簡(jiǎn)易紅外網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

摘要:本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易紅外網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)以89C2051單片機(jī)為核心，結(jié)合發(fā)射、接收、顯示和鍵盤等電路，完成一定距離的多臺(tái)設(shè)備相互通訊的功能。具有方向性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸干擾少、速度快、保密性好、價(jià)格便宜、不會(huì)危害人類健康等特點(diǎn)，在工業(yè)中有一定應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:紅外通訊 單片機(jī) 發(fā)射

2009年國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱：小型自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)，項(xiàng)目編號(hào)：091029047

一、簡(jiǎn)易紅外網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的主要功能

（1）本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)互相進(jìn)行通訊；（2）通訊距離不小于7m； （3）每一臺(tái)設(shè)備可隨意設(shè)置目的機(jī)地址碼，用發(fā)射鍵控制進(jìn)行發(fā)射；（4）每一臺(tái)設(shè)備能對(duì)接收的通訊信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，只有與本機(jī)地址編號(hào)相符的信號(hào)才被接收，其余信號(hào)自動(dòng)丟棄；（5）顯示電路用一位LED閃爍表示該設(shè)備正在工作或在被控制，處于接收狀態(tài)；使用LED顯示發(fā)送機(jī)地址編號(hào)。

二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

（1）總體方案設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)應(yīng)有控制器、接收電路、發(fā)射電路、鍵盤電路、顯示電路、輸出控制電路幾部分組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

（2）控制器的選型。本系統(tǒng)控制器使用單片機(jī)89C2051，輸出端口可直接驅(qū)動(dòng)LED，需外接晶振和復(fù)位電路。

（3）紅外接收器件及接收電路。本系統(tǒng)紅外接收器件選用HS0038（一個(gè)小型的一體化紅外遙控接收器件）。HS0038輸入的信號(hào)是以38～40 kHz為載波的編碼信號(hào)，對(duì)已調(diào)波進(jìn)行解調(diào)，對(duì)解調(diào)后的波形進(jìn)行輸出。當(dāng)有接收38～40 kHz的方波信號(hào)時(shí)，輸出是低電平0V；當(dāng)沒(méi)有接收38～40 kHz的方波信號(hào)時(shí)，輸出是高電平4.8V。

HS0038的輸出信號(hào)直接接入AT89C2051單片機(jī)的INT0（P3.2）口，定時(shí)器T0初始化為定時(shí)器工作方式1，每次外部中斷首先起動(dòng)定時(shí)器T0，記錄T0的計(jì)數(shù)值，然后將T0 計(jì)數(shù)值清零，并重新啟動(dòng)定時(shí)，T0的值即為低電平脈寬。兩個(gè)脈沖之間時(shí)間在1.5～2.5 ms為接收“0”，3.5～4.5 ms為接收“1”。

（4） 紅外發(fā)射電路

用單片機(jī)調(diào)制38kHz方波，然后將已調(diào)方波放大，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，就可以得到紅外發(fā)射信號(hào)。38kHz方波通過(guò)AT89C2051軟件編程實(shí)現(xiàn)。

發(fā)射時(shí)，首先由軟件編程產(chǎn)生38kHz的方波信號(hào)，周期T=26μs，輸出13μs高電平、13μs低電平。當(dāng)需要發(fā)射“0”時(shí)，單片機(jī)輸出1ms 38kHz方波（接P3.2），1ms低電平；當(dāng)需要發(fā)射“1”時(shí)，單片機(jī)輸出2ms 38kHz方波，2ms低電平，通過(guò)紅外管發(fā)射。

此發(fā)射電路經(jīng)測(cè)試，發(fā)射接收距離只有2米。為了增加發(fā)射距離，我們采用以下兩種方法：方法一：采用多管發(fā)射，兩個(gè)發(fā)射管發(fā)射電路。方法二：在發(fā)射管上加裝聚光罩。

電阻R3的計(jì)算：三個(gè)發(fā)射管導(dǎo)通時(shí)壓降約為4.2V，三極管導(dǎo)通壓降約為0.3V，發(fā)射管的電流為100mA，所以R3=（5-4.2-0.3）V/0.1A=5Ω。

（5）鍵盤電路、顯示電路、輸出控制電路

①在本系統(tǒng)中共有7個(gè)鍵，有3個(gè)鍵用來(lái)設(shè)置本機(jī)地址，3個(gè)鍵用來(lái)設(shè)置目的機(jī)地址，1個(gè)鍵用來(lái)向目的機(jī)發(fā)射。設(shè)置本機(jī)及目的機(jī)地址的鍵盤用撥碼開(kāi)關(guān)S1（接P1.0、P1.1、P1.2）、S2（接P1.3、P1.4、P1.5），向目的機(jī)發(fā)射的鍵盤用按鍵開(kāi)關(guān)SW（接P1.7）。②系統(tǒng)采用3位LED D1、D2、D3顯示發(fā)送機(jī)的地址（接P3.3、P3.4、P3.5）。③輸出控制電路用來(lái)指示控制信號(hào)。輸出控制指示信號(hào)為D4（接P1.6），用來(lái)指示已接到控制信號(hào)。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示。本系統(tǒng)包括六個(gè)發(fā)送子程序，其中發(fā)送子程序1是1ms的38kHz信號(hào)，相當(dāng)于信息0高電平；發(fā)送子程序2是1ms的0信號(hào)，相當(dāng)于信息0低電平；發(fā)送子程序3是2ms的38kHz信號(hào)，相當(dāng)于信息1高電平；發(fā)送子程序4是2ms的0信號(hào)，相當(dāng)于信息1低電平；發(fā)送子程序5是4ms的38kHz信號(hào)，是信息起始位的高電平；發(fā)送子程序6是4ms的0信號(hào)，是信息起始位的低電平。

四、系統(tǒng)電路調(diào)試

（1）發(fā)射管的狀態(tài)與發(fā)射接收距離測(cè)試。采用3個(gè)發(fā)射管串聯(lián)加聚光罩，通訊距離可達(dá)7米以上。

（2）本機(jī)地址與目的機(jī)地址、發(fā)送機(jī)地址、控制輸出的測(cè)試。每一次目的機(jī)都能接到控制信號(hào)（接收信號(hào)有指示），而且能正確顯示發(fā)送機(jī)的地址。任意一臺(tái)設(shè)備可以與其他7臺(tái)設(shè)備通訊，發(fā)射、接收、鍵盤、顯示、接收控制信號(hào)各部分電路均能正確工作。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)電路測(cè)試，基本實(shí)現(xiàn)既定功能。為提高發(fā)射接收距離采用多發(fā)射管加聚光罩的方法，在接收管端也可以加聚光罩。為提高信道抗干擾能力采用軟件發(fā)射數(shù)據(jù)頭的方法濾波，硬件上選用抗干擾能力強(qiáng)的接收器件。為降低電源功耗采用多發(fā)射管串聯(lián)的方法，選用低電壓工作器件。改進(jìn)后的系統(tǒng)在工業(yè)控制中具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉毅敏，史作鋒.編碼信息紅外發(fā)射與接收器[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007(14)

（責(zé)任編輯：祁彩云）