用89C51單片機控制紅外線通信接口電路設計

2020-11-22 電子產品世界

在通信系統中，常利用非電信號來傳遞控制信號和數據，以實現遙控或遙測的功能紅外通信，具有控制簡單、實施方便，傳輸可靠性高的特點，是一種較為常用的通信方式。紅外通信利用950 nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，發送端採用脈時調製方式，將二進位數位訊號調製成某一頻率的脈衝序列，並驅動紅外發射管以光脈衝的形式發送，接收端將收到的光脈衝轉換成電信號。再經過放大、濾波處理後送給解調電路，還原為二進位數位訊號後輸出。

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1 系統的總體構成
紅外通信系統採用紅外光傳輸及無限工作機制，其組成結構主要包括：紅外發射器，通信信道，紅外接收器三大部分組成。
(1)完成信號的電光變換並向空間發射紅外脈衝

紅外發射器的關鍵是紅外發光二極體和響應的驅動電路。紅外發光耳機光首先要滿足其調製帶寬大於信號的頻譜寬度，保證通信線路暢通。此外發光二極體的發射波長應與接收端的光電探測器(選用矽光二極體)的峰值響應相匹配，最大程度地抑制背景雜散光幹擾，現階段一般選用780nm～950 nm的紅外波段進行數位訊號傳輸。由於紅外無線通信系統的信噪比與發射功率的平方成正比，所以適當提高紅外發射器的發射功率，並採用空間分集、全息漫射片等可使發射端的光功率在空間均勻分布的措施來降低誤碼率，提高通信質量。其原理圖如圖1所示。

(2)紅外接收器
紅外接收器包括紅外接收部分以及後續的信號採濾波、判決、量化、均衡和解碼等其原理框圖如圖2所示。

紅外接收端的工作過程，首先進行光電轉換，將紅外脈衝信號變為電信號，經過適當的頻域均衡後進行碼元判決，碼元判決電路是接收器設計的核心部分。由於信號採用紅外無線進行穿社，其電平變化範圍較大，所以碼元判決電路必須是自適應的。接收的信號經自適應碼元判決後變成數位訊號，再進行適當的解碼轉換為差分信號進入計算機網卡的信號輸入端。
(3)通信信道
紅外無線數字通信的信道泛指發射器與接收器之間的空間。由於自然光及人工光源等背景光信號的介入，信號源以及發射、接收設備中電學或光學噪聲的影響，紅外無線數字通信在某些場合的通信質量較差，需要採用信道編碼技術來提高抗幹擾能力。
在紅外線通信系統中，由於紅外發射器的發射功率較小，而且信號採用紅外線進行傳輸，易受外界環境的影響，這些因素導致了紅外接收器的信號很弱，並且電平變化範圍較大。因此，低噪聲的前置放大器設計和自適應的碼元判決電路是必須的。低噪聲的前置放大器一般選用輸入阻抗較高的場效應管放大器，並要求帶寬大，增益高，噪聲低，幹擾小，頻率響應與信道脈衝響應匹配。自適應的碼元判決電路能自動跟蹤輸入信號電平的變化，得到最佳的閾值電平，並根據此閾值電平對信號進行判決，將其變換為數字電平之後進行解碼，恢復原始信號。同時，為了濾去低頻噪聲及人為幹擾採用帶通濾波器，為了與調製特性匹配並消除碼間幹擾常採用均衡技術，為了獲得較大的光接收器工作範圍及瞬時視場採用球形光學透鏡。這些措施都是將有利於紅外無線通信質量的提高。


2 紅外串行通信接口電路設計
單片機控制的紅外通信系統主要有紅外發射器，紅外接收器，以及單片機89C51三部分組成，單片機本身並不具備紅外通信接口，可以利用單片機的串行接口與片紅外發射和接收電路，組成一個單片機控制系統的紅外串行通信接口。
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