高,精度较低,程序储存空间及数据储存空间不够大。
方案二:
选用STC12C5A60S2为控制核心,此单片机资源丰富,内置AD模块,相对于STC12C5A60S2单片机处理速度更快,可以实现复杂的逻辑功能,功能强大,完全可实现对红外光通信系统的控制。
其次,瑞萨编程软件自带代码生成工具,编程更为方便,且基本兼容51程序,移植较为简单。
综合以上方案,选用方案二
(2)温度传感模块
选用热敏电阻电路,此方法精准度较差,且需要进行A/D转换。
方案二:
选用温度传感器DS18B20,此传感器采用单线接口双向通信,可测温度范围大,可在传感器内部将温度模拟量转化为数字量,且误差小。
综合以上方案,选用方案二。
(3)信号输入模块
语音信号输入选用MP3,单音信号采用MCU产生的PWM波输入。
(4)红外光发射和接受模块
采用红外发射管TSAL6200和红外接收管HS0038。
德国VISHAY公司的TSAL6200红外发射器和TSOP1838红外接收器具有功能强、电压低、功耗小等特点,应用广泛.
(5)A/D转换模块
采用瑞萨RL78/G13十六位单片机内置的两路A/D转换。
电路简答,可借由代码生成工具生成AD代码基本框架,编程简单。
使用外置A/D转换芯片,较之方案一需另外搭建电路。
综合以上方案,选用方案一。
(6)D/A转换模块
采用DAC0832芯片,DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片,集成电路内有两级输入寄存器,使芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式,以便适于各种电路的需要。
但是为并行输入,转换方便简单,通过外围运放电路可产生模拟电压。
采用PCF8951芯片,PCF8951是串行输入的八位D/A转换芯片。
电路简单,占用IO口较少,单转换需要IIC协议,较麻烦
(7)显示模块
采用LED数码管显示器。
LED数码管亮度高,醒目,但是其电路复杂,占用资源较多,显示信息量较小。
采用1602液晶显示器。
LCD有明显的优点:
微功耗、尺寸小,超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适,使整个控制系统更加人性化。
2、系统理论分析与计算
2.1红外光通信的分析
(1)红外通信原理
在红外数据发射过程中,首先将得到的二进制脉冲码调制到465Khz载波上,经缓冲放大后送至红外发光二极管,转化为红外信号发射出去。
对于465Khz载波的实现,本设计采用自激震荡电路产生465KHz正弦波,再将正弦波经过一个与非门,产生一个465Khz的脉冲信号。
红外编码的形式有多种,其中最为常用的是PWM码(脉冲宽度调制码)和PPM码(脉冲位置调制码)。
前者以宽脉冲表示1,窄脉冲表示0。
后者脉冲宽度一样,但是码位的宽度不一样,码位宽的代表1,码位窄的代表0。
脉宽为0.56ms、间隔0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”;
以脉宽为0.56ms、间隔1.69ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。
如图2-1所示.本设计是以PPM码对红外数据进行发送。
图2-1指令脉冲图
红外激光编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。
引导码也叫起始码,由宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成,用来标志红外激光编码脉冲信号的开始。
如图2-2所示.
图2-2信号引导码图
系统码也叫识别码,它用来指示红外通信系统的种类,以区别其它通讯系统,防止各红外通讯系统的误动作。
功能码也叫指令码,它代表了相应的控制功能,接收机中的可根据功能码的数值完成各种功能操作。
系统反码与功能反码分别是系统码与功能码的反码,反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。
脉冲位置表示的“0”和“1”组成的32位二进制码,前16位是控制指令,控制不同的红外通讯设备。
而不同的红外红外通讯体系又有不同的脉冲调控方式,后16位分别是8位的功能码和8位的功能反码。
串行数据码时序图如2-3所示。
图2-3串行数据码时序图
将要发送的指令脉冲编码信号调制在465KHZ的载波上,可以增加信号的抗干扰能力,提高信号传输效率.信号调制时序如2-4所示。
图2-4信号调制图
(2)A/D、D/A转化分析
输入的语音信号通过运算放大器放大语音信号之后接到瑞萨RL78/G13单片机,利用单片机内置两路A/D,把语音信号模拟量转化为八位数字量,把数字量调制到465Khz载波上,便于红外光传输。
红外接收管接收到信号经过选频放大和滤波之后,并经过单片机译码,得到一串数字量,将数字量经过D/A转换芯片DAC0832转换为模拟量,恢复为语音信号,语音信号经过功率放大器播放出来。
3电路与程序设计
3.1电路的设计
(1)系统总体框图
根据前面的分析,设计出本系统的总体架构如图3-1所示。
图3-1系统总体框图
(2)红外发射电路的设计
在红外数据发射的过程中,由于发送信号时的最大平均电流需几十mA(对应mW级发射功率),所以需要三极管放大后去驱动红外光发射二极管(又称电光二极管)。
红外发射电路以及载波发生电路原理图如3-2所示。
图3-2红外发射与载波发生电路
(3)红外接收电路的设计
在红外接收电路中,由于接受到红外光后产生的信号较小,故需要用三极管进行偏置放大,,再通过465Khz的选放大电路,滤去杂波。
红外接受电路以及选频放大原理图如3-3所示。
图3-3红外接受电路以及选频放大电路
(4)音频输出电路的设计
在红外接收管接受后的数字信号经过单片机解码,通过D/A芯片还原为模拟音频信号,但由于音频信号功率太小,无法驱动喇叭,故将音频信号经过一个3860音频功率放大器再驱动喇叭。
音频输出电路的原理图如图3-4所示。
图3-4音频输出电路
3.2程序的设计
(1)程序设计思路
程序设计思路主要由发射电路主程序,红外发射子程序,接收电路主程序,红外接收子程序组成。
(2)程序流程图
1、发射电路主程序流程图
2、红外发射子程序流程图
3、接收电路主程序流程图
4、红外接收子程序流程图
4、测试方案与测试结果
4.1测试方案
1、硬件测试
红外发射接收部分,红外接收部分,语音A/D转化,D/A转化能正常工作。
2、软件仿真测试
串口传输由于传输时序问题,传输语音信号不够稳定。
3、硬件软件联调
系统能传输800HZ单音信号,但由于程序限制,传输距离有所限制,传输语音信号的过程不稳定。
4.2测试条件与仪器
测试条件:
检查多次,仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同,并且检查无误,硬件电路保证无虚焊。
测试仪器:
温度计,信号发生器,模拟示波器,数字示波器,数字万用表,指针式万用表。
4.3测试结果及分析
(1)测试结果(数据)
在1.5米范围内能正常进行红外光通信,语音信号的传输不稳定,杂波比较大,分辨不了原来的声音
(2)测试分析与结论
本设计未达到设计要求。
5、结论
由于时间和思路的原因,结果没有做得尽如人意,但这次比赛的经历让我们收获了很多,不仅是在个人体会,更在团队合作。
在这里感谢各位老师的指导和组委会的组织。
附录一:
参考文献
【1】郭天祥·
51单片机C语言教程·
电子工程出版社·
2009/01
【2】康华光·
电子技术基础模拟部分·
高等教育出版社·
2005/7
【3】康华光·
电子技术基础数字部分·
【4】陈爱文.基于89C51单片机控制的红外通信设计[J].机电工程技术,2007,36(12):
84-85.
【5】张利娜,洪显昌.红外通信的设计与实现[J].现代电子技术,2008,4(23):
87-89.
【6】IC资料网:
【7】电子发烧友:
附录二:
程序
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 全国大学生 电子设计 竞赛 红外光 通信 系统 概述