《电设 红外》word版

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1、2013年全国大学生电子设计竞赛红外光通信装置（F题）2013年9月7日I摘要本文以STM32F103芯片为核心，利用TSFF6410红外发射管以及BPV22NF红外二极管的高速特性，结合语音信号采集、语音信号压缩、温度信息采集等手段实现红外无线通信系统。本系统由三个部分组成：语音和温度信息采集及发送模块、中继转发模块以及语音信号还原和温度显示模块。本系统工作过程如下：首先将语音信号迁移到0v~3v电压之间，通过STM32F103芯片进行AD采样形成语音数字信号，再将该信号进行a律压缩，然后把该语音信息以及采样得到了温度信息编码成对于的数据帧，最后通过红

2、外发射管以115.2Kbit/s的传输速率发送出去；对于红外中继转发模块，采用BPV22NF红外光电二极管及LT1328芯片搭配生成的数字信号原样通过TSFF6410转发出去；对于语音信号还原和温度显示模块，首先将接受到的信息通过帧标记将语音信息帧及温度信息帧进行分离，对于分离而得的语音数据，先进行a律解压和DA转换，然后通过平滑滤波和音频功率放大器进行放大播放，对于分离而得的温度信息先进行校验，然后通过数码管显示电路显示出来。本系统通过测试表明，设计方案合理且有效，各部分工作正常，效果良好。关键字：红外通信、红外发射、STM32单片机、温敏电阻I目录1

3、系统方案11.1系统实现方案11.2方案论证与选择21.3控制系统的论证与选择42系统理论分析与计算42.1模拟信号红外传输模块42.2数字信号红外传输模块52.3低通滤波器参数计算62.4提高转发器的效率103电路与程序设计113.1电路的设计113.1.1系统总体框图113.1.2电位调整模块电路（AC—>DC）113.1.3MCU处理部分（AD转换）123.1.4红外发送模块设计123.1.5红外接收模块设计133.1.6中继转发电路133.1.7MCU处理部分（DA转换）143.1.8温度采集电路模块143.2程序设计153.2.1程序功能描述与

4、设计思路153.2.2程序流程图154测试方案与测试结果164.1测试方案164.2测试条件与仪器164.3测试结果及分析164.3.1测试结果164.3.2测试分析与结论18参考文献19附录1：AD和DA转换源程序20I1系统方案本系统主要由红外发送模块、红外接收模块、STM32控制模块、终极转发模块等组成。1.1系统实现方案方案一：利用单片机控制电子开关的通断，实现模拟信号与数字信号的分时传输，同时接收端单片机以同样的方式控制电子开关并获取模拟信号或数字信号。在较短的时间间隔内获取了数字信号和语音信号。图1-1方案一21方案二：将数字信号转换为模拟信

5、号，利用红外光只传送模拟信号，在接收端用检波或滤波器将模拟与数字分离，分别获取模拟和数字信号并最终将数字信号显示出来。具体为温度传感器产生的信号经单片机生成的语音信号经过晶体振荡变为模拟信号2，模拟信号2与模拟信号1经加法器相加，一起传给红外发送模块，信号经红外发送与红外接收，再传低通滤波器，滤去噪声，此时产生的信号分成两部分，一部分经过低通滤波器，再放大传给耳机，另一部分经过高通滤波器，再放大，传给单片机，由单片机控制数码管显示温度。图1-2方案二方案三：利用数字信号传输稳定和抗干扰的优势，使用高速率的单片机采集语音信号和温度并进行AD转换或者融合温度

6、传感器采集的数字信号进行包装后（规定简单的信号协议）经高速红外发送模块发送出去，接收端利用接受电路接受后再用单片机按照规定的协议分离语音与温度信号后分别进行DA转换，再在接受端输出语音和显示温度。1.2方案论证与选择方案一简单易行，但是实验室现无满足要求的电子开关，所以舍去方案一；方案二数字信号效果比较理想，但语音信号失真较严重，电路结构复杂，晶体振荡电路无法达到设计要求且接收端无法完全分离音频信号与数字信号，所以放弃该方案；该方案电路图如下：21图1-3红外接收模块电路原理图图1-4光发送模块原理图方案三：如果采用功能强大的高速率单片机能够很好的将模拟

7、信号进行AD/DA转换，硬件电路简单可靠，采用高速红外信号发射接收器传输效果比较理想。高速红外管的传输信道的带宽足够满足传输语音信号。而高速单片机的处理速度能够在高波特率下满足处理要求。综合以上三种方案，我们选择方案三。211.3控制系统的论证与选择方案一：使用AT89C51单片机作为控制MCU，51单片机简单易操作，I/O少，但内部没有集成的AD/DA模块，不便于电路的设计与简化，处理速度慢，在高波特率传输情况下，极易会误码，造成语音信号的丢失。方案二：采用STM32作为MCU。STM32系列是ARM公司基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专

8、门设计的Cortex-M3内核。时钟频率高达72MHz，从闪存执行代码，STM3