基于单片机的红外光通信系统设计发射部分毕业论文.docx

基于单片机的红外光通信系统设计发射部分毕业论文.docx

《基于单片机的红外光通信系统设计发射部分毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的红外光通信系统设计发射部分毕业论文.docx（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的红外光通信系统设计发射部分毕业论文

┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊

毕业论文

　　基于单片机的红外光通信系统设计

（发射部分）

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

红外通信技术是当今被广泛采用的短距离无线通信技术。

本文在简单介绍红外协议基本原理的基础上，重点论述了采用STM32平台来实现一套红外通信系统发射部分的具体工作原理及实现方法。

本红外通信系统发射部分由前置模拟信号调理电路、STM32F103ZETT6片内AD设计的A/D转换部分、温度采集模块和红外发射驱动电路组成。

前置模拟信号调理电路可将MIC、音乐和正弦波形3种模拟信号电压调节至0至3.3V，配合STM32平台的片内AD将3种模拟信号数字化。

得到的数字信号发送至红外发射驱动电路，利用红外发光管，实现信号的定向传输。

STM32平台的片内AD可达到较高的采样率，完成语音信号的高质量采样。

在发送语音信号的同时，通过STM32平台上DHT11模块得到的温度信息可与语音信号采用信道时分复用的方式进行传输，每8秒传输一次温度信息。

本红外光通信装置发射部分实现了语音模拟信号与温度数字信号的发送，传输距离达到2m,配合中继转接部分可将信号完成90度变换，且接收端的语音无明显失真。

关键词：

红外通信；STM32平台；AD采样率；时分复用

ABSTRACT

Infraredcommunicationtechnologyistheshortdistancewirelesscommunicationtechnologyiswidelyappliedtoday.Inthispaper,onthebasisofsimpleintroductiontobasicprincipleofinfraredprotocol,mainlydiscussestheSTM32platformtoimplementasetofinfraredcommunicationsystemispartoftheworkingprincipleandimplementationmethod.

Theinfraredcommunicationsystemlaunchpartbythefrontanalogsignalconditioningcircuit,STM32F103ZETT6chipADpartdesignoftheA/Dconversion,temperatureacquisitionmoduleandinfraredemissionofdrivingcircuit.FrontanalogsignalconditioningcircuittoMIC,musicandsinewaveformthreeanalogsignalvoltageregulationto0to3.3V,coordinatestheSTM32platformonchipADwillbethreekindsofdigitalanalogsignal.Getdigitalsignalsenttotheinfraredemissionofthedrivecircuit,usinginfraredlight-emittingtube,realizethedirectionaltransmissionofsignals.STM32platformonchipADcanachievehighsamplingrate,tocompletethehighqualityofthevoicesignalsampling.Atthesametimeofsendingvoicesignal,temperatureinformationisobtainedbySTM32platformDHT11modulecanbeusedwithvoicesignalchanneloftime-divisionmultiplexingtransmissionintheformofinformationtransmissionevery8secondsatemperature.

Theinfraredemissionpartimplementsthecommunicationdevicesvoiceanalogsignalsandtemperaturedigitalsignalsendandtransmissiondistanceto2m,partwithrelayswitchingsignalcanbe90degreetransformation,andthevoicehasnoobviousdistortionatthereceivingend.

Keywords:

Infraredcommunication,STM32platform,TheADsamplingrate,Time-divisionmultiplexing

第1章绪论1

1.1红外通信简介1

1.2国内外红外通信的发展现状1

1.2.1国外现状1

1.2.2国内现状2

1.3红外通信的特点3

1.4红外通信的用途3

1.5主要工作3

第2章红外通信标准协议与接口器件5

2.1红外通信标准协议5

2.1.1Irda标准6

2.1.2Irda技术标准的发展6

2.2红外通信的接口器件7

第3章STM32平台与AltiumDesigner8

3.1STM32平台简介8

3.1.1STM32平台资源8

3.1.2本系统所用到的硬件介绍11

3.2AltiumDesigner简介12

第4章红外光通信系统硬件设计13

4.1红外光通信系统的组成13

4.2发射部分设计14

4.3MIC偏置电路14

4.4前置模拟信号调理电路15

4.5信号处理单元17

4.5.1AD部分17

4.5.2DHT11模块17

4.5.3串口发送模块18

4.6红外发射电路18

第5章红外光通信系统软件设计21

5.1软件平台RVMDK3.80A介绍21

5.2程序设计22

5.2.1AD部分程序22

5.2.2定时器部分程序25

第6章系统调试与总结27

6.1红外光通信系统各组成部分27

6.2测试28

6.3结论30

参考文献31

致谢32

基于单片机的红外光通信系统设计（发射部分）

第1章绪论

1.1红外通信简介

随着便携式通信设备的兴起，无线接入技术得到了广泛的重视。

已有的无线通信技术包括红外、微波、无线电、蓝牙等技术。

红外数据通信指的是两台设备之间通过红外线进行无线数据传输的一种数据传输方式，一般采用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒介。

发送设备将基带二进制信号调制成一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。

接收设备将接收到的光脉冲转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。

常用使用调节脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和调节脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）这两种方法。

简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便用红外信道进行传输；红外通信接口是针对红外信道的调制解调器【1】。

1.2国内外红外通信的发展现状

1.2.1国外现状

军用领域：

红外技术已广泛应用于陆、海、空各军兵种，其中红外成像精确制导是各国红外技术应用的主流方向之一。

红外成像制导技术是由美国人从60年代初开始研创。

在欧、美发达国家，非消耗性红外成像制导（指挥、预警和火控）系统的列装率较高，几乎军用（警用）舰船上、飞机上、战车上和重要的地面阵地都装备了大量的红外成像设备，并发挥了相当重要的作用。

根据国际光学学会（SPIE）估计，目前全球军用红外热像仪的实际年需求至少为30 亿美元。

民用领域：

根据美国Maxtech International 发布的红外市场报告， 2006年全球民用红外热像仪的销售额为16.3亿美元，几年来，全球民用红外热像仪市场需求年均增长率已超过了15%，预计2010 年全球民用红外热像仪市场供给将达到28亿美元。

全球民用红外热像仪市场的供给和需求趋势:

由于红外技术具有很高的军用和民用价值，近年来国外主要厂家纷纷在核心器件及系统产品的产业化进程中加大投入和研发的力度。

1.2.2国内现状

军用领域：

由于红外技术能比较全面地满足军事应用上的各种需求，因而红外技术也是当今国内竞相发展的重点技术之一。

目前我国军队中红外热像仪应用的相对较少，按照我国政府发布的《2006年中国的国防》白皮书，我国军队的人员数量为230万人，如果未来我军 10%的部队装备红外热像仪，则我国军用红外热像仪市场容量就可达到23万套，以每套5万元（目前大部份军用红外热像仪实际售价远超过10万元）来计算，其市场需求量可达115亿元。

民用领域：

红外热像仪在我国应用于安防、消防、电力、建筑等行业领域目前还处于起步阶段，发展空间巨大，未来市场空间将超过军用需求。

由于国内经济高速发展，中国红外热像仪市场的年均增长率将达到甚至超过20%，预计2011年中国民用红外热像仪市场的需求量可以达到9.95亿元。

若考虑到新的应用领域的开发，其实际的市场需求总量将可能超过这一预测。

目前国产红外热像仪的产品性能已经基本接近进口产品，但由于品牌影响力等原因，价格只是进口产品的一半。

红外热像仪的核心部件主要靠进口，核心技术受制于人。

国内企业的竞争力主要体现在总体技术、光学系统、后续电路、图像处理软件等方面。

当然、人才、管理、市场也是竞争力的一部分【2】。

1.3红外通信的特点

红外通信技术是目前被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持，其主要特点：

（1）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发； 

（2）主要是用来取代点对点的线缆连接； 

（3）新的通讯标准兼容早期的通讯标准；  

（4）小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强； 

（5）传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布【3】。

1.4红外通信的用途

红外通信技术常被应用在计算机及其外围设备、移动电话、数码相机、工业设备和医疗设备、网络接入设备，如调制解调器等。

但因为红外通信具有通讯距离短，在通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断、传输速率较低等的缺点，主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输。

1.5主要工作

制作红外光通信系统发射部分，与红外光通信系统的接收部分配合完成基本的通信。

发射部分要使输入端的MIC、音乐和正弦波形3种模拟信号正确传输，并要求输出端收到的声音无明显失真。

同时检测环境的温度，使之与3种模拟信号采用时分复用的方式发送到输出端。

传输距离达到2m，并有中继转接部分，完成信号传输方向90度的变换。

第2章简要介绍了红外通信标准和红外接收器件。

第三章简要介绍了STM32平台和AltiumDesigner。

第四章在简单介绍红外通信系统总体设计的基础上，重点论述了发射部分硬件设计的功能及原理。

第五章论述了红外通信系统发射部分的软件设计。

第六章简单介绍了整个红外光通信系统实物，重点描述了实际检测的现象与结果。

第2章红外通信标准协议与接口器件

2.1红外通信标准协议

红外线接口的标准由IrDA（InfraRedDataAssociation，红外线数据协会）制定的，现在很多资料和书籍上都称红外线接口为IrDA。

IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，它也许是第一个实现无线个人局域网的技术。

目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如PDA、手机上广泛使用。

事实上，当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。

IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。

它还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。

由于数据传输率较高，适于传输大容量的文件和多媒体数据。

此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。

IrDA的不足在于它是一种视距传输，2个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2台（非多台）设备之间的连接。

而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。

IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。

Irda协议栈是红外通信的核心,它规定了进行红外通信双方从硬件到软件的统一通信规范,使各个提供红外通信相应产品的厂商遵守统一的规范来生产产品,从而促进红外通信的发展。

红外协议栈与TCP/IP协议栈一样,管理整个通信过程。

它被划分成几层,各层除有自己的一套管理职责外,还与上下层之间联系紧密,可以互相调用,将各协议层叠起来就成了协议栈。

Irda是一套层叠的专门针对点对点红外通信的协议【4】。

红外数据通信协议簇由必要协议和可选协议两部分组成,必要协议包括物理层、红外链路建立协议、红外链路管理协议和信息获取服务,依据各种特殊应用需求可选配流传输协议、对象交换协议、模拟串口层和局域网访问协议【5】。

2.1.1Irda标准

IrDA标准主要分为两种类型，即“IrDAData”和“IrDAControl”。

其中IrDA

Data主要用于与其他设备交换数据。

而IrDAControl则主要用于与人机接口设备（HID）通信，如键盘、鼠标器等。

IrDAData的传输距离为0.2至1米，传输速度为9600bps至16Mbps。

IrDAControl的传输距离为8米，传输速度为75Kbps【6】。

2.1.2Irda技术标准的发展

IrDA于1994年发表了IrDA1.0，简称为SIR（SerialInfraRed），是一种非同步、半双工红外通信方式。

SIR的实现基于UART，是在计算机的UART上扩展红外线编译码器和红外收发器构成的。

SIR的传输速率取决于UART，最高传输速率受到UART的限制，最高为115.2Kbps，发射接收角度为30度。

是由于它基于UART，SIR的成本较低。

在SIR之后，IrDA于1996年发布了IrDA1.1，即FIR（FastInfraRed），FIR不再基于UART，而是直接连接在计算机总线，它的性能也就不受制于UART的性能了。

FIR的数据传输速率最高为4Mbps。

FIR仍然支持SIR的传输模式，与SIR向下兼容，当FIR设备与SIR设备通信时，使用SIR的速率和调制模式。

只有通信双方都支持FIR的4Mbps速率时，才将通信速率设定在4Mbps。

2001年IrDA发布了最高通信速率为16Mbps的VFIR（VeryFastInfraRed）标准。

VFIR设备兼容SIR和FIR设备。

AIR（AdvancedInfraRed）是IrDA针对蓝牙技术的竞争发布的一个多点连接红外线规范，它的优点是其传输距离和发射接收角度的改进。

在4Mbps通信速率下其传输距离可以达到4米，在更低速率下传输距离可以达到8米。

AIR规范的发射接收角度为120度。

更重要的是它支持多点连接，其他的IrDA规范都只支持点对点连接。

由于红外接口主要使用在便携设备，这类设备通常对功耗要求很高，为了降低设备的功耗，IrDA发布了低功耗的IrDA1.2和IrDA1.3，但同时缩短了传输距离，传输距离为0.2至0.3米。

这两个标准分别是SIR和FIR的低功耗版本【7】。

2.2红外通信的接口器件

红外接口芯片主要分为红外编码器和红外收发器两类。

目前的大多数笔记本和掌上电脑都配有红外线接口，但在台式计算机上使用红外接口多都需要扩展红外线接口。

在台式计算机上扩展红外接口的最简单方法是使用USB接口红外适配器。

由于Windows操作系统已经全面支持红外协议，通过红外适配器可以方便的与红外设备实现连接。

红外线接口器件主要包括以下几类：