1、- i -本科毕业论文（20 届）一种红外光数字模拟通信装置的设计所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期- ii -一种红外光数字模拟通信装置的设计目 录第 1 章 概要 .1第 1.1 节 红外技术的国内外发展及现状 .1第 1.2 节 本课题的主要研究内容 .1第 1.3 节 本课题的研究目的和意义 .2第 2 章 红外通信技术介绍 .3第 2.1 节 红外通信系统的基本组成 .3第 2.2 节 红外通信系统工作原理 .3第 2.3 节 通信协议 .3第 3 章 系统分析 .5第 3.1 节 系统框图设计 .5第 3.2 节 系统性能指标 .5第 4 章 系统设计 .6第
2、4.1 节 系统硬件电路设计 .64.1.1. 温度采集电路设计 .64.1.2. 单片机外围电路设计 .64.1.3. 数据调制和红外发射电路设计 .64.1.4. 红外接收电路设计 .84.1.5. LCD 显示电路设计 .9第 4.2 节 系统软件功能实现设计 .104.2.1. 温度采集模块设计 .104.2.2. 串行通信软件设计 .11第 5 章 系统测试 .16第 5.1 节 系统实物图 .16第 5.2 节 系统对比图 .165.2.1. 当前温度（16.8C） .165.2.2. 加热温度（18.2C） .17结论 .18参考文献 .19致谢 .19附录 .20附录 1：程序
3、 .20附录 2：电路图 .31- 1 -摘要本文介绍基于 51 单片机的红外无线数据传输系统的原理。红外传输系统是一种利用红外线作为传输的无线数据传输方式，它相对于无线电数据通信具有功耗低、保密性高、低电磁干扰、价格便宜等优点，目前发展迅猛，尤其是在近距离无线数据通信中得到广泛的运用。在硬件设计原理的介绍中，主要分析了系统中红外发射电路、红外接收电路和 DS18B20 温度传感器电路。在系统设计的介绍中，我们主要分析控制温度传感器采集数据、对数据的编解码；而液晶显示软件则是为了具有更好的进行人机交互界面。通过调试后，本系统基本达到预期要求，1、具有自动搜寻一帧数据起始位的功能，这样可以有效防
4、止外界的干扰，因此本系统具有广阔的实用价值。2、正确实现通信功能，在 2400 波特率下通信距离达到 4 米左右。关键词：STC89C51 单片机；红外通信；调制解调；串口通信- 2 -AbstractIn this paper, we are introduced infrared wireless data transmission systems theory that based on the single-chip microcomputer 51. Infrared wireless data transmission system is a wireless data trans
5、fer method that uses infrared as a transmission medium, Compared with the radio data communication, it has many advantages in power consumption, Production costs, electromagnetic interference, and the confidentiality. At present, this technology is developing rapidly, In particular, It is widely use
6、d in short-range wireless data communications,In the hardware design principle introduction, We mainly analysis infrared transmitter, IR receiver circuit, DS18B20 temperature sensor circuit, as well as microcontroller peripheral circuits. In introducing the system software design, We mainly analysis
7、 MCU serial communication protocol, to control temperature sensor data collection, data coded; And, The software of the liquid crystal display is better to have the man-machine interface.Through debugging, the system achieved the expected goals, 1,with an automatic search function of initial data, t
8、his can effectively prevent outside interference; 2,the system can correct achieve double-communications functions, in 2400 baud rate, the communication distance can reach about 4 m。 Key words:STC89C51SCM；Infrared communication；Modem ；Serial Communication- 1 -第 1 章 概要第 1.1 节 红外技术的国内外发展及现状笔记本电脑和个人数字产
9、品的增长，红外无线通信从最初的几 Mbps 的已经达到了现在的几百兆比特率，人们对红外个人无线传输系统桌面和网络系统的无线通信进行了大量的研究。红外无线数据通信能满足的数据通信的要求的也越来越高，并具有巨大的，无限带宽的潜力。红外无线数据通信也有一个较低的价格和功率消耗的优点。当 1Mbps的传输速率，红外无线通信约需功率 1W，可无线电通信需要约功率为 150mW。由于红外线可以穿透墙壁和其他不透明的物体，从而具有较高的安全性信息传输。然而，红外无线通信不能穿透对象实现发送，反射光与环境光会干扰红外线的无线通信。即使这样，也不会影响到红外线的无线通信技术在室内通信地位。红外技术的发展促进了红
10、外通信技术的发展，尤其是 20 世纪 90 年代在通信技术有了新的发展和更广泛的应用。在 1993年，一个由元器件，计算机系统，外围设备和电信厂商组成的大集团 - 红外无线数据协会（IRDA），以商定一套标准的红外线通信协议。现在约有 100 多家厂商的支持这个红外线通信标准。在 PC，如微软、苹果、东芝等的主要开发，已在计算机之间使用该高速红外数据的数字设备的通信引入。第 1.2 节 本课题的主要研究内容本次课题是借助 51 单片机来实现功能的，其根本任务就是要完成基于红外线的无线发射、接收和数据处理等问题，在设计过程中主要的任务有以下几个方面：掌握红外无线传输系统的基本组成和红外无线传输系
11、统原理；对系统进行一块一块的分析，其中有数据的采集、数据的发射、数据的接收、调制与解调、串口的通信、LCD 的显示和数码管的控制。掌握对于 51 单片机、红外通信、LCD1602 液晶一定要掌握其控制原理；在进行电路布线时一定要注意信号干扰问题；掌握信号的预处理、信道编解码方式、理论分析与计算（红外发送距离和接收功率、非均匀量化信噪比高、脉冲频率和宽度)和测试及性能数据；从对此系统的有效的通信距离和传输时的波特率的测试，得到系统的性能指标数据。通过以上的过程基本上就能设计出能进行红外无线数据传输的通信系统，并且可以通过串口传输到电脑上实时数据监控。由于编码技术和调制技术的发展与应用，红外无线通
12、信得到极大程度的应用。- 2 -第 1.3 节 本课题的研究目的和意义在电脑技术发展的早期，线缆传输需要特制的接口，有限线缆的制造成本较高。于是人们就开始研究无线的数据传输来取代这种传统的线缆传输，就有了现在比较熟悉的红外、蓝牙等无线传输技术。红外无线技术与其他无线技术比较有许多优点：1、红外线在传输过程中不受无线电干扰，因此具有很强的保密性和稳定性；2、红外无线数据传输系统相对于别的无线传输系统来说，结构要简单的多，因此可以降低整个系统的成本；3、红外线具有很好的方向性，所以它特别适合方向性很强的无线数据传输；4、其传输不受地域的限制既可以在室内使用也可以在室外使用。5、红外无线数据传输还具
13、有低功耗的特点；6、随着编码调制技术的发展，其数据传输速率越来越高，信息容量也变得越来越来大。现在红外通信技术得到迅猛的发展，广泛运用于移动设备、室内办公设备、各种近距离遥控系统以及电脑外围设备等。虽然红外无线数据传输还存在一些不足，但是他在近距离数据传输和控制上相对于别的无线传输方式还是具有很大的优势。所以，研究红外无线数据传输是一个非常有意义的课题。- 3 -第 2 章 红外通信技术介绍第 2.1 节 红外通信系统的基本组成红外数据的发射、数据的信道传输和数据的接收组成了红外通信系统。发射部分：主要包括红外发射器和编解码控制器；信道部分：信道是传输信息的载体，本系统是以红外线作为传输媒介进
14、行通信的；接收部分：主要包括红外接收器和解码控制器，其主要功能就是完成接收信号的正确解调和解码。图 2-1 所示的就是一个最基本的红外无线通信系统。M C U红外发射器红外接收器M C U数据传输 传输信道 数据传输图 2-1 红外通信系统基本组成第 2.2 节 红外通信系统工作原理红外传输是利用 950nm 的近红外波段来作传输载体，先将发射端的二进制数字信号调制到 38khz 的载波上后，然后利用将电信号转化成光信号，在接收端将光信号重新解调成电信号，然后经过一系列的滤波放大电路来进行电信号的解析。第 2.3 节 通信协议红外无线通信具有标准的应用协议，这个协议是由红外数据委员会所建立。红
15、外数据委员会是一个旨在建立开放的红外数据通信标准的工业机构间协作组织。红外数据委员会规定了红外物理层协议、红外链路访问层协议、红外链路管理层协议，并且还规定了一些专门的应用层协议。协议结构如图2-4所示。图2-4 红外通信协议结构红外物理层协议是规定了自由空间中点对点电器设备之间采用半双工通信的红外链- 4 -接标准，规定串行红外(SIR ) 数据发射速率分别至115.2Kpbs、0.576Mbps、1. 152 Mbps、4 Mbps、16 Mbps。 链路访问层协议是在物理层协议的基础上进一步规定了通信协议中堆栈的分配。目前只对LOS 方式作了规定，包括协议服务、环境假设、协议实现的消息表
16、、对消息的编码、消息交互规范，该链路协议适用于点对点或点对多点传输。红外链路管理层协议为多个软件应用能够独立、同时地操作入口提供支持，从而共享一个IrLAP 连接。- 5 -第 3 章 系统分析第 3.1 节 系统框图设计在系统设计时，在数据的传输过程中实行单向通信，通过数码管 LCD 液晶显示增加了人机交互功能，在使用中也有很大的实用性。下图 3-1 就是我们本次系统的结构框图。温度传感器数据采集单片机微控制器L C D 本地显示数据发射红外调制发射无线信道红外解调接收数据接收单片机微控制器L C D 本地显示图 3-1 系统整体结构框图整个系统分为两部分：发射部分和接收部分。首先，通过单片
17、机对温度传感器的控制来采集温度；然后，把采集到的数据送到单片机中进行分析处理，并通过 LCD 进行温度显示；通信部分，它主要包括发射和接收两部分；发射部分：通过 DS1820 温度传感器采集温度传输到单片机中，单片机进行自动编码，在由其产生的信号调制到 38khz 的载波上，再由红外发射管发射；接收部分：利用一体化的集成红外接收头 HS0038B 接收到38Khz 频率的信号，通过其内部的电路的放大滤波解调重新获得初始的信号。第 3.2 节 系统性能指标本系统的设计中，首先要实现的功能就是完成数据的正确发送和接收；最后，显示部分一定要很直观的反应系统的工作状态、数据处理情况等。因此，根据以上要求设计本系统的性能指标如下：(1)、 正确的通过红外线进行数据发射和接收；(2)、 采集的环境温度数据精确到小数点后一位；(3)、 红外的有效传输距离 2m；(4)、 显示部分准确显示系统的工作状态、工作模式、温度数据等；(5)、 具有自动搜索一组数据标志位的能力，即使在某一时刻数据被打乱，接下来只- 6 -要通信信道通常，系统就能自动搜索正确数据的起始位。
