红外通信技术在温湿度变送器上的运用

摘要：本文首先介绍了二进制信号的调制解调以及CMOSens 技术的数字式温湿度传感器SHT75，然后着重讲述了以PIC 系列为微处理器的基于红外通信技术的温湿度一体化变送器的硬件设计以及各功能的软件实现。最后创造性地把一种强有力的数据传送错误检测技术—CRC 校验法成功应用在产品中，并经过计量证明该产品精度高、稳定性强。

1. 概述

在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门经常需要对环境温度和湿度进行测量。随着科学技术的发展，人们越来越重视湿度和温度的检测及控制并进行了大量的研究工作，尤其是在现场环境恶劣的情况下，如何实时对温湿度进行准确有效的测量，显得尤为重要。因而，针对手持式的近距离测量以及长距离布线传送可操作性不高的状况，本文提出了利用红外通信技术，结合高精度的温湿度一体化传感器，设计出基于红外通信的温湿度一体化变送器。

红外通信是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，已被诸多电子设备广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。

红外通信主要由发送和接收两个部分组成。发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码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。红外接收端接收红外信号，同时对信号进行放大、检波、整形后得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并做出相关处理。

2. 二进制信号的调制解调

红外通信发射的指令是用二进制数表示的，通常发射指令时都用方波载波信号将这些二进制数调制成一系列的脉冲串信号，常用的调制方法是脉冲宽度（PWM）调制和脉冲位置（PPM）调制两种。

本文采用PWM调制码，它的组成为9ms高电平和4ms低电平引导脉冲，16位系统识别码，8位数据正码和8位数据反码，我们要提取的就是数据码。一个PWM码的“0”是由一个0.58ms的低电平和一个0.58ms的高电平组成，“1”是由一个0.58ms的低电平地和一个1.58ms的高电平组成。

二进制信号的调制由红外发射电路的单片机来完成，它把编码后的二进制信号调制成频率为38KHz（本文选用HS0038作为红外接收头，接收频率为38kHz）的间断脉冲串，相当于用二进制信号的编码乘以频率为38KHz的脉冲信号得到的间断脉冲串，即是调制后用于红外发射二极管发送的信号。

二进制信号的解调由一体化红外接收头HS0038来完成，在输入有脉冲串时，输出端输出低电平，否则输出高电平。

二进制信号的解码由红外接收电路单片机来完成，它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码，还原出发送端发送的数据。

3．系统硬件设计

红外发射部分电路框图如图1所示，主要由单片机PIC16F73及外部电路构成。PIC16F73单片机是由美国Microchip公司生产的8位单片机，采用Harvard结构，这种结构使指令执行和取指操作可重叠进行，从而达到很高的执行速度。它只有35条单字节指令，除了跳转指令是2周期指令外，其它指令都是单周期指令。相对于其它的8位单片机节省了1/2的程序空间，并具有4:1的速度优势。

图1 红外发射电路

图1中SE303是红外发射二极管，当PB0 = 1时，三极管9013导通，SE303通电发射红外线，实际上发射的是频率为38KHz的脉冲串；反之，三极管9013截止，SE303截止，不发射。

图1中SHT75是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技术的新型温湿度传感器。它是一种全新的基于智能设计理念的传感器，该传感器将温度检测、湿度检测、信号处理、数字变换、串行数字通信接口、数字校准全部集成到一个高集成度、体积极小的芯片当中，利用它可以同时测量目标对象的温度和湿度，并实现数字式输出。

CMOSens技术不仅将温湿度传感器结合在一起，而且还将信号放大器、模/数转换器、校准数据存储器等电路全部集成在一个芯片内。由于将传感器与电路部分结合在一起，因此，该传感器具有比其它类型的湿度传感器优越得多的性能。首先是传感器信号强度的增加，增强了传感器的抗干扰性能，保证了传感器的长期稳定性，而A/D转换的同时完成，则降低了传感器对干扰的敏感程度。其次在传感器芯片内装载的校准数据保证了每一只湿度传感器都具有相同的功能，即具有100%的互换性。

图2 红外接收电路

红外接收部分电路框图如图2所示，在本系统中我们采用红外一体化接收头HS0038，HS0038是黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m，它能与TTL、COMS电路兼容。HS0038为直立侧面收光型，它接收红外信号频率为