简易红外网络通讯系统的设计及实现

摘要:本文设计的简易红外网络通讯系统以89C2051单片机为核心，结合发射、接收、显示和键盘等电路，完成一定距离的多台设备相互通讯的功能。具有方向性强、数据传输干扰少、速度快、保密性好、价格便宜、不会危害人类健康等特点，在工业中有一定应用。

关键词:红外通讯 单片机 发射

2009年国家大学生创新性实验计划项目，项目名称：小型自动搬运系统，项目编号：091029047

一、简易红外网络通讯系统的主要功能

（1）本系统可实现多台设备联网互相进行通讯；（2）通讯距离不小于7m； （3）每一台设备可随意设置目的机地址码，用发射键控制进行发射；（4）每一台设备能对接收的通讯信号进行识别，只有与本机地址编号相符的信号才被接收，其余信号自动丢弃；（5）显示电路用一位LED闪烁表示该设备正在工作或在被控制，处于接收状态；使用LED显示发送机地址编号。

二、系统硬件电路设计

（1）总体方案设计。根据系统功能要求，系统应有控制器、接收电路、发射电路、键盘电路、显示电路、输出控制电路几部分组成。系统总体框图如图1所示。

（2）控制器的选型。本系统控制器使用单片机89C2051，输出端口可直接驱动LED，需外接晶振和复位电路。

（3）红外接收器件及接收电路。本系统红外接收器件选用HS0038（一个小型的一体化红外遥控接收器件）。HS0038输入的信号是以38～40 kHz为载波的编码信号，对已调波进行解调，对解调后的波形进行输出。当有接收38～40 kHz的方波信号时，输出是低电平0V；当没有接收38～40 kHz的方波信号时，输出是高电平4.8V。

HS0038的输出信号直接接入AT89C2051单片机的INT0（P3.2）口，定时器T0初始化为定时器工作方式1，每次外部中断首先起动定时器T0，记录T0的计数值，然后将T0 计数值清零，并重新启动定时，T0的值即为低电平脉宽。两个脉冲之间时间在1.5～2.5 ms为接收“0”，3.5～4.5 ms为接收“1”。

（4） 红外发射电路

用单片机调制38kHz方波，然后将已调方波放大，驱动红外发光二极管，就可以得到红外发射信号。38kHz方波通过AT89C2051软件编程实现。

发射时，首先由软件编程产生38kHz的方波信号，周期T=26μs，输出13μs高电平、13μs低电平。当需要发射“0”时，单片机输出1ms 38kHz方波（接P3.2），1ms低电平；当需要发射“1”时，单片机输出2ms 38kHz方波，2ms低电平，通过红外管发射。

此发射电路经测试，发射接收距离只有2米。为了增加发射距离，我们采用以下两种方法：方法一：采用多管发射，两个发射管发射电路。方法二：在发射管上加装聚光罩。

电阻R3的计算：三个发射管导通时压降约为4.2V，三极管导通压降约为0.3V，发射管的电流为100mA，所以R3=（5-4.2-0.3）V/0.1A=5Ω。

（5）键盘电路、显示电路、输出控制电路

①在本系统中共有7个键，有3个键用来设置本机地址，3个键用来设置目的机地址，1个键用来向目的机发射。设置本机及目的机地址的键盘用拨码开关S1（接P1.0、P1.1、P1.2）、S2（接P1.3、P1.4、P1.5），向目的机发射的键盘用按键开关SW（接P1.7）。②系统采用3位LED D1、D2、D3显示发送机的地址（接P3.3、P3.4、P3.5）。③输出控制电路用来指示控制信号。输出控制指示信号为D4（接P1.6），用来指示已接到控制信号。

三、系统软件设计

系统软件流程图如图2所示。本系统包括六个发送子程序，其中发送子程序1是1ms的38kHz信号，相当于信息0高电平；发送子程序2是1ms的0信号，相当于信息0低电平；发送子程序3是2ms的38kHz信号，相当于信息1高电平；发送子程序4是2ms的0信号，相当于信息1低电平；发送子程序5是4ms的38kHz信号，是信息起始位的高电平；发送子程序6是4ms的0信号，是信息起始位的低电平。

四、系统电路调试

（1）发射管的状态与发射接收距离测试。采用3个发射管串联加聚光罩，通讯距离可达7米以上。

（2）本机地址与目的机地址、发送机地址、控制输出的测试。每一次目的机都能接到控制信号（接收信号有指示），而且能正确显示发送机的地址。任意一台设备可以与其他7台设备通讯，发射、接收、键盘、显示、接收控制信号各部分电路均能正确工作。

五、结语

通过对本系统电路测试，基本实现既定功能。为提高发射接收距离采用多发射管加聚光罩的方法，在接收管端也可以加聚光罩。为提高信道抗干扰能力采用软件发射数据头的方法滤波，硬件上选用抗干扰能力强的接收器件。为降低电源功耗采用多发射管串联的方法，选用低电压工作器件。改进后的系统在工业控制中具有更加广阔的应用前景。

参考文献：

[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社,2004

[2]刘毅敏,史作锋.编码信息红外发射与接收器[J].微计算机信息,2007(14)