基于AT89C52紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)

劉永鋒

(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，山西太原 030006）

基于AT89C52紅外通信系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)

劉永鋒

(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，山西太原 030006）

通過單片機控制紅外發(fā)射管和紅外接收管實現(xiàn)音頻信號和溫度信號的紅外通信。語音信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后變換成數(shù)字信號，單片機AT89S52控制紅外發(fā)射管向外發(fā)送，在接收端經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，運算放大處理后，輸出端通過喇叭還原聲音，實現(xiàn)語音通信；溫度信號采集使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20專用芯片。得到的數(shù)據(jù)直接通過紅外發(fā)送，接收端將會對語音數(shù)據(jù)和紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，然后進(jìn)行分離，并將溫度信號送往顯示屏顯示。

紅外發(fā)射；紅外接收；溫度采集；單片機

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

紅外通信就是通過紅外線傳輸數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)就是利紅外發(fā)射管和紅外接收管實現(xiàn)語音信號（模擬信號）和溫度信號（數(shù)字信號）的實時傳輸，最終實現(xiàn)紅外通信。

語音信號經(jīng)過放大后進(jìn)行采樣，即A/D轉(zhuǎn)換，單片機將采樣到的數(shù)字信號經(jīng)過紅外發(fā)射裝置發(fā)射出去，溫度信號使用專用的溫度采集芯片DS18B20，采集到的溫度值同樣通過單片機處理后傳輸出去。在接收端將紅外接收管接收到的數(shù)字信號進(jìn)行分離，溫度信號直接送液晶屏顯示，語音信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過放大等一系列處理后，將電信號還原成聲音，實現(xiàn)紅外語音通信。系統(tǒng)的整體設(shè)計思路如圖1所示。

2 理論分析與計算

2.1 紅外語音傳輸系統(tǒng)

1）語音輸入

聲音經(jīng)過拾音器（即話筒）將MP3 輸出的音頻信號轉(zhuǎn)換微弱電壓信號。要驅(qū)動紅外發(fā)射管，進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸需要對微弱的電壓信號進(jìn)行放大處理，而實現(xiàn)電壓放大可以考慮使用運放。

2）運算放大

發(fā)射端將采集到的音頻信號經(jīng)集成運放LM386對音頻進(jìn)行放大處理，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號送給單片機，然后通過紅外發(fā)射設(shè)備發(fā)射出去，接收端將接收到數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)過放大后，經(jīng)揚聲器輸出語音信息，最終實現(xiàn)紅外光通信。

3）紅外發(fā)射和接收裝置

（1）紅外發(fā)射管

紅外發(fā)射管是由紅外發(fā)光二級管矩組成發(fā)光體，用紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵）制成PN結(jié)，正向偏壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光，其光譜功率分布為中心波長830～950nm。按峰值波長（λp）主要為：850nm、870nm、880nm、940nm、980nm。紅外發(fā)射和接收裝置傳輸數(shù)字信號則需用到一對PM882-H 14，該器件能使數(shù)字信號通過紅外發(fā)射出去并實現(xiàn)接收。

（2）紅外接收管

紅外接收管就是將紅外發(fā)射管發(fā)射出來的光信號轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，此信號經(jīng)由IC內(nèi)部放大器進(jìn)行放大，然后通過自動增益控制，帶通濾波，解調(diào)，整形后還原為發(fā)射端發(fā)出的原始編碼，經(jīng)由接收管的信號輸出引腳輸出到電器上的編碼識別電路。

2.2 紅外溫度傳輸

本系統(tǒng)采用了經(jīng)典的AT89C52單片機，用來做控制芯片，溫度采集芯片使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它直接將測量到的溫度的數(shù)字量送給單片機。單片機與其通信時只需要一根連線就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，既合理的節(jié)約了單片機控制管腳，又不需要復(fù)雜的硬件連接線路。

3 電路與程序設(shè)計

3.1 電路圖

1）紅外發(fā)射電路

紅外發(fā)射裝置由單片機引腳P2.1控制。在此引腳上根據(jù)語音信號的不同輸出不同頻率的波形，信號經(jīng)過反相器作用后會使得發(fā)光二極管上出現(xiàn)不同的電壓差，從而控制二極管的亮滅。紅外發(fā)射接收裝置如圖2所示。

2）語音接收電路

本電路具有功率放大功能，單片機接收到的數(shù)字信號經(jīng)過DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換后送到比較放大器的輸入端，經(jīng)過放大電路處理后輸出到揚聲器speeker，從而在揚聲器上實現(xiàn)發(fā)射端語音的重現(xiàn)。如圖3所示。

3）溫度采集電路

溫度采集電路由溫度傳感器DS18B20實現(xiàn)，此芯片可以實時對當(dāng)前的環(huán)境溫度進(jìn)行測量，并將測量到的數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的方式存儲和對外輸出。單片機可以直接將此數(shù)據(jù)做簡單處理后送數(shù)碼管或者液晶屏顯示。電路如圖4所示。

3.2 程序設(shè)計

1）發(fā)射程序流程圖

發(fā)送端分兩部分，一部分是對語音信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，另外一部分是通過溫度傳感器對環(huán)境溫度進(jìn)行采集，兩個模塊得到的數(shù)字信號最終都是通過單片機控制紅外發(fā)射管向外發(fā)送。發(fā)射程序流程如圖5所示。

2）接收程序流程圖

接收部分流程與發(fā)送部分相反，首先判斷收到的信號是語音信號還是溫度信號，如是溫度信號，簡單處理后即可送12864液晶屏顯示；如是語音信號，則需通過DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號送給音頻放大電路，經(jīng)過放大電路進(jìn)一步處理后通過揚聲器還原出語音信號。顯示接收程序流程如圖6所示。

4 測試結(jié)果

1）使用示波器測量紅外發(fā)射端的輸入波形信號和紅外接收端接收到的信號的波形，對比發(fā)現(xiàn)兩者基本一致，表明系統(tǒng)可以正常工作。

2）在發(fā)射端的輸入端口接入MP3音樂信號，在兩個紅外設(shè)備位置對準(zhǔn)的情況下，可以在接收端清晰的聽到MP3播放的音樂。若兩個設(shè)備在方向上不一致，則會出現(xiàn)一定的語音失真，會有噪聲出現(xiàn)。

3）溫度信號顯示數(shù)值與實際環(huán)境溫度吻合。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種紅外通信的實現(xiàn)方法，在原來簡單模擬通信的基礎(chǔ)上改進(jìn)通信方式，通過單片機來控制信號的發(fā)送與接收，精確實現(xiàn)語音好溫度信號的傳輸。經(jīng)過反復(fù)測試，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)語音信號和溫度信號的紅外傳輸，信號穩(wěn)定、可靠。

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[6] 童詩白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2001.

Design and implementation of infrared communication system based on AT89C52

LIU Yong-feng
(Department of Electronic Information Engineering, Shanxi Vocational and Technical College,Taiyuan, Shanxi, China 030006）

The infrared communication of audio signals and temperature signals is achieved by using single chip microcomputer to control the infrared transmitting tube and infrared receiving tube. The speech signal can be converted into digital signal, and the single chip microcomputer AT89S52 controls the infrared transmitting tube to send the signal. At the receiving end, through D/A conversion, operation and amplification, the output end reduces the voice with the loudspeaker to realize the voice communication.The temperature signal acquisition uses the special chip of digital temperature sensor DS18B20. The

data are sent via infrared directly. The receiver will identify the voice data and infrared data first, then separate the data and send the temperature signal to the display screen.

infrared emission; infrared receiving; temperature acquisition; single chip microcomputer

10.3969/j.issn.2095-7661.2014.02.012】

TN929.1

A

2095-7661(2014)02-0049-03

2014-04-23

劉永鋒（1981-），男，安徽亳州人，山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系教師，碩士研究生，研究方向：單片機技術(shù)應(yīng)用開發(fā)。