红外通信原理和应用

第一章绪论§1.1红外线公元1666年，艾萨克•牛顿觉察光谱并测量出 400nm700nm是可见光的波长。1800年4月24日，英国伦敦皇家学会威廉•赫歇尔发表太阳光在可见光谱的红光之外还有一种不行见的延长光谱，具有热效应。他所使用的方法很简洁，用一支温度计测量经过棱镜分光后的各色光线温度，由紫到红，觉察温度渐渐增加。当温度计放到红光以外的部份，温度仍持续上升，从而断定有红外线的存在。红外线(InfraredRadiation),俗称红外光，是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在770纳米至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧，具有很强热效应，并易于被物体吸取，通常被作为热源。0[2]国际照明委员会(CIE)建议将红外线区分为三个类别⑴：即红外线一A(700nm—1400nmB(1400—3000C(3pm—1mm)。我们寻常所说的近、ISO20473关于红外线的分类，它将红外线分为近红外(NIR0.78—3ym)、中红外(MIR，波长3—50pm、和远红外(FIR，波长50—1000pm)0[2]§1.2通信根本原理§1.2.1通信的根本概念我们现在所说的通信是指狭义的通信，即信息的传递。是指由一地向另一地进展信息的传输与交换，其目的是传输消息。然而，通信在人类实践过程中随着社会生产力的进展对传递消息的要求不断提升，使得人类文明不断进步。在各种各样的通信方式中，利用电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication)，这种通信具有快速、准确、牢靠等特点，且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制，因而得到了飞速进展和广泛应用。§・2・2通信系统的组成和分类1、通信系统的组成1.1通信系统根本模型1.1显示的是通信系统的根本模型。其中，放射系统是将信号变换为信道信号并放射，包括调制、放大、滤波等。接收系统是将信息从接收到信号中复原出来，主要包括解调、滤波等。传输媒介主要分为有线和无线媒介。噪声包括内部干扰噪声(由放射和承受设备本身所产生的噪声)和外部干扰噪声(信道产生的噪声)。2、通信系统的分类依据不同的分类方法，通信系统可分为有线通信、无线通信、光通信等，在此，我们只争论依据信道传输信号类型的分类，即模拟通信和数字通信。模拟信号通信(AnylogCommunication)是指用模拟信号作为载体来传输信息，或用模拟信号对载波进展模拟调制后再传输的通信方式。比方在通信中，用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的，这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的，这种信号称为模拟信号。1.2模拟信号通信系统模型数字信号通信(DigitalCommunication)则是指用数字信号作为载体来传输信息，或用数字信号对载波进展数字调制后再传输的通信方式。数字信号是指其信息由假设干明确规定的离散值来表示，而这些离散值的特征量是可以按时间提取的时间离散信号1.3数字通信系统根本模型§.3红外通信简介红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外放射管放射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进展解调，复原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制〔PWM〕和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制〔 PPM〕两种方法。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进展调制与解调，以便利用红外信道进展传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。§・3・1红外通信的特点红外通讯技术是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，和软件平台所支持：

被众多的硬件通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发；主要是用来取代点对点的线缆连接；的通讯标准兼容早期的通讯标准；小角度〔30度锥角以内〕，短距离，点对点直线数据传输，保密性强；4MFIR技术已被广泛使用，16MVFIR技术已经公布§1.3.2红外通信的用途红外通讯技术常被应用在计算机及其外围设备、移动、数码相机、工业设备和医疗设备、网络接入设备，如调制解调器等。但是红外通信具有通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断、传输速率较低等的缺点，主要目的是取代线缆连接进展无线数据传输，功能单一，扩展性差。§ 1.4§ [3]§1.4.1Irda背景红外标准起因于各种便携式设备的互连需要,红外数据协会IrDA(InfraredDataAssociation)1993年成立，以制定红外标准。IrDA是一个独立的组织，它的章程是建立通用的、低功率电源的、半双工红外串行数据互联标准、支持近距离、点到点、设备适应性广的用户模式。建立该标准是在各种设备之间较简洁地进展低本钱红外通信的关键。§1.4.1Irda标准IrDA定义了一套标准，或者称之为协议，每一层建立在它的下一层之上，使建立和保持无过失(10-9)数据传输成为可能。IrDA标准包括三个强制性标准：物理层IrPHY(ThePhysicalLayer);连接建立协议层IrLAP(LinkAccessProtocol);连接收理协议层IrLMP(LinkManagementProtocol)。每一层的功能是为上一层供给特定的效劳。其中物理层的硬件实现是整个标准的焦点，处于最底层，其它两层属于软件协议的范围，负责对它下一层进展设置和治理。红外数据连接物理层标准110定义了数据传输率最高到11512Kbps的红外通信;规范1114Mbps110112定义了最高速度11512Kbps1131.1152Mbps和4Mbps。1.41.5Irda关于标准红外通信系统和协议的示意图⑷。TXTXTXIR编码TXTXTXIR编码TXD通用异步收发协议处理RXRXRXIR解码 RXD

红外收发装置RTSCTSDSR 通用异步DTRCDRI

收发掌握应用层ArLNJ应用层ArLNJcM协议层1馆物理层—非^1串「neuuud及c2a外同na55高取外BBys1串2R)a红图1.5 Irda协议其次章红外传输试验仪§2.1仪器简介红外传输试验仪，是由红外放射盒〔内装红外放射管〕、接收盒〔内装红外接收管〕2.1所示。接收盒固定，放射盒可移动，可调整放射盒与接收盒之间的距离来转变接收管接收光强的大小。试验仪有调幅和调频两种调制工作模式，可将音频信号，数字信号，频率信号调制后通过红外放射管放射出去，再用红外接收管接收放大，解调复原为原信号。W5-JD-0红外传输实脸仪2.1红外传输试验仪§2.1.2仪器根本性能参数电源电压：220V，50Hz最大电源电流：0.8A保险管：1A15v±2§2.2试验仪面板及使用说明§2・1・2仪器面板构造示意图O+V0O+V00■调频信号输入O O-调频信号输入O O-调幅信号输入O O直流输出OO:调幅信号输入；oi调频信号输笃载波频率音频输出数模转换放射地址103放射数据数字源接收地址0―0—0使用说明：图中用虚线框将面板大致分为六个区域各个区域：1是信号源区域。包括有载波频率源、音频信号源、数字信号源以及直流电压源。15K〜71KHZ0V〜3.3V可调，直流电压源为V〜4.5V可调，数字信号源为三位二进制信号。2是调制放射区域，用于直接驱动红外放射管。这里有三种工作方式：•调频。载波频率输入为载波信号，调制信号输入可以为音频信号，也可为数字信V/F变换后的频率信号；调制好的信号输出可测试，再送到驱动输入端，驱动输出直接接红外放射管。•调幅。载波频率输入为载波信号，调制信号输入为音频信号，这里只用音频信号调制；调制好的信号输出可测试，再送到驱动输入端，驱动输出直接接红外放射管。c.红外管的特性测定。可以将直流电压加在红外放射管的两端，同时接好