2013年电子设计大赛报告F题.doc

2013年全国大学生电子设计竞赛红外光通信装置(F题)【本科组】 时间：2013年9月7日8摘要：为了满足红外光通信装置的设计要求，进行了各单元电路方案的比较论证及确定。设计以瑞莎R5F100LEA和AT89S52作为控制核心，并采用红外光信道，利用红外发光管和红外光接收模块作为收发器件，用来定向传输语音信号，以高速AD/DA作为系统的采集、还原信号的装置，以18B20温度传感器作为温度感应模块，加以外围电路组成的红外光通信在特定的程序下实现语音传递的功能。基于瑞莎R5F100LEA、18B20、红外发送头、红外接收头、高速ADDA等的控制电路能够实现对红外光通信装置的整体控制；电路部分与机械部分的有机结合在特定程序下经过多次的调试便能实现红外光通信的功能。本设计具有系统体积小、稳定度好、精度高、线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。关键字：红外光通信装置；瑞莎R5F100LEA；AT89S52；高速AD/DA；18B20目录1 设计要求31.1 任务31.2 要求31.2.1 基本要求31.2.2 发挥部分32 系统方案设计与论证42.1控制器的选择42.2通信模式选择52.3 红外收发器的选择52.4 数模转换器的选择62.5 电源模块62.6 最终方案73 系统理论分析与计算74 系统硬件设计73.1 总体设计73.2 电机驱动电路的设计73.3 电源模块电路的设计73.4 控制电路73.5 光电传感器电路75 软件程序的设计74.1 总体流程图76 系统调试75.1 测试数据75.2 测试结果分析77 结论78 参考文献7附件一7附件二71 设计要求1.1 任务设计并制作一个红外光通信装置。1.2 要求1.2.1 基本要求(1)红外光通信装置利用红外发光管和红外光接收模块作为收发器件，用来定向传输语音信号，传输距离为2m，如图1所示。图1 红外光通信装置方框图(2)传输的语音信号可采用话筒或3.5mm的音频插孔线路输入，也可由低频信号源输入；频率范围为3003400Hz。(3)接收的声音应无明显失真。当发射端输入语音信号改为800Hz 单音信号时，在 8电阻负载上，接收装置的输出电压有效值不小于 0.4V。不改变电路状态， 减小发射端输入信号的幅度至0V， 采用低频毫伏表(低频毫伏表为有效值显示， 频率响应范围低端不大于10Hz、高端不小于1MHz)测量此时接收装置输出端噪声电压，读数不大于0.1V。如果接收装置设有静噪功能，必须关闭该功能进行上述测试。(4)当接收装置不能接收发射端发射的信号时，要用发光管指示。1.2.2 发挥部分(1)增加一路数字信道，实时传输发射端环境温度，并能在接收端显示。数字信号传输时延不超过10s。温度测量误差不超过2。语音信号和数字信号能同时传输。(2)设计并制作一个红外光通信中继转发节点，以改变通信方向90，延长通信距离2m，如图2所示。语音通信质量要求同基本要求(3)。图2 红外光通信中继转发装置方框图中继转发节点采用5V直流单电源供电，电路见图3。串接的毫安表用来测量其供电直流电流。图 3 中继转发节点供电电路 (3)在满足发挥部分(2)要求的条件下，尽量减小中继转发节点供电电流。(4)其他。2 系统方案设计与论证2.1控制器的选择方案一：采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器。AT89S52是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS 8位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个IO口，2个16位可编程定时计数器。3个16位的定时器/计数器，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序，操作方便简单。方案二：采用瑞莎R5F100LEA作为主控制器。R5E100LEA是一个内置乘除法器和乘加器低功耗、高性能的16位单片机，有64KB的内存、4KB的RAM，速度也很快，能够满足题目要求的速度，而且体积很小，下载程序方便，价格便宜，操作也十分的方便。从设计的总体方便，操作精确来看，我们选用方案一和方案二的结合，采用瑞莎R5F100LEA和来作为系统的主控系统。2.2通信模式选择 方案一：输入的语音信号经过处理转换成数字信号，将数字信号送到红外发射电路，经过电路的调剂转换成红外信号在空中成熟，然后红外接收电路收到该红外信号，经过该电路的解调，将此红外信号还远成可被单片机或其他处理系统处理的信号，在由单片机或其他处理系统内部处理得到原来的数据编码，方案效率高方便。方案二：将模拟的语音信号经过发射装置直接发送出去，通过模拟的电压信号的强弱转换成光强，接收端通过接收到的光的强度变化，再将信号转换成模拟电压信号或电流信号，得到信号跟发射的信号的变化规律，来实现通信，这种方式实现简单，噪声干扰小，适合本系统的设计要求 从接收到音频信号的质量和系统总体的要求来考虑，我们选择方案一和方案二相结合，这样能更好的实现设计要求。2.3 红外收发器的选择方案一：采用红外发射头，红外接收头。他们低电压工作，内置专用IC，宽角度及长距离接收，抗干扰能力强，能够抵挡环境干扰光线，但是红外发射头，接收头的响应的速度有点慢，不能够快速准确的接收发送，不适合本系统的设计。 综上所述，本设计采用方案二，用RPM882-H14作为系统的红外收发装置的核心的器件。2.4 数模转换器的选择方案一：采用DAC0832芯片作为数模转换，DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片，由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用，但是DAC0832分辨率低，不适合系统的要求。方案二：采用TLC5615芯片作为数模转换，它是一个串行10位的DAC芯片，性能比早期电流型输出的DAC好，只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入，易于和单片机相连，且工作效率很高，精度高，分辨率高，适合本系统的设计。经过以上的论述，本系统采用方案二，用TCL5615作为数模转换器。2.5 电源模块方案一：采用12V铅酸蓄电池。铅酸蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能，但铅酸蓄电池体积过于庞大，不方便，因此放弃此方案。 方案二：采用12V可充电式锂电池，锂电池工作电压高，能量密度大，自放电率低，无记忆效应，体积小，充电方便。采用稳压电源模块7805降电压降压至5V后给单片机系统和其他芯片供电，7805的输入电压范围广，输出电流大，完全能满足系统要求。 基于以上分析，我们选择了方案二，采用12V锂电池供电。2.6 最终方案(1)控制器模块：STC89C52作为主控芯片(2)通信模式选择: 信号转换成数字信号(3)红外接收器选择：RPM882-H14(4)数模转换的选择：TLC5615