红外通信课程设计开题报告

开题报告题目：红外通信系统院系：电子与信息工程

小组成员：学号：指导教师：华中科技大学电子与信息工程系2012年4月25日一、选题背景与意义红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种。红外线通信是目前使用较广泛的一种通信手段。由于红外线通信具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型继电器装置上也纷纷采用红外线通信技术不仅完全可靠而且能有效地隔离电器干扰。而单片机是目前设计应用中用得比较广泛的器件，它可以通过软件编程来达到不同的效果，实现各种各样不同的功能，具有灵活性强、可靠性高，可扩展性好的优点。红外通信是利用红外没接来实现2点间的近距离保密通信和信息转发的技术。它一般由红外发射和接收系统2个部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成了红外通信系统。它具有保密性强、信息容量大、结构简单、方向性好、免受电磁干扰、成本低廉、跨平台适应性好、传输速率高等优点，所以普遍用于点对点通信数据连接系统中。红外通信的最大特点在于它替代了传统的线缆连接，拜托了不同平台设备连接时对于特制接口的要求，使得跨平台设备间的数据交换得以简化。红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75~25um之间。红外资料协会成立后，为保证不同厂商的红外产品能获得最佳的通信效果，限 定所用红外波长为850~900nm。IrDA1.0简称SIR，他是基于HP-SIR的异步、半双工红外通信方式。SIR以系统的异步通信收发器为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收光信号电脉冲的波形扩展这一编码过程实现红外数据传输。由于受到UART通信速率的限制，SIR的最高通信速率只有115.2Kbps，即电脑串行端口的最高速率°IrDA1.1标准，简称FIR。IrDA1.2标准是在IrDA1.02标准的基础上进行了低功耗改进。与SIR相比，FIR不再依托UART,其最高通信速率有了质的飞跃，可达4Mbps。IrDA1.2标准是在IrDA1.02标准的基础上进行了低功耗改进。本次课设是利用单片机，结合红外线器件设计构造出一套简易的红外线通信系统，以实现在中短距离内的红外无线通信的功能。与一般通用的红外遥控器不同，它不是利用专用的编解码芯片来实现发收端的编解码，而是应用PIC18单片机，通过单片机的编、解码程序来实现红外信号的发收，从而实现红外通信功能。此通信系统经过一些必要的扩展，完全可以实现通用和各种专用红外遥控器的功能。二、课程简介硬件课程设计是华中科技大学电子与信息工程系相关专业本科学生必修的实践性教学环节。硬件课程设计的目的在于使学生通过硬件课程设计教学环节较系统地完成电子系统设计从选题、方案论证、电路设计、电路实现、装配调试、系统测试、总结报告等基本过程，加深对模拟电路、数字逻辑电路、通信电子电路、微机原理等相关课程理论知识的分析理解。引导学生把原理分析与工程设计实现相结合，掌握实际电子与通信系统设计的基本方法和一般规则，提高综合应用所学理论知识的能力，培养学生的创新思维和实践能力，为后续专业课程的学习打下坚固的基础。项目要求设计并实现红外通信系统，该系统能够将键盘按键的信息通过编码利用红外线发送出去，同时也能接收红外线信息并解码显示。功能要求发送端：1） 完成某种制式的红外信号编码2） 能够发送固定的红外编码信息3） 能够接收按键，并将按键信息编码发送出去接收端：1） 完成某种制式的红外信号解码2） 能够接收固定的红外编码信息3） 能将接收到的信息编码显示出来发挥部分1） 将发送端和接收端集成在一个系统中，通过按键控制其处于发送还是接收状态2） 能够接收任意红外遥控的编码并存储，并用自身按键代替其接收到的红外遥控器的按键实现遥控功能，实现红外学习功能3） 实现万能遥控器的功能，如实现对空调，电视，DVD等设备的遥控。技术特点红外通信技术适合于低成本、跨平台、点对点高速数据连接，尤其是嵌入式系统。其主要应用：设备互联、信息网关。设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换。信息网关负责连接信息终端和互联网。红外通信技术是在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持其特点主要有：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。新的通信标准兼容早期的通信标准。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。传输速率较高，4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。不透光材料的阻隔性，可分隔性，限定物理使用性，方便集群使用：红外线技术是限定使用空间的。在红外不传输的过程中，遇到不透光的材料，如墙面。它就会反射，这一特点，确定了每套设备之间，可以在不同的物理空间里使用。无频道资源占用性，安全特性高：红外线利用光传输数据的这一特点确定了它不存在无线频道资源的占用性，且安全性特别高。在限定的空间内使用进行窃听数据可不是一件容易的事。优秀的互换性，通用性。因为采用了光传输，且限定物理使用空间。红外线发射和接收设备在同一频率的条件下，可以相互使用。无有害辐射，绿色产品特性：科学实验证明，红外线是一种对人体有益的光谱，所以红外线产品是一种真正的绿色产品。此外，红外线通信还有抗干扰性强，系统安装简单，易于管理等优点。红外数据通信技术的缺点：受视距影响其传输距离短；要求通信设备的位置固定；其点对点的传输连接，无法灵活地组成网络等。但是这些缺点并没有给IrDA的应用带来致命的障碍，红外技术已在手机和笔记本电脑等设备上得到了广泛的应用。技术原理：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，即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。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行解调，还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。主要问题分析：3.1PIC系列单片机完全接触过的问题这个问题不大，通过小组同学的分工配合，查阅相关的资料，自主学习，就可以完成对pic18系列的单片机相关的体系结构，工作原理，指令集，寄存器的配置等等一些关键的问题有个大概的了解，然后再仔细研究cpu的数据手册和单片机板的电路图，基本就能实现本次课程设计所需要的知识的学习。3.2开发软件的学习包括microchip（微芯）公司提供的pic系列单片机的集成开发环境MAPLABIDE软件的学习，还有电路图绘制和仿真软件proteus软件的学习，以及这两个软件的相互联合调试仿真！3.3端口的分配问题因为实体提供的实验板上已经进行了相应的pcb布局，也就是说布线了已经规划完成，这样我们就只能选用未被使用的其他模块的端口作为红外收发检测端口，在这里我们选择RC5,考虑之所以没有TX和RX端口的原因是因为考虑到以后可能要用这两个端口来进行一些相应的测试以验证收发的正确性。其次，选用RB4端口作为红外接收端口，因为RB4-7有电平跳变中断，而RB6和RB7是要作为ICD2调试器接口使用的。选择能产生ccpl模块的RC2端口作为pwm载波输出端口。3.4红外传输协议问题在这里我们选择了最普通的NEC传输协议，一帧数据由引导码，地址码+地址码的反码，命令码+命令码的反码，组成。NEC协议的特点是：完整发射两次地址码和命令码，以提高可靠性脉冲时间长短调制方式；38KHz载波频率；地址码是8位，命令码是8位；引导码是9ms高电平+4.5ms低电平长度的38K载波；逻辑位1是0.56ms高电平+1.68ms低电平长度的38K载波；逻辑位0是0.56ms高电平+0.56ms低电平长度的38K载波三、方案论证与主要工作思路我们小组经过讨论论证决定采用自顶向下逐层把系统划分成若干模块的过程。每个模块完成一个特定的子功能，所有的模块按某种方法组装起来，成为一个整体，完成整个系统所要求的功能。方案论证：采用以风标公司提供的pic18单片机作为主控MCU，主要由IR204红外发送器和HS0038红外接收器组成。采用pwm调制方式38k载波调制。编码采用软件编码控制和发送，接收采用红外接收一体化hs0038接收，软件解码。用软件编解码主要考虑到软件编解码的灵活性，为后面可能要做万能遥控和学习型遥控做准备。PIC18单片机及引脚分布:

图1pic18单片机及引脚分布图红外发送模块：按键信号的编码由singal那根线输入，载波信号由cpp模块提供从pwm那根线输入，如果singa1输入高电平，则Q1Q2都导通，红外发光管发光；如果singal输入低电平，Q1截止，导致Q2也截止。这样二极管就不发光。通过R2给Q1提供偏置电压并且在singal输入低电平的时候保证Q1可靠截止，R4是在pwm输入低电平和Q1截止的时候保证Q2图2红外发送模块设计电路图红外接收模块:信号由1号输出，送入MCU解码并做处理。HS0038为集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收探头。且其对外只有3个引脚：Out、GND、Vcc，因此接线容易，简化电路。其他的模块，包括复位电路，晶振电路，LED电路（主要用来显示编解码结果）按键

电路通过学习PIC18使用手册原理图等，采用其上的数据，连接电路，仿真布局。proteus的仿真文件:

图3图3红外接收电踣#四、 工作进度安排第一阶段：选题及收集资料 第5周-第6周第二阶段：开题报告及计划 第7周-第9周第三阶段：软硬件设计与仿真 第10周-第14周第四阶段：开发板焊接与调试、报告总结 第15周-第20周第五阶段：硬件课设答辨与验收 第21周周二五、 参考