利用89C51单片机实现红外线通信接口电路控制

1 系统的总体构成

红外通信系统采用红外光传输及无限工作机制，其组成结构主要包括：红外发射器，通信信道，红外接收器三大部分组成。

(1)完成信号的电光变换并向空间发射红外脉冲

红外发射器的关键是红外发光二极管和响应的驱动电路。红外发光耳机光首先要满足其调制带宽大于信号的频谱宽度，保证通信线路畅通。此外发光二极管的发射波长应与接收端的光电探测器(选用硅光二极管)的峰值响应相匹配，最大程度地抑制背景杂散光干扰，现阶段一般选用780nm～950 nm的红外波段进行数字信号传输。由于红外无线通信系统的信噪比与发射功率的平方成正比，所以适当提高红外发射器的发射功率，并采用空间分集、全息漫射片等可使发射端的光功率在空间均匀分布的措施来降低误码率，提高通信质量。其原理图如图1所示。

(2)红外接收器

红外接收器包括红外接收部分以及后续的信号采滤波、判决、量化、均衡和解码等其原理框图如图2所示。

红外接收端的工作过程，首先进行光电转换，将红外脉冲信号变为电信号，经过适当的频域均衡后进行码元判决，码元判决电路是接收器设计的核心部分。由于信号采用红外无线进行穿社，其电平变化范围较大，所以码元判决电路必须是自适应的。接收的信号经自适应码元判决后变成数字信号，再进行适当的解码转换为差分信号进入计算机网卡的信号输入端。

(3)通信信道

红外无线数字通信的信道泛指发射器与接收器之间的空间。由于自然光及人工光源等背景光信号的介入，信号源以及发射、接收设备中电学或光学噪声的影响，红外无线数字通信在某些场合的通信质量较差，需要采用信道编码技术来提高抗干扰能力。

在红外线通信系统中，由于红外发射器的发射功率较小，而且信号采用红外线进行传输，易受外界环境的影响，这些因素导致了红外接收器的信号很弱，并且电平变化范围较大。因此，低噪声的前置放大器设计和自适应的码元判决电路是必须的。低噪声的前置放大器一般选用输入阻抗较高的场效应管放大器，并要求带宽大，增益高，噪声低，干扰小，频率响应与信道脉冲响应匹配。自适应的码元判决电路能自动跟踪输入信号电平的变化，得到最佳的阈值电平，并根据此阈值电平对信号进行判决，将其变换为数字电平之后进行解码，恢复原始信号。同时，为了滤去低频噪声及人为干扰采用带通滤波器，为了与调制特性匹配并消除码间干扰常采用均衡技术，为了获得较大的光接收器工作范围及瞬时视场采用球形光学透镜。这些措施都是将有利于红外无线通信质量的提高。

2 红外串行通信接口电路设计

单片机控制的红外通信系统主要有红外发射器，红外接收器，以及单片机89C51三部分组成，单片机本身并不具备红外通信接口，可以利用单片机的串行接口与片红外发射和接收电路，组成一个单片机控制系统的红外串行通信接口。

2．1 发射部分设计

红外发送电路包括脉冲振荡器、三极管和红外发射管等部分。其中脉冲振荡器有NE555定时器、电阻和电容组成，用于产生38 kHz的脉冲序列作为载波信号，红外发射管HG选用Vishay公司生产的TSAL6238，用来向外发射950 nm的红外光束。其发送的过程为：串行数据有单片机的串行输出端TXD送出并驱动三极管，数位“O”使三极管导通．通过有NE555构成的多谐振荡电路调制成38 kHz的载波信号，并利用红外发射管以光脉冲的形式向外发送。数位“l”使三极管截止，红外发射管不发射红外光。NE555构成的多谐振荡电路的振荡周期公式为T=O．693(R1+R2)C，其中，R1为充电电阻，R2为放电电阻，C为充电电容。

2．2 红外接收器的设计

红外接收电路选用Vishay公司生产的专用红外接收模块TSOP1738。该模块是一个三端元件，使用单电源+5V供电，具有功耗低、抗干扰能力强、输入灵敏度高、对其他波长(950 nm以外)的红外光不敏感的特点，其内部结构框图如图3所示。

TSOPl738的工作过程为：首先，通过红外光敏元件将接收到的载波频率为38 kHz的脉冲红外光信号转换为电信号，再由前置放大器和自动增益控制电路进行放大处理。然后，通过带通滤波器进行滤