红外数据发射与接收系统设计

南京理工大学毕业设计说明书(论文)作者:刘剑学号：1004240219学院(系):电子工程与光电技术学院专业:电子科学与技术题目:红外无线传输系统发射电路设计指导者：路东明讲师(姓名)(专业技术职务)评阅者：(姓名)(专业技术职务)2014年5月南京理工大学毕业设计（论文）评语学生姓名：班级、学号：题目：综合成绩：指导者评语：指导者(签字)：年月日毕业设计（论文）评语评阅者评语：评阅者(签字)：年月日答辩委员会（小组）评语：答辩委员会（小组）负责人(签字)：年月日毕业设计说明书（论文）中文摘要红外无线通信是无线通信重要的一种，是目前使用较广泛的无线通信方式。红外无线数据传输系统具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。红外通信系统通常分为发射、接收两部分。发射系统将要发送的数据编码后，以串行形式通过红外发光二极管发送出去，接收系统通过接收电路对红外信号进行接收与解调。本文主要分为六大部分，对红外通信作了比较详尽的阐述，讲述了红外通信收、发系统的设计思想与设计方案以及软件算法、程序源代码，并给出了调试结果。系统比较完善，完成了数据的获取、调制、发送、接收、显示等基本功能。关键词红外通信，发射电路，单片机毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleThecircuitdesignofinfraredwirelesstransmissionsystemAbstractWirelessinfraredcommunicationinwirelesscommunicationisanimportantwayofwirelesscommunication,iscurrentlyusedwidely.Infraredwirelessdatatransmissioncontrolsystemhassimple,convenient,theimplementationoftransmissionandhighreliability,isamorecommonmeansofcommunication.Infraredcommunicationsystemisusuallydividedintotwopartstolaunch,receiving.Datacodingsystemwillbesent,inserialformthroughtheinfraredlightemittingdiodeissent,receivedthroughreceivingcircuitforreceivinganddemodulatingtheinfraredsignal.Thispaperisdividedintosixparts,theinfraredcommunicationareexpoundedindetail,describestheinfraredcommunication,thesystem'sdesignideaanddesignschemeandthesoftwarealgorithm,theprogramsourcecode,andthedebuggingresultsaregiven.Relativelyperfectsystem,completedtheacquisition,modulation,transmitting,receiving,displaythebasicfunctionofdata.Keywordsinfraredcommunication,thetransmittingcircuit,singlechipmicrocomputer本科毕业论文目次1引言……………………………………………………………………………………011.1红外通信概述………………………………………………………………………011.2红外通信的优、缺点………………………………………………………………032红外无线传输发射系统硬件设计……………………………………………………042.1红外通信的原理……………………………………………………………………042.2仿真电路原理图及工作过程………………………………………………………052.3键盘输入电路设计…………………………………………………………………062.4复位电路设计………………………………………………………………………072.5数据显示原理………………………………………………………………………072.6发射电路设计………………………………………………………………………082.7接收电路设计………………………………………………………………………093数据的编码、解码…………………………………………………………………113.1数据的编码…………………………………………………………………………113.2数据的解码…………………………………………………………………………123.3发送信号的构成……………………………………………………………………134程序流程图……………………………………………………………………………144.1发送程序……………………………………………………………………………144.2接收程序……………………………………………………………………………155实验结果………………………………………………………………………………175.1载波及红外接收头输出波形………………………………………………………175.2红外发光二极管输出波形…………………………………………………………185.3红外接收头输出波形反向示意图…………………………………………………186实验中遇到的问题……………………………………………………………………20结论………………………………………………………………………………………23致谢………………………………………………………………………………………24参考文献…………………………………………………………………………………25附录A发射程序源代码………………………………………………………………27附录B接收程序源化码………………………………………………………………33图1发射电路实物图…………………………………………………………………36图2接收电路实物图…………………………………………………………………37本科毕业论文第01页共37页1引言随着科学技术的发展进步，越来越多的电子产品相继问世。不同电子产品间的信息交流与交换变得越来越密切，有线通讯对于数据的交流与交换承担了重要角色。有线通信利用金属导线、光纤等有形媒质传送信息的方式。传输内容包括有线电话，有线电报，有线传真等。有线通信一般受干扰较小，可靠性，保密性强，适合远距离数据传输。但有线通信设备一般比较复杂、费用较高、维护困维，尤其在短距离数据传输时存在一些不便，例如各种电子设备的数据传输端口存在差异，使得不同电子设备之间难以实现连接匹配，另外由于不同设备端口的数据传输方式不同，对于一些可移动的电子产品间难以完成数据交换，除此之外，由于数据传输线的携带不便，使得有线通信在短距离通信方面存在一些不足，人们迫切寻找一种简单方便的短距离数据传输新方法，无线通信应运而生。其中红外无线通信是无线通信重要的一种，是目前使用较广泛的无线通信方式。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。由于红外通信系统具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型继电器装置上也纷纷采用红外通信技术，不仅完全可靠而且能有效地隔离电器干扰。本课题的主要工作是探索红外通信原理，完成红外通信收、发系统的设计与硬件电路的搭建，实现程序的编写与电路的调试。在本文的第一部分对红外通信进行了概述，包括红外通信的发展、应用以及红外通及的优、缺点。第二部分硬件电路的设计，包括数据源电路、显示电路、复位电路、发射电路和接收电路。第三、四部分是软件部分解析，包括数据的调制与解调、信号的构成、程序流程图及软件实现方法。第五部分主要讲调试结果，在这一部分中列举了大量图像。最后一部分主要讲了实验中遇到的问题与解决方法。1．1红外通信概述红外无线通信在短距离无线通信中扮演着重要角色，红外通信设备成本低廉，具有广泛的兼容性，因此在无线通信领域占有重要地位。采用红外无线传输可以不受空间电磁波的干扰，保密性好，安全性高，不需要埋电缆，电路合理，使用方便，经济实用，且在功能上易于扩展。因此在短距离数据传输和可移动设备间的数据交流领域本科毕业论文第02页共37页得到广泛应用。在红外通信发展早期，存在不同的红外通信标准。采用不同红外通信标准的各设备之间不能随意进行数据传输与交换，由此严重的限制了红外通信的兼容性，阻碍了红外通信技术的发展与应用。为了扩大红外通信的兼容性，实现不同电子设备之间信息的自由交流与交换，1993年，成立了红外数据协会(IrDA)，该协会统一了红外通信的标准———IrDA红外数据通信协议及规范。IrDA红外数据通信协议及规范由3个基本的规范和协议组成:物理层规范、链接建立协议(IrLAP)和链接管理协议(IrLMP)。物理层规范是针对红外通信硬件设计上的目标和要求制定的，IrLAP和IrLMP都是软件层，主要针对链接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，IrDA还发布了一些其他的有更高级用途的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM和IrBus等。目前，全球采用IrDA技术的设备已经超过了5000万部，无论从技术成熟度还是普及度来说，红外无线通信技术都是其他无线连接技术无法相比的。红外通信的应用非常广泛。最早的红外通信应用是电视的遥控器，而后大部分的室内电子设备普遍采用红外通信进行调控，如空调、电冰箱以及门窗等。最近几年红外也被应用在笔记本电脑、数码相机移动电话等设备。随着科技的不断进步，大量新的电子产品、设备被制造与使用，红外通信的使用变得更加广泛，开始应用于各个领域。红外通信在军事上的一个重要应用是红外制导。红外制导是导弹制导体制的一种，导弹中安装导引头，它能接收从目标辐射或反射来的红外线能量，并将接收到的红外线光能量转换成电信号或图像信号，再通过对电信号或图像信号的处理和分析，计算确定目标相对于导引头视轴的角偏差，控制系统根据这个角偏差来控制导弹的飞行方向，指引导弹攻击目标，从而完成红外制导。此外，红外通信在军事上还应用于红外夜视仪、红外侦察、红外对抗以及通信、报警、毒气监测、弹药引爆和区域警戒等方面。红外通信在医用方面可以用来检查和发现病变。任何高于绝对温度的物体，每时每刻都在向外界进行红外辐射，人体也同样不断进行差红外辐射。当人体某一部位发生病变后，该部位的辐射能量会发生变化，由此改变了辐射场状态，红外探测器捕捉人体辐射的红外能量，与正常情况下人体的红外辐射场进行对比分析，发现异常，由此确定人体的病变部位。在工业上，可以利用红外热像仪来获得物体的热图像。红外热像仪可进行非接触本科毕业论文第03页共37页式、高分辨率的热图像，可以提供测量目标的众多信息，弥补了人类肉眼的不足。物体不断的向外部空间辐射红外能量，热像仪利用光学透镜捕捉红外辐射能量，通过热探测器将红外热图像成像在光敏元上，这种热图像与物体的辐射能量相对应，通过光敏元转化成可见光图像。图像上不同颜色，代表了探测目标的不同温度。红外通信以其独特的优势在日常生活、工农业、军事、医疗等方面发挥着巨大作用，在未来红外通信的地位和作用将会越来越突出，红外通信技术的不断发展，将给未来人们生产、生活带来更大的便利。1．2红外通信的优、缺点红外通信的应用越来越广泛，这与它独特的优点是分不开的。红外通信没有具体的数据传输线，以红外射线代替数据线，简化了设备，不需要在两设备间铺设任何的线路，省略了由于铺设线路带来的开支，也不存在如有线通信中存在的线路维修、电缆保护等问题，大大节省了经费。红外通