红外无线通讯技术（通用7篇）
红外无线通讯技术 篇1
1. 引言
无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式,近些年信息通信领域中,发展最快、应用最广的就是无线通信技术。从最初的电报开始经过150多年的现代电信的发展是来自各界的成千上万科学家、工程师和研究人员的辛勤劳动的结果。目前,无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。
2. 无线通信技术的发展与应用
无线通信技术给人们带来的影响是无可争议的。如今每一天大约有15万人成为新的无线用户,全球范围内的无线用户数量目前已经超过2亿。
自七十年代人们就开始了无线网的研究。在整个八十年代,伴随着以太局域网的迅猛发展,以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补"有线"所短,赢得了特定市场的认可,但也正是因为当时的无线网是作为有线以太网的一种补充,遵循了IEEE802.3标准,使直接架构于802.3上的无线网产品存在着易受其它微波噪声干扰、性能不稳定、传输速率低且不易升级等弱点,不同厂商的产品相互也不兼容,这一切都限制了无线网的进一步应用。到1997年6月,IEEE终于通过了802.11标准,802.11标准是IEEE制定的无线局域网标准,主要是对网络的物理层(PH)和媒质访问控制层(MAC)进行了规定,使得无线网的两种主要用途----"(同网段内)多点接入"和"多网段互连",易于质优价廉地实现。对应用来说,更重要的是,某种程度上的"兼容"就意味着竞争开始出现;而在IT这个行业,"兼容"就意味着"十倍速时代"降临了。
无线通信的应用已深入到人们生活和工作的各个方面,包括日常使用的手机、无线电话等,其中3G、WLAN、UWB、、宽带卫星系统、数字电视都是21世纪最热门的无线通信技术的应用。
3. 蓝牙与红外技术的历史
蓝牙(Bluetooth)作为一种新兴的技术出现于1994年,由爱立信公司提出,是蓝牙特别兴趣小组(BluetoothSpecial Interest Group,SIG)中许多公司合作的结果。SIG于1999年7月颁布了蓝牙技术的第一个完整的规范。蓝牙是一种开放的技术规范,其目的是为了在世界上任何一个地方,实现短距离无线语音、视频和数据通信。
红外无线数据通讯技术是以红外线作为通信媒质的特定应用,也是一个技术规范。相比之下,红外无线技术比蓝牙技术更加成熟,其标准化进程相对要早了许多,最早是1979年IBM公司的F.R.Gfeller发表了一篇较有影响的关于室内红外无线通信设计与实验的论文。红外无线接入技术是以红外线作为通信媒质的特定应用。其工作频段为3.409~3.529×105GHz,红外数据协会(Ir DA)制定了一种标准的红外通信方法。这种方法包括通常用在移动电话、笔记本电脑和掌上电脑中。红外通信也是被设计用于短距离、低功率、无许可证的通信。
4. 蓝牙与红外技术的比较分析
蓝牙技术和红外无线接入技术都是短距离的无线接入技术,而且都能实现安全、可靠、低功耗、低成本的话音,数据及视频的传输。虽然都是无线接入技术,但是由于两种技术采用的电磁波频段不同,因此具有完全不同的信号传播特性。这也导致了两种技术在特点上的差异。
(1)通讯距离:按理想的情况,功率级别为CLASS 2的蓝牙设备之间也可以在10m的范围内进行数据通讯,而功率级别为CLASS 1的蓝牙设备之间可以在100m的范围内进行数据通讯,虽说一般情况下达不到上面给出的距离,但是比起红外设备的通讯距离要大很多。标准功率的红外设备可以在1m范围内正常通讯,低功耗设备的红外设备可在0.2m范围内正常通讯,见表1。
(2)通讯角度:蓝牙、红外数据通讯技术的数据载体都是电磁波,但红外波长短,蓝牙所使用的电磁波波长长,红外的单向性好,而蓝牙发射数据时是向整个球面发散的,并且由于波长长,还可以绕开障碍物。所以使用时,两个红外通信设备之间需对准,而蓝牙无此限制。但同时正因为如此,红外设备发送的数据几乎不太可能被其它设备所截获,而蓝牙设备发出去的数据很容易被其它设备所截获,虽然要分析出数据中的真正内容可能需要很高的技术水平,但这的确会导致蓝牙安全性降低。
(3)功率消耗:蓝牙在发射数据时,功率要比红外大很多,对于便携市设备而言,这也是蓝牙目前不完善的地方之一,或许等技术发展之后,这将不成为问题。
(4)数据通讯速率:就通常在便携式设备上使用的红外通信来说,其通讯速率最高只能到115200bps(SIR),而蓝牙V1.1与此相同。但FIR标准可达4Mbps,VFIR标准可达16Mbps,较目前广泛应用的蓝牙速率要高,可是FIR和VFIR因其高功耗,同样没有SIR应用得广。
(5)成本:蓝牙技术的成本比红外技术的成本高出很多,对于不同的产品,蓝牙技术比红外技术可能高出10美元到20美元甚至更多。
(6)厂家和消费者的认同度:蓝牙技术已获得了两千余家企业的响应,从而拥有了巨大的开发和生产能力。蓝牙已拥有了很高的知名度,广大消费者对这一技术很有兴趣。
红外通讯技术已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用,目前主流的软件和硬件平台均提供对它的支持。红外技术已被广泛应用在移动计算和移动通讯的设备中,巨大的装机量使红外无线通讯技术有了庞大的用户群体。
(7)缺点:蓝牙是一种还没有完全成熟的技术,尽管被描述得前景诱人,但还有待于实际使用的严格检验。蓝牙的通讯速率也不是很高,在当今这个数据爆炸的时代,可能也会对它的发展有所影响。ISM频段是一个开放频段,可能会受到诸如微波炉、无绳电话、科研仪器、工业或医疗设备的干扰。
红外通讯技术,通讯距离短,通讯过程中不能移动,遇障碍物通讯中断。目前广泛使用的SIR标准通讯速率较低(115.2kbit/s)。红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输,功能单一,扩展性差。
5. 结论
作为短程的无线接入技术,蓝牙技术和红外无线接入技术在许多应用上有相同或相似之处。但是由于两种技术有各自的特点,因此具体来说,两种技术在应用上还是有所区别的,譬如,在有障碍物或对移动性要求比较高的环境中,比较适合于使用蓝牙技术,而在可以直视且位置相对固定的环境中,比较适合于使用红外线技术,这样既可以降低成本又能达到较高的传输速率。
因此,今后的发展趋势是融合发展而不是某一种技术取代另一种技术,SIG在制定其核心技术时,专门研究了与红外无线接入技术的互操作性,制定了互操作性协议,可以相信在SIG和IrDA的共同努力下,这两种技术可以更好地相互补充,相互促进,在今后几年时间里,会有更多的蓝牙产品和红外产品面世,使短程无线连接变得更加方便,对人们的日常生活产生深远的影响。
参考文献
[1]邱永红,王庭昌,范建华,郭明.无线通信系统模块化设计标准体系的研究[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2003,(01):23-26.
[2]马萍,董树伟,肖保军.GPRS技术在电力数据传输中的应用[J].河南科技,2005,(09):12-16.
[3]赵雪林,李珊珊,周卫伟,王建华.无线通信技术在MOA在线监测系统中的应用[J].煤炭科技,2010,(01):20-24.
红外无线通讯技术 篇2
1 红外通信的技术原理
总体而言, 红外通信是针对二进制数字信号的调制和解掉, 从而形成红外信道并传输数据, 而红外信道的调制解器就是所谓的红外通信接口。
具体来讲, 红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体作为通信信道。发送端将基带二进制信号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。接收端将接收到的光脉转换成电信号, 再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调, 还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制 (PWM) 和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制 (PPM) 两种方法。
2 红外通讯技术在数据传输中的优势
在众多数据通讯手段中, 红外通讯技术是使用范围最为广泛的一种, 作为广为使用的无线连接技术, 红外通讯技术有它自己的优势:第一, 数据的收发简便, 因为它的数据主要在电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换;第二, 红外通讯技术采用的是无线连接取代了传统的网络连接, 便捷了小型设备中的数据传送;第三, 红外通讯技术在创新上创新但它并没有排斥传统的数据传输的通讯标准;第四, 红外通讯技术属于设备与设备的直线数据传输, 锥角角度小于30度, 使得其保密性能比较高;第五, 数据的传输速度快, 大大超越了传统的有线数据传输模式, 目前的传输速度是4M, 但是, 最新的VFIR技术已经达到了16M。
3 可以运用红外技术的设备
由于红外数据传送技术在数据输送方面的优势, 使得许多小型设备之间的数据传输都使用了此方式, 在这里我们仅介绍一些日常生活中常见的运用红外技术的生产设备比如:
(1) 笔记本电脑、台式电脑和手持电脑; (2) 打印机、键盘鼠标等计算机外围设备; (3) 电话机、移动电话、寻呼机; (4) 数码相机、计算器、游戏机、机顶盒、手表; (5) 工业设备和医疗设备; (6) 网络接入设备, 如调制解调器。
4 红外技术的缺陷
红外数据传输需要直线运行, 中间不能有障碍物的阻挡, 并且数据输送过程中不能中断, 否则不能完成数据的传输工作;就目前的技术水平, 通讯速率仍不是很高, 约在15.2kbit/s, 大大影响了数据的传输效率;鉴于红外通信技术最大的进步是有无线连接代替传统的线缆连接, 所以使用功能相对单一, 功能方面若要拓展相对比较困难。
5 红外技术为计算机技术带来的进步
红外通信标准有可能使大量的主流计算机技术和产品遭淘汰, 包括历史悠久的调制解调器。预计, 执行红外通信标准即可将所有的局域网 (LAN) 的数据率提高到10Mb/s。
红外通信标准规定的发射功率很低, 因此它自然是以电池为工作电源的标准。目前, 惠普移动计算分公司正在开发内置式端口, 所有拥有支持红外通信标准的笔记本计算机和手持式计算机的用户, 可以把计算机放在电话机的旁边, 遂行高速呼叫, 可连通本地的因特网。红外通信标准的广泛兼容性可为PC设计师和终端用户提供多种供选择的无电缆连接方式, 如掌上计算机、笔记本计算机、个人数字助理设备和桌面计算机之间的文件交换;在计算机装置之间传送数据以及控制电视、盒式录像机和其它设备。
6 红外通讯技术的发展前景
就目前的市场情况, 红外通信技术已经不仅仅局限在个人数字数据主力设备或者办公用笔记本电脑或打印机的使用, 而通过个人通信系统 (PCS) 和全球移动通信系统 (GSM) 网络将使红外通信技术的优势最大化得到发挥。笔记本电脑的数据连接由于红外连接本身是数字式而不需要调制解调器, 便携式PC在接通PCS数据卡后搭配电话便可以与无线PCS系统进行数据的传输;扩展电缆的红外端口使得在PCS电话系统和笔记本计算机之间容易实现无线通信。由于PCS、数字电话系统和笔记本计算机之间的连接是通过标准的红外端口实现的, 所以PCS数字电话系统可在任何一种PC机上使用, 包括各种新潮笔记本计算机以及手持式计算机, 以提供红外数据通信。而且, 由于该系统不要求在计算机中使用调制解调器, 所以过去不可能维持高性能PC卡调制解调器运行所需电压的手持式计算机, 现在也能以无线方式进行通信。
根据现在各种设备中红外通信技术的运用, 我们可以大胆的预计, 在未来的技术领域中, 红外通信技术将得到更为频繁的使用, 各种中小型设备都可以利用红外技术进行数据的传输, 比图数字蜂窝电话。银行ATM机等。随着红外技术的无线连接取代了传统的线缆连接, 这不仅是“有形”与“无形”的区别, 更是代表着新技术时代的到来, 并且, 红外数据传输的优越性也将在不同领域中得到体现, 比如保密性强, 所以军事机构的数据传输大都使用此技术, 并随着技术的不断革新, 它将发挥出更强的保密性能。由于红外线的直射特性, 红外通讯技术不适合传输障碍较多的地方, 所以, 在未来, 红外通讯技术仍需改进。
摘要：所谓红外通讯技术即利用红外线来传递数据, 是无线通讯技术的一种。红外通讯技术具有简单易用并且成本较低, 因而被广泛应用于小型移动设备互换数据和电器设备的控制中。同样, 在基于单片机应用系统中, 红外通信技术也在其中起到了非常重要的作用。本文中笔者将对红外通信技术在数据通讯中的重要作用展开论述。
关键词：红外通信技术,数据通信,重要性
参考文献
[1]尹仕任, 周本宽, 张春迎.红外热成像在铁路行车安全监控系统中的应用探讨[J].西南交通大学学报 (自然科学版) , 1997.
[2]蓝南妮.红外辐射测温仪原理及产品的应用[J].广西节能, 1999.
基于红外光的无线音频通信装置 篇3
1 系统设计及要求
利用红外发光管和红外光接收模块作为收发器件, 定向传输语音信号, 传输距离为2m, 频率范围为300~3400Hz。增加红外光通信中继转发节点, 以改变通信方向90°, 延长通信距离2 m。接收的声音应无明显失真。系统设计要求如图1所示。
2 系统方案
2.1 系统方案的论证与选择
红外通信按照信道传输信号类型的分类, 即数字通信和模拟通信。
系统采用模拟信号发送。即通过音频放大电路不失真的放大音频信号, 通过红外发射管将信号发射到红外接收管, 要求红外发射管工作在截止区和饱和区之间, 把输入的音频信号经过处理后, 加载在红外管上, 而且不能超出红外管的输出幅度。方案设计简便、成本较低, 但对硬件设计要求高。本系统采用模拟信号作为载体来传输信息, 主要由音频信号放大发射模块, 中继站模块, 红外发射模块, 红外接收模块, 电源模块组成。
2.2 音频信号放大模块
设计采用采用LMV358对音频信号进行放大。LMV358是一款是由两个独立的高增益运算放大器组成运放芯片, 频率范围宽, 低功耗, 由于LMV358是一片轨到轨的芯片, 所以输出信号可以达到电源信号或更低, 所以不容易造成饱和失真或截止失真。
2.3 红外发射管与接收管的选择
940nm红外发射管具有光强度高, 响应速度快, , 功耗低等优点, 最远可以传输10米左右, 设计采用940nm红外发射管作为音频信号传输的载体。系统采用与940nm发射管配套的黑色940nm红外接收管, 接收发射管输出的模拟信号, 最大正向电流为30Ma, 功耗低, 宽角度, 抗干扰能力强。
2.4 功放电路模块
系统设计采用TDA2822进行音频输出放大, 它是一款广泛应用于收音机、随身听、耳机放大器等小功率功放电路中的功放芯片, 具有工作电压低 (3—12V) , 集成度高, 音质好的双声道特点。
3 系统整体电路
系统电路主要分为5大模块, 音频信号放大发射模块, 中继站模块, 红外发射模块, 红外接收模块, 电源模块电路。系统电路图如图2所示:
电源由变压、滤波、稳压三部分组成, 为整个系统提供+5V电压, 确保电路的正常稳定工作。红外光通信中继转发节点是通过红外接收管把发射过来的信号采集接收放大, 从而达到信号再传输的功能。
4 设计方案测试结果
其中:D--距离, F--频率
距离越远, 频率越大, 损耗会增加。随着距离的增加, 信号也会相对的减小。所以, 要提高红外对管接收与发射距离就要加大发射电流以增大发射功率, 从而提高发射距离。此外, 输入波形频率越高, 接收的信号幅度越大。
5 结论
基于红外光的无线音频通信装置, 通过设计中继站对装置进行更远距离传输。该装置在中定向传输语音信号过程中, 无明显失真, 通讯方向性强, 适用于近距离的无线传输。设计装置性价比高, 实现灵活, 调整率高, 在生活电子产品中容易得以应用。
参考文献
[1]王兆安.电力电子技术 (第四版) [M].北京:机械工业出版社, 2000.
红外无线通讯技术 篇4
随着社会的进步, 科学技术发展得越来越快, 人们的安全防范意识也越来越强, 因此红外探测无线遥控数显防盗报警系统开始被广泛地应用于各个领域。此系统能够及时报警, 同时还能准确地进行定位, 将数据通过无线传输模块传送给监视主机, 这样一来, 有关人员就能够及时收到报警消息, 防盗效率大大提高。未来, 红外探测技术将会朝着智能化、集成化以及网络化的方向发展。本文将主要对红外探测无线遥控数显防盗报警系统的原理以及技术特点进行叙述。
1红外探测无线遥控数显防盗报警系统概述
红外探测无线遥控数显防盗报警系统主要是利用红外线光束进行探测, 当红外线光束被人或物遮挡住时, 探测器就会发出信号, 使发射机工作, 而接收机收到来自发射机的信号, 经过有关电路进行处理后, 控制信号即被输出, 报警声就会响起, 值班人员就可以根据显示器显示的报警地点迅速采取有效措施。此系统还采用了数字编码技术, 这样一台主机就可以带多台报警分机, 对多个报警点同时进行监视。
2红外探测无线遥控数显防盗系统技术分析
2.1热释电红外传感器
热释电红外传感器在检测人体辐射的红外线时, 可以利用非接触形式, 除此以外, 还能将其转化成电压信号, 以便对运动的生物以及非生物进行鉴别。热释电红外传感器除了可以用于防盗报警外, 还能在遥测以及自动控制中应用。
2.1.1热释电效应的含义
在某些绝缘物质中, 温度的变化会引起极化状态改变的现象。当一些晶体受热时, 在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷, 这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。
2.1.2热释电红外传感器的结构
热释电红外传感器通常使用PZT一类强介电材料, 在其上、下表面设置电极, 上表面覆以黑色氧化膜, 若有红外线间歇照射, 表面温度将会上升, 材料内部的原子排列就会发生变化, 从而引发自发极化电荷, 并在上、下电极之间产生电压。传感器的输出阻抗高, 但电压信号的输出却十分弱, 因此要将阻抗变化的场效应管和厚膜电阻放在传感器内部, 组成一个源极输出器。整个结构都应封在管壳内。
管壳顶端设置开设了一个装有滤光镜片的窗口, 这个滤光镜片可通过光的波长范围为7~10μm, 正好适合于人体红外辐射的探测, 而其他波长的红外线则由滤光镜片予以吸收。在光谱范围内, 热释电红外传感器的灵敏度波形十分平坦, 可见光对其并没有太大影响。
传感器前部装有菲涅耳透镜, 这是一种多面折射、反射镜, 其主要作用是和热释电红外传感器相互配合, 从而扩大探测范围, 提高探测接收灵敏度。
热释电红外传感器的结构以及等效电路图如图1、图2所示。
2.2被动式红外报警器
所谓“被动”指的是探测器自己并不发出能量, 在进行探测时, 只接收外界能量。因为人的体温一般为37 ℃, 因此会发出波长在10μm左右的红外线, 被动式红外探测器工作时, 就是对10μm左右的红外线进行探测。
信号滤波电路、热释电红外传感器、报警电路以及光学系统等共同组成了被动式红外报警器。报警器的核心器件是热释电红外传感器, 其主要作用是将人体的红外信号转换成电信号, 以供信号处理部分使用。信号处理的主要目的是放大、延迟输出较弱的电信号, 从而实现报警目的。
被动式红外报警器的结构如图3所示。
3红外探测无线遥控数显防盗报警系统的改进建议
3.1合理选择传感器
设计红外探测无线遥控数显防盗报警系统时, 传感器的选择尤为重要, 双元热释电红外传感器RE200B有2个对偶的传感单元, 可以抑制温度变化产生的干扰。除此以外, 将菲涅耳透镜装设在传感器前端, 还能抑制白光干扰。
3.2改进信号智能判断方法
采用MSP430单片机能够有效地克服小动物移动对报警系统产生影响的问题。其工作原理是当它接收到的信号电压总是处于一个较高水平时, 这个信号将被视作预入侵的探测信号, 然后红外传感器采集到的数据会被进行相应分析与处理当该信号所反馈的时间、空间以及温度等数据全部与人体吻合时, 系统才会进行报警。这种信号的智能判断方法能够有效防止风、小动物等对系统的干扰, 大幅度降低误报率。
3.3改进系统的主程序流程
和当前市场上应用较多的主程序流程相比, 图4所示主程序流程在信号判断方面更加智能化, 同时还增加了GSM模块设计。
4结语
目前, 红外探测无线遥控数显防盗报警系统中应用的被动式红外探测器存在着以下不足:误报率相对较高, 场外掌控性较弱。不过, 在不断加强对红外探测无线遥控数显防盗报警系统研究的前提下, 此问题必将得到解决。总之, 红外探测无线遥控数显防盗报警系统具有非常广阔的应用前景, 能在安防领域发挥十分重要的作用。
摘要：对红外探测无线遥控数显防盗报警系统进行了概述, 分析了其采用的技术, 并提出了改进建议。
关键词：红外探测无线遥控防盗报警系统,技术,改进
参考文献
[1]王松德, 赵艳, 姚丽萍, 等.红外探测无线遥控数显防盗报警系统[J].光谱学与光谱分析, 2009 (3)
[2]王燕, 李炜, 张锐.小区智能红外探测报警系统[J].现代电子技术, 2013 (15)
[3]何祥宇, 周涛.红外探测型香菇大棚煤气语音报警系统[J].湖北农业科学, 2012 (18)
红外无线通讯技术 篇5
1 教学翻页笔
教学翻页笔又称为无线激光笔或者电子教鞭, 它是专门为计算机及多媒体投影机设计的一种教学设备。教学翻页笔由无线发射设备、无线接收设备和控制器组成, 无线发送设备安装在翻页笔中, 接收设备和电脑相连接, 当教师或者演讲者在使用PPT进行演讲时, 演讲者不必一直守在电脑旁边, 可以通过教学翻页笔来控制PPT的翻页, 返回、标记重点和激光指示, 对于电子教学十分的方便。随着技术的进步, 许多人对翻页笔做了改进, 使翻页笔不仅可以对PPT进行控制, 对其它电子文档也可以进行控制, 甚至增加了U盘存储功能和录音功能, 这样翻页笔还可以当U盘使用或者帮助演讲者进行录音。
教学翻页笔使教师可以一定距离控制电子文档的播放、翻页和重点标记, 增强了教师和学生的互动, 提高了教学的质量和效率, 但是翻页笔并不能像鼠标一样来控制电脑, 甚至不能够对电子文档进行内容选择, 拖拉和一些常用的控制操作, 比如说复制, 粘贴, 插入等, 功能相对简单, 难以满足现代信息化教学。因此我们想在教学翻页笔的基础上进行改进和创新, 设计一种外观类似教学翻页笔, 功能和鼠标差不多的无线鼠标来帮助教学和演讲。
2 无线鼠标
无线鼠标主要由发射装置、控制电路、接收装置和调制解调电路组成, 无线发射和接收技术可以是Wi-Fi、蓝牙、红外等, 发送装置和控制电路装在鼠标中, 接收器通过USB或者其它接口和电脑相连, 可以在一定的距离对电脑、电视、投影设备进行无线控制, 对电脑操作者非常的方便。
虽然说无线鼠标相对于有线鼠标来说非常的方便, 但是在教学和演讲中仍然存在着问题, 那就是无线鼠标必须在桌子上或者鼠标垫上使用, 不能像翻页笔一样在空中翻转使用。在桌子上或者鼠标垫上我们可以很方便的滑动鼠标滚轮, 但是在空中却没有着力点, 而且在空中对投影仪上播放的电子档案中的内容进行定位要比在电脑屏幕上难很多, 我们必须要通过手势动作和重力感应才能对特定点进行识别和定位, 并且要通过相应的滤波处理和手势识别算法来判别指令。所以说如果能把翻页笔和普通无线鼠标的功能结合起来, 设计一种适应于教学和演讲的无线鼠标, 相信能够大大地提高教学和演讲的效果。
3 适用于教学的红外无线鼠标的设计
本文设计了一种适用于教学的红外无线鼠标, 主要由发射模块、接收模块、滤波电路、解调电路和控制电路组成, 其中, 控制芯片为AT89C51, 发射模块和接收模块之间通过红外发射和接收模块实现两者之间的无线通信, 发射模块集成在手持端, 接收模块通过USB接口与PC终端相连, 最终由控制芯片和接收端的USB驱动电路实现无线鼠标的控制功能。
如图1所示, 发射模块主要由角度传感器、重力传感器、AT89C51单片机、红外发射模块组成, 主要功能是实现对手势动作趋势信息的采集和发送。其中角度传感器和重力传感器用于检测使用时X、Y坐标的变化, 通过感知使用者的动作并就动作定义为特殊指令, 最后由控制芯片对X、Y坐标变化趋势进行分析, 完成对鼠标移动轨迹的模拟。
如图2所示, 接受模块主要由红外接受模块、滤波电路、解调电路、AT89C51单片机、USB接口组成, 主要功能是等待捕捉发送端的信号并进行处理。接收端在接收信号成功后通过对X、Y坐标变化, 进行算法处理时, 需用对动作过程中误差较大的坐标进行滤波, 简化鼠标的移动方向, 并通过手势匹配的方式, 正确反映鼠标的运动趋势, 从而更好地完成对手势运动趋势的分析和处理, 实现鼠标的空中准确定位。
在动作感应模块方面, 采用三维角度传感MPU6050模块和ADXL345三轴重力传感器模块。其中, MPU6050模块抗感染能力强, 测量精度高, 可以兼容3.3V/5V的嵌入式系统, 连接方便, 稳定性极高, MPU6050模块通过处理器读取测量数据然后通过串口输出。ADXL345是一款小巧纤薄的低功耗三轴加速度计, 可以对高达±16 g的加速度进行高分辨率 (13位) 测量。ADXL345非常适合移动设备应用。它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度, 还可以测量运动或冲击导致的动态加速度它具有高分辨率, 能够测量约0.25°的倾角变化。
用MPU6050角度传感器和ADXL345重力传感器来感知手势动作, 如挥手, 摆臂, 上移, 下移等, 然后通过红外发射器把数据发送出去, 再由接收端对信号进行滤波, 解调和手势算法处理, 最后将不同的动作定义为特殊的功能, 如实现教学演讲时PPT、Word以及其它电子文档等的上翻、下翻、前进、返回、切换窗口, 拖拉、选择、复制、粘贴等无线鼠标功能。
4 结束语
本文针对教学翻页笔只能翻页, 不能像鼠标一样选择, 拖拉等问题, 提出了一种适用于教学的红外无线鼠标的设计制作方法, 该方法以STC89C51单片机为控制核心, 通过角度传感器和重力传感器感知鼠标的移动动作, 同时, 通过红外发射和接受完成无线通信, 从而实现教学翻页和鼠标一体的功能。
参考文献
[1]陶志成, 张海.MPU6050和STM32L52的微功耗三维无线鼠标设计[J].单片机与嵌入式系统应用, 2015 (12) :1-4.
[2]詹杰, 王劲松, 李仕瑶.基于CC2500收发器和AVR单片机的无线鼠标设计[J].吉首大学学报 (自然科学版) , 2013, 34 (01) :42-45.
[3]曹青, 欧阳红林, 胡彪.基于角速率陀螺仪的无线鼠标的设计与实现[J].微机电技术应用, 2008, 24 (12) :230-232.
[4]吴大中.一种用于多媒体教学的无线鼠标[J].电子技术应用, 2009 (02) :91-94.
红外无线通讯技术 篇6
关键词：激光,红外,音频信号
1 引言
近年来, “自由音频”这一概念越来越引起人们的关注, 人们期望在保证高音质的同时, 能够摆脱线材的束缚, 方便安全的欣赏音乐。我们从物理实验角度出发, 利用激光, 红外两种无线传输媒介, 设计、制作了无线音频装置, 并详细分析了两种方案的优劣, 为它们的无线音频应用提供一些理论依据。
2 原理
由于是声音信号的无线收听, 研制装置主要解决声音信号的拾取、无线传输和还原三个问题。实验中我们设计了激光, 红外两种实现方案。
2.1 激光方案
激光方案就是用半导体激光发生器产生的一束极细的红光激光, 射到密闭声源附近的玻璃上, 玻璃会因声源的声音变化而产生轻微振动, 此时从玻璃上反射回来的激光包含了声波的振动信息, 在反射光线经由的一定位置用专门的接收器 (光敏二极管) 接收, 将光信号转化为电信号, 再通过信号放大和功率放大电路以驱动扬声器实现声音还原。
2.2 红外方案
红外方案是用压电陶瓷贴片附到声源近处的密闭外壳上, 物体因声源的声音变化而产生轻微振动, 经过压电陶瓷贴片将转化为电信号, 通过放大电路将信号放大并加载在专门的红外发射二极管将电信号转换为红外光信号发射出去。接收端用与之配套的红外接收二极管进行红外光信号的接收并转换为电信号, 再通过信号放大和功率放大电路以驱动扬声器实现声音还原。
3 电路设计
激光、红外两方案所拾取的原始信号都是微小信号, 因此必须经过信号放大电路放大。同时在收听时还要进行功率放大才能驱动扬声器。
3.1 信号放大电路
信号放大电路主要完成小信号的电压放大任务, 其失真度和噪声对系统的影响最大, 应优先考虑。此放大电路都带有反馈, 具有良好的抗共模干扰能力。通过集成运算放大芯片NE5532构成了前置放大电路, NE5532内部有两个集成运放。
实验中第一个运放用作电压跟随, 作用在于稳定信号。
第二个运放用作信号放大。输入电压为Ui, 输出电压为U0, 电位器阻值1～50K可调, 则理论放大倍数为2～5 1可调。实验中可根据需要进行调整。
3.2 功率放大电路
音频功率放大电路是由集成功率放大芯片LM386构成的集成OTL电路。其作用是将输入的较微弱信号进行放大, 产生足够大的电流去带动扬声器进行声音的重放。L M 3 8 6芯片的优点具有静态功耗低、工作电压范围宽、外围元件少等优点, 因此我们选择使用它来组建功率放大电路。
此电路的电压放大倍数为20～200倍数可调, 我们将经过两级信号放大电路放大后的声音信号输入功放电路, 同时通过调节电位器R 1来改变输入功放电路的信号电压从而调节扬声器音量, 实现声音的重放。
4 效果比较与分析
实验中我们将声源放在一个有机玻璃罩里, 分别用两种方案装置进行了测试, 并用示波器观察了还原之后的声音波形, 通过测试综合分析两种方案的优缺点, 可以得出如下结论: (1) 从示波器记录的波形来看, 两种方案的还原效果是不一样的, 其中的干扰和失真产生的原因也不尽相同。在没有给声音信号时, 红外方案的波形比较干净, 而激光方案的波形则有许多的毛刺出现。这是由于光敏二极管外界环境下工作会受到环境光的干扰, 而环境光对红外二极管却几乎没有影响。 (2) 从实验装置的使用距离和传输方式来考虑, 红外方案和激光方案的感应距离都在5～10m, 并且传输过程中不能有障碍物; (3) 从可操作性来看, 红外方案需要在声源盒上安放压电陶瓷片来拾取声音信号, 而激光方案通过激光入射和反射就能很方便的拾取信号。
针对两种方案各自的缺点, 可以做以下的改进: (1) 在激光方案中, 给光敏二极管加上一个遮光罩, 就可以滤除大部分的可见光干扰;将红光激光换成红外激光, 也可以减少可见光的影响。 (2) 利用滤波电路滤除不需要的信号来改善效果。 (3) 利用红外光的漫反射传播, 在小范围内解决红外光的直线传播的缺点。
5 结语
本文围绕激光、红外两种声音信号无线收听方案, 详细介绍了这两种方案的实现流程和实验电路, 同时利用示波器的波形记录, 分析了两种方案的干扰信号的来源。从还原效果、实用距离和可操作性等角度比较了两种方案的优缺点, 并提出了具体的改进方案和措施, 从理论上指导了它们的无线音频应用。
参考文献
[1]渴望自由漫谈无线音频[J].电脑迷, 2009, (03) :26-27
[2]张宏希.红外接收组件原理及应用电路[J].石河子大学学报 (自然科学版) , 2005, 23 (6) :758-760.
红外无线通讯技术 篇7
计算机和通讯设备正在经历着从有线设备与网络向无线设备与网络的巨大转变。为了使耳机产品使用更加便捷, 各大公司大力开发无线耳机, 而红外线作为一种光波, 其无线传输只受强光影响, 具有极大的稳定性, 因此被广泛应用在早期的手机、各种遥控器和无线鼠标当中。带宽是红外无线技术最大的优势, 换句话说, 音频产品采用红外无线技术将能够传输更大容量的信号, 且音质效果更好[1]。 信号的调制方式主要有调幅、调频及调相三种。 其中频率调制的应用最为广泛, 它比其它两种调制方式更具优势, 不仅经济性更强, 而且抗干扰能力强, 音质良好。 锁相环技术[2] ( PLL) 是一种能自动跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。 该技术在频率调制方面作用显著, 被广泛应用在很多相关领域, 比如导航、雷达、通信、电视、广播等。
锁相环集成电路CD4046 的最高工作频率1.3MHz, 电源电压3-18V, 属于低频多功能单片数字锁相环集成电路。该电路与其他电路相比具有很多优势, 比如功耗低等, 所以被广泛应用在很多方面, 比如频率的编码和译码、遥控系统、频率合成、频率调制与解调等。 正因如此, 本设计采用了红外技术和锁相环制作而成, 使用频率调制方式, 用红外线传送音频信号的调频红外无线耳机。如此一来该耳机几乎不受电磁干扰, 确保了良好的音质, 而且供电方式多样, 传输距离远, 具有较高的性价比[3]。
1 工作原理
红外无线耳机系统首先将收到的音频信号转化成红外信号, 以便更好的进行无线传输, 之后将收到的红外信号转化为音频信号, 而人耳最后接收到的属于声音信号, 声音信号是由音频信号转化而来的。调频红外无线耳机有两部分组成, 分别是发射机和接收机。 具体框图及组成如图1、图2 所示。
发射端和接收端均采用CD4046 组成的电路。 数字锁相环CD4046 由鉴相器PCI与PCII、 压控振荡器VCO、源跟随器够成, 通过外加环路滤波器对信号进行滤波。CD4046 结构图如图3 所示。 其中相位比较器PCI要求输入信号为方波, 并且要求方波信号的占空比为50%.相位比较器PCII是一个由信号的上升沿控制的数字存储网络, 对输入的方波信号占空比无此要求[4]。
工作过程如下: 从9 端输入音频信号时, 4 端可输出受输入信号调制的调频信号。 由于调频时要求VCO有一定的频率范围 ( 频偏) , 所以不用R2 压缩带, 即R2 为无穷大。 仅用R1 和C1 确定VCO的中心频率。
2 电路设计
2.1 发射部分
发射机电路[5]的作用是将音频信号转换成被音频信号调制的红外信号, 其主要包括:
①频率调制电路, 其由锁相环集成电路CD4046 构成;②红外发射电路, 其由红外发射二极管构成。
音频信号通过电容Cl耦合到共集放大电路。 不影响共集放大电路的静态工作点是C1 的作用。 共集电极放大电路的作用是把交流信号耦合到静态工作点的直流上, 让交流信号在一个直流量的基础上变化不同的电压值就对应了不同的频率, 电容C3 和变阻器R2 的作用是共同决定了CD4046 的振荡频率, 叠加在直流上的交流信号, 对应不同频率的方波信号在锁相环的4 脚输出, 然后再发射管上得到相应频率的信号, 声音信号通过电容藕合到共集电极电路[6,7], 此时变化的交流信号到了三极管的静态直流上信号到达集成锁相环后, 把变化的电压信号转化为变化的频率信息, 然后通过发射驱动光电二极管。 电路图如图4所示。
2.2 接收部分
接收机电路 ( 把接收被音频信号调幅的红外信号转换为音频信号) 包括:①集成电路MAX9722 构成的音频功放电路;②集成电路LM311 构成波形整形传输电路;③相环集成电路CD4046 组成频率解调电路;④红外光电二极管构成红外接收电路。
红外信号携带信息, 但需被红外接收电路转化为同样频率的电压信号, 只有这样整形电路才能将电压信号整形为标准的方波信号。 集成锁相环开始跟踪方波频率信号, 并将其转化为声音信号, 同时送到功放电路进行放大, 接收电路把光信号转化为电流信号, 变化的电流信号通过电阻转化为变化的电压信号[8]。 LM3ll是一个电压比较器, 通过过0 比较, 把电压信号整形为标准的方波信号输出。
需保证接收电路中发射电路的中心频率要和中心频率一致, 由电容C4 和电阻R8 决定, R9 和电容C5 对频率信号进行滤波, 然后由源跟踪器10 脚输出模拟信号, R7和LED2 起指示灯的作用。 电路图如图5 所示。
3 调试过程及实验数据分析
红外发射电路中, 通过调节共基级放大电路的滑动变阻器, 把静态工作点调节到一个合适的电压, 使晶体管处于放大区, VCE电压在lv左右, 此时调节CD4046 集成电路11 引脚处的滑动变阻, 使静态工作点电压对应60KHZ的频率。 当输入正弦信号时, CD4046 的输出电压以60KHZ为中心频率上下波动, 从4 脚的输出看到, 调制输出的信号为方波信号并稳定在60k HZ。 如图6-9 所示。
红外接收模块电路中, 红外光电二极管通过以合适的位置和角度对准红外发射二极管并接收信号, 然后进行光信号到电信号的转换。 信号通过电压跟随器LM311 把电压信号转换为标准的方波信号, 再输入到CD4046 构成的解调电路中, 解调出来的信号进入由集成电路MAX9722构成音频功放电路。 通过调节R9 和R10, 耳机的音量具有从大到小的调节功能。
4 结论
锁相电路设计过程中, 对输入信号进行处理, 在锁定过程中, 滤波器的设计尤为关键, 决定着输出的频率。 调试过程中, 一一进行电路检测故障排查。
红外无线耳机设计过程中, 输入60k Hz的正弦信号, 经过红外发光二极管发射和光电二极管接收, 使蜂鸣器发出声音。但在这个过程中, 红外发光二极管和光电二极管必须有个合适的角度和位置才可使信号得以传输过来, 由于设计过程中涉及多个滑动变阻器, 在调试过程中必须取得合理的数值。 再者, 由于外部干扰太大, 持续实现最终过程比较困难。 在红外发光, 光电信号转换过程中, 存在很大的改进。
整个设计过程围绕锁相电路展开, 从基础的锁相电路设计到锁相环应用设计, 贯穿红外无线耳机设计过程中包括光电信号转换过程。进一步熟悉了光电知识。很好的做到了光电知识的衔接。 电路设计过程中, 需要熟练掌握所用芯片的使用说明书, 并对其进行分析、归纳总结, 再完整的设计电路。
参考文献
[1]邓重一.锁相环在频率调制与解调电路中的应用[J].安全与电磁兼容, 2003-04-26.
[2]戴逸良.频率合成与锁相技术[M].北京:中国科技大学出版社, 1995:73-76.
[3]余义雄.基于调频技术的红外音频传输设计[J].四川大学学报:自然科学版, 2014 (3) :32-34.
[4]卢汉生, 侯山峰.基于锁相环集成电路CD4046的红外无线耳机设计[J].光电工程, 1997-10-28.
[5]程永佳.发射式电视伴音无线耳机[J].家电检修技术, 2006 (3) .
[6]王鹏宇, 吕善伟.数字锁相环的设计[J].宇航计测技术, 2012 (03) :21-24.
[7]赵彦芬.频率合成器环路滤波器的设计[J].无线电工程, 2006 (04) :39-41.