模擬數(shù)字混合紅外信道通信裝置的設計
摘要:紅外通信技術具有低成本、跨平臺、點對點數(shù)據(jù)連接的特點廣泛應用于各種短距離通信中,但多為數(shù)字通信。設計提出一種模擬數(shù)字混合的紅外信道的通信方法,采用頻分復用的方法實現(xiàn)了模擬信號與數(shù)字信號在同一個紅外物理信道上傳輸。而且針對數(shù)字信號采用了ASK調制方式,實現(xiàn)頻譜的遷移,提高了抗干擾能力。模擬數(shù)字混合紅外信道的實現(xiàn)為在紅外信道上采用語音方式控制家電提供了一種可選方案。
本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/283520.htm引言
紅外通信是以紅外線作為載體來傳送數(shù)據(jù)信息。廣泛用于家用電器如遙控器、計算機的遙控鍵盤和遙控鼠標以及便攜式數(shù)據(jù)收集裝置(煤水電表的登錄器、報稅機)與主機的數(shù)據(jù)交換中。它作為一種無線通信,與無線電通信相比,由于其性能價格比高、實現(xiàn)簡單,具有抗電磁干擾、便于高速應用、空間接入靈活、經(jīng)濟等特點,可用于室內外實現(xiàn)點對點、無線紅外LAN通信及軍用紅外引信,在移動計算和移動通訊設備中獲得了廣泛的應用[1-3]。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,紅外通信作為一種無線通信方式也被引入物聯(lián)網(wǎng)通信框架中[4-5]。目前紅外線通信多采用數(shù)字編碼方式,但直接模擬通信也是重要的通信方式,本文在紅外信道上同時實驗數(shù)字和模擬通信兩種方式,實現(xiàn)通過紅外信道即傳輸數(shù)字同時傳輸語音的方式,為紅外信道的更廣泛應用提供一種可行方案。例如通過語音控制電視、控制電扇等家電提供了一種可選方案。
1 系統(tǒng)結構
系統(tǒng)由發(fā)射機、接收機兩部分組成。其中發(fā)射機負責模擬信號和數(shù)字信號的采集。并對采集信號做相應的處理,再經(jīng)過頻分復用實現(xiàn)信號的混合,最后將混合信號通過紅外發(fā)射電路發(fā)射。其發(fā)射機系統(tǒng)框圖如圖1所示。
接收機負責將接收的信號濾波處理。得到一路模擬信號和一路數(shù)字信號。再將兩路信號做相應的處理還原出模擬信號和數(shù)字信號。其接收機的系統(tǒng)框圖如圖2所示。
2 硬件電路設計
2.1 信號采集電路
模擬的語音信號采集電路是用駐極體話筒和8050三極管共基放大電路組成。
2.2 放大濾波電路
模擬的語音信號頻率一般集中在300Hz~3KHz,因此要設計低通濾波器且截止頻率大于3KHz,由于巴特沃斯濾波器在通頻帶中部有很平坦的頻率響應,雖然在靠近-3dB點的區(qū)域多少有點起伏,在-3dB點外,衰減速率逐漸增加并達到每倍頻n*6dB(n為濾波器階數(shù)),巴特沃斯濾波器相對來說容易搭建,并且需要的元件不像其他濾波器那樣精確。本系統(tǒng)采用4介巴特斯濾電路如圖3所示。
2.3 本地震蕩電路
本地震蕩電路采用文氏電橋震蕩電路,文氏電橋震蕩電路起振條件有要求R1>2R4,振蕩的頻率f=1/(2pi*RC),由于ASK載波選用60KHz,所以本地振蕩頻率f= 60KHz。
2.4 ASK調制電路
數(shù)字基帶信號占用的頻帶寬度與碼型和碼速有關,51單片機讀取數(shù)字溫度信號后,進過處理轉成二進制的單極性非歸零碼,通過串口發(fā)送給ASK調制電路。串口發(fā)送速率為300Baud,所以數(shù)字基帶信號占用的頻帶為600Hz,這與模擬的語音信號所在的頻帶有重疊,故數(shù)字信號要經(jīng)過調制實現(xiàn)頻帶的遷移,才能和模擬信號頻分復用。調制方法采用 ASK鍵控法,選通開關使用CD4053。
2.5 頻分復用
調制后的數(shù)字信號和模擬的語音信號頻譜沒有疊加,可以用加法器直接相加。加法器采用 反相加法器。
2.6 發(fā)射電路
紅外發(fā)射管先選取一個合適的靜態(tài)工作點,再加入模數(shù)的混合信號。
2.7 接收、前置放大電路
接收到的模數(shù)混合信號不再是基帶信號,是60KHz的ASK信號和300Hz~3KHz的模擬語音信號的混合信號,故放大器要求帶寬比較大,選用opa842作為前級放大器。電路如圖4所示。
2.8 ASK解調電路
前級放大信號經(jīng)過兩路不同的濾波放大電路后,可以從混合信號中分離出ASK信號,和模擬語音信號,模擬語音信號進過功放后直接有喇叭播放,實現(xiàn)語音信號的還原。而ASK信號要解調后才可以等到數(shù)字基帶信號。ASK解調方法有相干解調和包絡解調。由于包絡解調方法簡單,故采用包絡解調電路。
3 軟件設計與實現(xiàn)
3.1 發(fā)射機程序
發(fā)射機溫度采集使用的是DS18b20芯片,采集到的數(shù)據(jù)有STC89c51單片機讀取,讀取到的數(shù)據(jù)送到LCD1602液晶顯示屏顯示,同時將數(shù)據(jù)打包由串口發(fā)送給ASK調制電路。
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