用51單片機(jī)控制紅外線通信接口電路設(shè)計(jì)

在通信系統(tǒng)中，常利用非電信號(hào)來傳遞控制信號(hào)和數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)遙控或遙測的功能紅外通信，具有控制簡單、實(shí)施方便，傳輸可靠性高的特點(diǎn)，是一種較為常用的通信方式。紅外通信利用950 nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，發(fā)送端采用脈時(shí)調(diào)制方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送，接收端將收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。再經(jīng)過放大、濾波處理后送給解調(diào)電路，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出。

1 系統(tǒng)的總體構(gòu)成
紅外通信系統(tǒng)采用紅外光傳輸及無限工作機(jī)制，其組成結(jié)構(gòu)主要包括：紅外發(fā)射器，通信信道，紅外接收器三大部分組成。
(1)完成信號(hào)的電光變換并向空間發(fā)射紅外脈沖

紅外發(fā)射器的關(guān)鍵是紅外發(fā)光二極管和響應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。紅外發(fā)光耳機(jī)光首先要滿足其調(diào)制帶寬大于信號(hào)的頻譜寬度，保證通信線路暢通。此外發(fā)光二極管的發(fā)射波長應(yīng)與接收端的光電探測器(選用硅光二極管)的峰值響應(yīng)相匹配，最大程度地抑制背景雜散光干擾，現(xiàn)階段一般選用780nm～950 nm的紅外波段進(jìn)行數(shù)字信號(hào)傳輸。由于紅外無線通信系統(tǒng)的信噪比與發(fā)射功率的平方成正比，所以適當(dāng)提高紅外發(fā)射器的發(fā)射功率，并采用空間分集、全息漫射片等可使發(fā)射端的光功率在空間均勻分布的措施來降低誤碼率，提高通信質(zhì)量。其原理圖如圖1所示。

(2)紅外接收器
紅外接收器包括紅外接收部分以及后續(xù)的信號(hào)采濾波、判決、量化、均衡和解碼等其原理框圖如圖2所示。

紅外接收端的工作過程，首先進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將紅外脈沖信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)念l域均衡后進(jìn)行碼元判決，碼元判決電路是接收器設(shè)計(jì)的核心部分。由于信號(hào)采用紅外無線進(jìn)行穿社，其電平變化范圍較大，所以碼元判決電路必須是自適應(yīng)的。接收的信號(hào)經(jīng)自適應(yīng)碼元判決后變成數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕獯a轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的信號(hào)輸入端。
(3)通信信道
紅外無線數(shù)字通信的信道泛指發(fā)射器與接收器之間的空間。由于自然光及人工光源等背景光信號(hào)的介入，信號(hào)源以及發(fā)射、接收設(shè)備中電學(xué)或光學(xué)噪聲的影響，紅外無線數(shù)字通信在某些場合的通信質(zhì)量較差，需要采用信道編碼技術(shù)來提高抗干擾能力。
在紅外線通信系統(tǒng)中，由于紅外發(fā)射器的發(fā)射功率較小，而且信號(hào)采用紅外線進(jìn)行傳輸，易受外界環(huán)境的影響，這些因素導(dǎo)致了紅外接收器的信號(hào)很弱，并且電平變化范圍較大。因此，低噪聲的前置放大器設(shè)計(jì)和自適應(yīng)的碼元判決電路是必須的。低噪聲的前置放大器一般選用輸入阻抗較高的場效應(yīng)管放大器，并要求帶寬大，增益高，噪聲低，干擾小，頻率響應(yīng)與信道脈沖響應(yīng)匹配。自適應(yīng)的碼元判決電路能自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)電平的變化，得到最佳的閾值電平，并根據(jù)此閾值電平對信號(hào)進(jìn)行判決，將其變換為數(shù)字電平之后進(jìn)行解碼，恢復(fù)原始信號(hào)。同時(shí)，為了濾去低頻噪聲及人為干擾采用帶通濾波器，為了與調(diào)制特性匹配并消除碼間干擾常采用均衡技術(shù)，為了獲得較大的光接收器工作范圍及瞬時(shí)視場采用球形光學(xué)透鏡。這些措施都是將有利于紅外無線通信質(zhì)量的提高。

2 紅外串行通信接口電路設(shè)計(jì)
單片機(jī)控制的紅外通信系統(tǒng)主要有紅外發(fā)射器，紅外接收器，以及單片機(jī)89C51三部分組成，單片機(jī)本身并不具備紅外通信接口，可以利用單片機(jī)的串行接口與片紅外發(fā)射和接收電路，組成一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)的紅外串行通信接口。