基于单片机的主从红外通信的系统设计.pdf

在现代通信技术中，红外通信是一种广泛应用于各类电子设备和控制系统中的无线通信方式。其核心特点在于使用红外线作为信息传输的介质，不产生电磁干扰，安全性和稳定性较高。具体到本篇介绍的"基于单片机的主从红外通信的系统设计"，文中详细阐述了设计和实现一个以单片机PIC18F248为基础的主从式红外通信系统。 红外通信系统一般包含两个基本组成部分：红外发射电路和红外接收电路。发射电路负责将二进制数字信号通过调制过程，转换为红外光脉冲信号发送出去。而接收电路则需要从光脉冲信号中解调出原始的二进制数字信号。在这个过程中，传输的数据并不是直接以光的形式进行传递，而是以光脉冲序列的方式，通过特定频率的载波信号来编码数据。在设计中，本系统采用了38KHz的红外载波频率。 系统设计采用了特定的单片机 PIC18F248，这是因为该型号单片机具有PWM功能，能够生成精确的脉冲宽度调制信号。该信号通过单片机的I/O端口驱动发射电路，进而控制红外发射管发出相应频率的红外光脉冲序列。当传输的数据位为“0”时，红外发射管会按照设定的频率发送脉冲序列；而数据位为“1”时，发射管则不发送任何信号。这样，通过调整脉冲序列的间隔（即调制PWM的占空比），可以实现数据的编码。 红外接收电路使用了专门的红外接收模块HS0038B，其内部集成了红外敏感元件和一系列信号处理电路。在接收到红外信号后，模块首先将光信号转换为电信号，然后通过放大、滤波、解调等步骤，最终恢复出原始的二进制信号。接收模块能够区分载波频率为38KHz的信号，从而实现有效的信息接收。 在软件设计方面，本系统设计了相应的通信协议，保证了主从设备间的有效通信。这种通信采用异步半双工模式，意味着在任意时刻，设备要么处于发送状态要么处于接收状态。通信协议的设计，使得通过软件配置即可区分主机和从机，降低了硬件成本。此外，主机和从机之间的通信流程被设计为：上电初始化、发送数据、接收数据和数据验证。在数据发送过程中，主机会连续发送16字节数据，并等待从机的反馈。如果主机接收到的反馈数据与发送数据一致，那么发送下一个数据包；如果不一致，则重新发送。从机则主要负责接收主机的数据，并进行处理。 在设计红外通信系统时，需要考虑的几个关键技术点包括： 1. 载波频率的选择：通常情况下，红外通信的载波频率设定在38KHz到40KHz之间，因为这个频率范围的红外光在空气中传播的效率较高，并且能够减少阳光等其他光源的干扰。 2. 调制方式：调制是为了将要传输的数据信号嵌入到载波信号中去。常见的红外通信调制方式有幅度调制(AM)、频率调制(FM)和脉冲宽度调制(PWM)。本文中使用的是PWM方式，这种方式可以有效提高信号的抗干扰能力，提高传输质量。 3. 接收端的设计：接收端的设计包括了滤波、放大和解调等关键步骤，这些步骤的合理设计对于提高数据接收的准确性和抗干扰能力至关重要。 4. 通信协议的设计：在没有硬件差异来区分主从设备的情况下，一个良好的通信协议是保证系统可靠通信的关键。它规定了数据的传输格式、传输速率、错误检测和纠正机制等重要信息。 5. 异步半双工通信模式：采用这种模式可以在不增加额外硬件成本的情况下，实现双向通信。它要求发送和接收不能同时进行，所以需要设计合理的时序控制和冲突检测机制。 总体而言，设计基于单片机的主从红外通信系统要求我们对红外通信的基本原理有深入理解，同时具备电子电路设计能力和软件编程能力。这样的系统设计往往涉及到微控制器编程、电路设计、信号处理和通信协议等多个领域知识，能够提升工程师在无线通信领域的专业技能。