红外光通信装置-电赛报告

2013年全国大学生电子设计竞赛红外光通信装置（F题）【本科组】2013年9月6日2目录摘要........................................................................................................................................31.系统方案设计....................................................................................................................51.1设计任务............................................................................................................................51.2方案的设计与论证............................................................................................................51.2.1红外光通信装置总体方案设计................................................................................51.2.2单片机模块的选择....................................................................................................61.2.3红外发射接收装置模块的选择................................................................................71.2.4语音采集模块方案的选择........................................................................................72.单元硬件电路设计..............................................................................................................72.1发射部分电路的设计.......................................................................................................72.2中转部分电路的设计.................................................................................................82.3接收部分电路的设计.................................................................................................83.程序设计.............................................................................................................................93.1发射装置程序流程图.......................................................................................................93.2接收装置程序流程图.....................................................................................................104.系统测试...........................................................................................................................105．理论分析与计算.............................................................................................................116.结论...................................................................................................................................12参考文献..............................................................................................................................12附录......................................................................................................................................133摘要随着红外技术的发展，红外光通信已经成为越来越普及的无线通信方式。在本次设计作品中，红外光通信装置采用红外光传输及无线工作机制，其组成结构主要包括：红外发射装置、中继转发节点、红外接收装置三部分组成。红外发射装置主要是由声音采集系统经单片机存储后发射，红外接收装置接收到的信息经单片机存储后再经过D/A转换播放。通过采用A/D，D/A转换的方法达到了本次作品设计的目的。在电子消费领域当中，红外产品的使用较为普遍，它多用于简单的近距离控制，如家电、玩具、各种抄表系统、工业控制、娱乐设施等领域。所以，其具有很强的现实意义。关键词：红外通信发射接收A/D转换D/A转换4AbstractWiththedevelopmentofinfrared,andinfraredopticalcommunicationhasbecomemoreandmorepopularwayofwirelesscommunication.Thisdesignworks,infra-redcommunicationdevicesuseinfraredlighttransmissionandwirelessworkingmechanisms,itscompositioninclude:infraredemittingdevice,relaynode,aninfraredreceiverunitiscomposedofthreeparts.InfraredLaunchercorrespondswithsoundcollectionsystembysingle-chipcomputermemoryafterthelaunch,IRreceiverreceivestheinformationviaasingle-chipstorage,andthenafterd/aconversionplay.Throughtheuseofa/d,d/aconversionwaytoachievethepurposeoftheproductiondesign.Inthefieldofconsumerelectronics,usinginfraredproductsaremoreprevalent,itisusedforsimplecontrolatcloserange,suchashouseholdappliances,toys,meteringsystems,industrialcontrol,recreationalfacilities,andotherfields.So,ithasalotofpracticalsignificance.Keywords:InfraredCommunicationlaunchreceiveA/DconversionD/Aconversion51系统方案设计1.1设计任务根据命题要求，设计并制作一个红外光通信装置。红外光通信装置利用红外发光管和红外接收模块作为收发器件用来定向传输语音信号，传输距离为2m.传输的语音信号频率范围为300–3400HZ，接收的声音应无明显失真。此外，增加一路数字信道，实时传输发射端环境温度，并能在接收端显示。数字信号传输时延不超过10s，温度测量误差不超过２℃，语音信号和数字信号能同时传输。同时，设计并制作一个红外光通信中继转发节点，以改变通信方向90℃，延长通信距离2m，中继转发节点采用５V直流单电源供电，尽量减小转发节点供电电流。1.2方案的设计与论证１.2.1红外光通信装置总体方案设计整套方案主要由红外发射装置、中继转发节点、红外接收装置三部分组成。先把传输进红外发射装置的声音经过放大电路进行放大，然后由STC12C5A08S2单片机自身带有的A/D转换功能把模拟信号转换为数字信号对放大之后的语音进行采集，同时把采集到的数字信号存储到STC12C5A08S2单片机中。然后，经555定时器电路产生38K载波，并利用三极管对单片机中存储的数据和555定时器产生的38K载波进行调制到达中继转发节点，并由1838红外接收头进行解调，接着把解调后的信号编码发送给中继点上的单片机STC11F04E，并由此单片机对其数据进行取反。再由555定时器电路产生38K载波，利用三极管对经单片机取反后的数据和38K载波进行调制，之后到达接收点。到达接收点的信号经STC12C5A08S2进行解码，送给TLC5615CP芯片构建的D/A转换电路把数字信号转换为模拟信号，最后再将此模拟信号发送给耳机，并由耳机播放。采用此方案的框图如下：6温度、音频１.2.2单片机模块的选择方案一：传统51系列是的单片机，受其结构本身的限制很大，尤其模拟功能部件的增加更显困难，而且运行速度很慢，功耗比较高，抗干扰能力也不是很强。方案二：STM32系列具有一流的外设、低功耗、最大的集成度、简单的结构和易用的工具，是ARM公司的高性能Cortex-M3内核。但我们对此系列的单片机的编程操作不太熟练。方案三：宏晶芯片STC12C5A08S2是增强型的51系统单片机，具有一个时钟，高速、高可靠、宽电压、增加第二复位功能脚和外部掉电检测电路，采用低功耗设计，最重要的是其内部有AD外设和45K的EEPROM,我们可由此进行模数转换和信息存储。STC11F04E单片机超强抗干扰，超强抗静电，速度快，输入/输出口多，超低功耗，在系统可编程，无需编程器，无需仿真器，放大系统单片机发送中继转发节点显示温度音频信号A/D采集单片机存储红外接收装置单片机存储DAC播放温度信号7可远程升级。由于对于中继点低功耗的要求，所以把此单片机用于中继转发节点。基于我们对各种系列单片机运用的熟练程度和此次作品中所要实现的各项基本功能，我们决定在此方案设计中采用方案三。１.2.3红外发射接收装置模块的选择方案一：红外模拟信号。这种方法速度快，能达到实时传输效果。但是，在传输过程中，噪音比较大，容易受干扰。而且，传输的距离也比较近。方案二：红外数字信号。将要发射出去的模拟信号转换成数字信号，将数字信号送给红外发射电路，经该电路的调制转变成红外光信号在空中传输，到达中继转发