簡易紅外網絡通訊系統的設計及實現

摘要:本文設計的簡易紅外網絡通訊系統以89C2051單片機為核心，結合發射、接收、顯示和鍵盤等電路，完成一定距離的多臺設備相互通訊的功能。具有方向性強、數據傳輸干擾少、速度快、保密性好、價格便宜、不會危害人類健康等特點，在工業中有一定應用。

關鍵詞:紅外通訊 單片機 發射

2009年國家大學生創新性實驗計劃項目，項目名稱：小型自動搬運系統，項目編號：091029047

一、簡易紅外網絡通訊系統的主要功能

（1）本系統可實現多臺設備聯網互相進行通訊；（2）通訊距離不小于7m； （3）每一臺設備可隨意設置目的機地址碼，用發射鍵控制進行發射；（4）每一臺設備能對接收的通訊信號進行識別，只有與本機地址編號相符的信號才被接收，其余信號自動丟棄；（5）顯示電路用一位LED閃爍表示該設備正在工作或在被控制，處于接收狀態；使用LED顯示發送機地址編號。

二、系統硬件電路設計

（1）總體方案設計。根據系統功能要求，系統應有控制器、接收電路、發射電路、鍵盤電路、顯示電路、輸出控制電路幾部分組成。系統總體框圖如圖1所示。

（2）控制器的選型。本系統控制器使用單片機89C2051，輸出端口可直接驅動LED，需外接晶振和復位電路。

（3）紅外接收器件及接收電路。本系統紅外接收器件選用HS0038（一個小型的一體化紅外遙控接收器件）。HS0038輸入的信號是以38～40 kHz為載波的編碼信號，對已調波進行解調，對解調后的波形進行輸出。當有接收38～40 kHz的方波信號時，輸出是低電平0V；當沒有接收38～40 kHz的方波信號時，輸出是高電平4.8V。

HS0038的輸出信號直接接入AT89C2051單片機的INT0（P3.2）口，定時器T0初始化為定時器工作方式1，每次外部中斷首先起動定時器T0，記錄T0的計數值，然后將T0 計數值清零，并重新啟動定時，T0的值即為低電平脈寬。兩個脈沖之間時間在1.5～2.5 ms為接收“0”，3.5～4.5 ms為接收“1”。

（4） 紅外發射電路

用單片機調制38kHz方波，然后將已調方波放大，驅動紅外發光二極管，就可以得到紅外發射信號。38kHz方波通過AT89C2051軟件編程實現。

發射時，首先由軟件編程產生38kHz的方波信號，周期T=26μs，輸出13μs高電平、13μs低電平。當需要發射“0”時，單片機輸出1ms 38kHz方波（接P3.2），1ms低電平；當需要發射“1”時，單片機輸出2ms 38kHz方波，2ms低電平，通過紅外管發射。

此發射電路經測試，發射接收距離只有2米。為了增加發射距離，我們采用以下兩種方法：方法一：采用多管發射，兩個發射管發射電路。方法二：在發射管上加裝聚光罩。

電阻R3的計算：三個發射管導通時壓降約為4.2V，三極管導通壓降約為0.3V，發射管的電流為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在本系統中共有7個鍵，有3個鍵用來設置本機地址，3個鍵用來設置目的機地址，1個鍵用來向目的機發射。設置本機及目的機地址的鍵盤用撥碼開關S1（接P1.0、P1.1、P1.2）、S2（接P1.3、P1.4、P1.5），向目的機發射的鍵盤用按鍵開關SW（接P1.7）。②系統采用3位LED D1、D2、D3顯示發送機的地址（接P3.3、P3.4、P3.5）。③輸出控制電路用來指示控制信號。輸出控制指示信號為D4（接P1.6），用來指示已接到控制信號。

三、系統軟件設計

系統軟件流程圖如圖2所示。本系統包括六個發送子程序，其中發送子程序1是1ms的38kHz信號，相當于信息0高電平；發送子程序2是1ms的0信號，相當于信息0低電平；發送子程序3是2ms的38kHz信號，相當于信息1高電平；發送子程序4是2ms的0信號，相當于信息1低電平；發送子程序5是4ms的38kHz信號，是信息起始位的高電平；發送子程序6是4ms的0信號，是信息起始位的低電平。

四、系統電路調試

（1）發射管的狀態與發射接收距離測試。采用3個發射管串聯加聚光罩，通訊距離可達7米以上。

（2）本機地址與目的機地址、發送機地址、控制輸出的測試。每一次目的機都能接到控制信號（接收信號有指示），而且能正確顯示發送機的地址。任意一臺設備可以與其他7臺設備通訊，發射、接收、鍵盤、顯示、接收控制信號各部分電路均能正確工作。

五、結語

通過對本系統電路測試，基本實現既定功能。為提高發射接收距離采用多發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射數據頭的方法濾波，硬件上選用抗干擾能力強的接收器件。為降低電源功耗采用多發射管串聯的方法，選用低電壓工作器件。改進后的系統在工業控制中具有更加廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京:清華大學出版社，2004

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

（責任編輯：祁彩云）