红外模块（精选4篇）
红外模块 篇1
0 引言
未来的先进战斗机均采取了红外措施, 其红外辐射大大衰减, 如隐身作为未来战机的几大特征之一[1], 其红外性能的动态测试与评估, 将是试飞工作中的一项非常重要的内容。需要通过载机平台加装机载红外测量系统对目标的红外特性进行测量, 以获取高置信度的测量结果, 为消除测量距离上大气对红外衰减的影响, 要求测量距离尽可能近, 着重在距目标机几十米至几百米内情况下的红外辐射特性, 然而如果探测距离近必将导致试验时间短暂, 试验数据获取难度增大, 因此要求红外测量系统需要快速跟踪目标, 最大限度获取红外特性数据, 为实现红外测量系统快速跟踪目标, 需要研制引导系统向红外测量系统提供实时目标方位、距离等引导信息, 以满足快速引导红外测量系统跟踪目标的目的。本文就红外测量系统的引导模块进行了详细设计, 并进行了相关实验测试。
1 红外测量系统引导模块基本原理
红外测量系统一般吊挂在飞机上, 用于空对空动态目标红外辐射特性跟踪测量, 图1所示为测量目标尾向情况飞行态势。目标机将自身位置、速度信息通过数传电台发送给红外测量飞机的引导解算单元, 引导解算单元通过目标机位置、本机位置、姿态等信息计算目标机相对于红外测量载机的方位、距离信息, 并将该信息通过内部总线发送给红外测量系统, 引导其快速对目标进行跟踪测量。
2 引导解算模型
引导过程即已知载机大地坐标 (B0, L0, h0) , 目标的大地坐标 (B1, L1, h1) , 求解目标相对载机机体坐标系 (α, λ, R) 的过程。其中α是方位角, λ是俯仰角, R是距离, 引导解算过程就是坐标转换过程, 即从大地坐标系转至大地直角坐标系转至地理坐标系最后转至载机坐标系。
(1) 将载机、目标机的经度、纬度、高度转换为地心直角坐标。
按照式 (1) 将载机和目标机大地坐标系变换至载机地心直角坐标 (x0、y0、z0) 和目标机地心直角坐标 (x1、y1、z1) 。
(2) 将目标机的地心直角坐标转换为载机地理系 (北东天坐标系) 坐标。
根据1) 计算得到的载机、目标机地心直角坐标, 按照式 (4) 将目标机地心直角坐标转换至在载机地理系中的坐标 (xg、yg、zg) 。
(3) 将目标机地理系坐标转换为机体系坐标。
根据公式 (4) 计算结果, 按照式 (5) 将目标机地理坐标系转换至机体坐标系中的坐标 (xb、yb、zb) 。
公式 (5) 中yaw—载机真航向、pitch—载机俯仰角、roll—载机横滚角。
(4) 引导输出机体方位角计算。
引导机体方位角α按式 (6) 计算:
(5) 引导输出机体系俯仰角计算。
引导输出机体系俯仰角λ按式 (7) 计算:
3 引导系统硬件方案设计
根据该项目的技术需求, 引导系统总体硬件实现方案框图如图2所示。红外测量引导系统由时码发生器、GSP接收机、电台、引导任务处理机组成。其中时码发生器也称B码发生器, 主要用于接收GPS时间, 并向整个被试系统和配试系统提供统一的时间基准;数传电台用于接收目标机 (被测量飞机) 的GPS位置信息, 通过RS-422总线发送给引导任务处理机;GPS接收机用于接收GPS信息, 获取本机位置、速度信息, RS-232总线发送给引导任务处理机;引导任务处理机用于接收载机平台、目标机等信息, 对信息进行时间同步和外推等预处理后再进行引导解算, 并将解算的距离、方位等引导信息周期性通过1553B总线发送给加装的红外测量吊舱。
3.1 时码发生器
时码发生器选用AGB-2型机载GPS-B时码发生器 (型号G200904697、G200904698) , 其工作原理为接收GPS卫星信号, 依据接收到的标准GPS时间和1PPS定时信号, 产生多路IRIG-B时码 (AC码) 信号。
3.2 GPS接收机
GPS接收机选用型号为诺瓦太公司型号为DL-V3的硬件模块, 以NMEA0183 GGA/VTG/RMC格式实时给出WGS-84定位坐标及速度、方向、定位状态、运行状态等信息;输出20HZ的原始观测数据和定位速度数据发送至引导任务处理机。
3.3 数传电台
数传电台选用SCADA设计的基于DSP的无线电设备, 支持串行远程终端单元 (RTU) 和可编程逻辑控制器 (PLC) , 用于接收目标机 (被测量飞机) 的GPS位置信息, 通过串口发送至引导任务处理机。
3.4 引导任务处理机
引导任务处理机系统硬件由FPGA和1553B收发芯片组成, 完成1553B协议的采集和回放, 提供给软件控制接口和数据通道。存储单元由PCIe-SATA协议转换和SATA接口电子盘组成。可通过RS232或网络接口控制该采集存储模块, 并可通过千兆以太网口下载已经记录的总线数据。系统框图如图3所示。完成对1553B总线数据的采集、转发、引导计算、存储和下载功能。
4 软件设计
软件系统驻留在引导任务处理机中, 根据功能将软件系统分为初始化模块、RS422数据采集模块, 总线监视模块, 引导解算模块, 远程终端模块, 数据记录下载模块, 其中引导解算模块处理流程如图4所示, 各模块在系统整体调度下实现其对应的功能, 上位机控制台与引导任务处理机交联实现对系统工作模式的切换, 程序的烧录, 系统软件的配置、记录数据的下载等功能。
5 引导系统试飞验证
为充分验证引导系统输出数据的准确性, 利用机载雷达系统对引导系统输出准确性进行检查, 具体方法为载机和目标机迎头进入, 机载雷达对目标机进行探测跟踪, 同时引导系统根据目标机和载机位置、姿态信息进行引导解算, 事后将两者输出进行插值处理, 分析输出结果的一致性, 分析结果如图5所示, 通过试飞结果分析, 引导系统与机载雷达输出一致, 证明引导系统的引导算法正确, 可满足红外测量引导的需求。
6 结束语
现代高端技术战争, 是在多维战场空间 (陆、海、空、天、电子、信息) 上的军事对抗, 对抗的实质是探测与反探测的大对抗。随着红外技术在武器系统中的广泛应用, 新型武器系统设计, 迫切需要了解飞机的红外辐射特性。飞行器的红外辐射特性动态测量与研究, 对飞行器红外特性设计定型鉴定、红外设计与性能验证/评估、武器制导、目标探测与识别、光电对抗、反隐身技术、仿真等等众多军事领域有着重要的应用, 而红外测量引导系统是确保测量系统快速跟踪目标、获取尽可能多红外特征数据的有力保障, 因此引导模块具有很强的工程应用价值, 本文从引导算法、软硬件设计到最终飞行验证充分证明了该系统设计方法的正确性, 对于同类引导系统研制具有很强的借鉴意义。
摘要：在简要介绍红外测量引导模块工作原理基础上, 介绍了红外测量引导模块的实现算法, 详细设计了红外测量引导系统的软、硬件, 通过机载雷达与引导系统对比试飞表明, 引导系统输出数据准确、稳定, 可以满足红外测量系统的引导需求, 对同类产品研制具有借鉴意义。
关键词：红外,测量,引导模块,飞行试验
参考文献
[1]涂泽中, 雷迅, 胡蓉.对新一代综合航电系统发展的探讨[J].航空电子技术, 2001:32 (1) .
[2]王姝.机载光电测量系统引导及定位技术研究[D].长春:长春理工大学, 2007.
[3]李艳晓, 胡磊力, 陈洪亮, 车宏.基于GPS引导的高精度动态红外辐射模拟器[J].测控技术, 2009:28.
[4]田伟.雷达精度试验中GPS数据坐标转换及误差分析[J].雷达与对抗, 2007 (2) .
[5]王国玉.电子装备试验数据处理[M].北京:国防工业出版社, 2001.
红外模块 篇2
本文介绍的USB接口的红外数据传输模块是我们红外智能车辆管理系统的一部份,它负责将车主信息传送到车辆管理卡中。红外通信是一种成本低廉,简单易用的无线通讯方式,广泛用在计算机与设备及设备与设备之间的通信,我们的车辆管理卡就是通过红外的方式同外界进行数据通信。目前,大多数PC并没有红外接口,为了与车辆管理卡进行数据通信,本文设计了一个基于PC机USB接口的红外数据传输模块。考虑到成本以及应用的特定性,没有实现IrDA规范,而是制定了一个较简单通信协议,简化了软硬件设计。
1 硬件设计
1.1 红外发送、接收接口设计
红外信号发送的原理如图1所示,与非门U2A、晶振Y1等构成振荡电路,产生38k交变信号。当BM为高电平时,U2B被锁死,38k交变信号无法通过,没有红外信号发出。当BM为低电平时,振荡电路产生的38k信号经由与非门U2B,U2D到达晶体管Q1基极,控制着Q1的导通与截止,当Q1导通时有红外信号发送出去,信号的强度跟Q1集电极电流大小成正比;当Q1截止时,就没有红外信号发射。所以当BM为低电平时,红外发光二级管发射38k交变红外信号。
红外接收原理如图2所示,TSOP34138芯片为VISHAY公司为远程控制系统开发的红外接收模块,它能够将38 k的红外载波信号解码输出为单片机可以直接读取的电平信号。当没有38 k红外信号时1脚输出高电平;当接收到38 k红外信号时,1脚输出为低电平,触发单片机INT0中断。
1.2 底层通信协议
数据传送采用脉宽编码方式,一次数据传输的格式如下:起始码+数据+结束码。以下的论述中,编码格式我们用BM脚的高低电平来表示,BM脚为低电平时有红外信号发出,BM脚为高电平时,没有红外信号发出。在发送端,起始码格式为12 ms低电平+12 ms高电平;bit1编码格式为560 μs低电平+1 690 μs高电平;bit0编码格式为560 μs低电平+560 μs高电平;结束码为560 μs低电平。接收端通过判断两次低电平中断之间的间隔来解码。
1.3 USB固件
本模块的主要控制芯片为CY7C68013,这款芯片满足USB2.0规范,自带增强型51内核。在本设计中它除了完成与主机的USB通信工作,同时也是红外编解码的主控芯片。为了帮助用户开发设计,Cypress公司提供了一整套的工具链以及各种应用的示例程序。固件主要完成USB协议的实现工作,同时也完成红外通信的相关处理。
USB通信有控制传输、块传输、中断传输、同步传输4种方式,根据我们实际需要,选择了块传输的方式,固件程序在厂家提供的例子程序bulkloop的基础上编写。这个示例程序中提供一个程序框架,它完成了USB协议实现的大部分工作,我们可以通过修改和添加代码来实现自己的功能。
首先,我们要修改设备描述符中的厂商ID和产品ID。打开dscr.a51文件,找到DeviceDscr栏中对应的Vendor ID和Product ID,分别修改为自己的厂商ID和产品ID。
然后,我们要添加代码实现特定的功能。框架程序FW在系统上电后,完成一系列初始后,循环调用TD_Poll函数检测各端点是否有数据收到。在此,我们选用端点2和端点6作为工作端点。我们可以在这个函数中添加相应的代码。流程图如图3所示。
CY7C68013除了完成USB通信工作外,还要完成红外信号的收发工作。在发送端,由于我们采用硬件振荡电路产生38k基波信号,程序中处理发送的程序非常简单。按照通信协议依次赋值BM为高低电平即可,定时器T0用于定时。在接收时,INT0会产生多次中断,在中断处理程序中通过比较上一次中断和本次中断时间间隔来确定起始码、BIT1码、BIT0码 。当接收到8个bit数据时,将这个byte数据存储到变量中;依次读取全部数据。
2 上位机程序设计
2.1 驱动程序
Cypress公司为CY7C68013提供了通用的驱动程序CYUSB.SYS以及一个设备安装文件CyUSB.INF。CYUSB.SYS能够理解基本的USB命令,但是不能理解厂商自定义的命令。这个驱动程序与应用程序的接口类在CyAPI.lib中实现,具体的使用方法将在下一节上位机应用程序设计中详细说明。为了能够正确驱动设备我们需要对CyUSB.INF做以下修改:
(1) 用编辑器打开CyUSB.INF文件找到下面这一行
复制上面这行,并且去掉前面的分号。
(2) 更改复制行中的VVVV为自己的厂商ID,PPPP为产品ID。
(3) 同上修改另一行
并且修改"Cypress Generic USB Device"字符串为自己的设备名如"USB Infrared Write Card Device"。这样windows在加载设备时发现的设备名将为USB Infrared Write Card Device 。
(4)在设备管理器中强制使用CYUSB.SYS作为本设备的驱动程序。
经过以上几个步骤,即可成功驱动设备。
2.2 上位机应用程序设计
CyAPI.lib是Cypress提供的一个类库,这个类库为CyUsb.sys驱动程序提供了一个高级应用程序编程接口,有了这个类库,我们可以使用Open,Close,XferData这样的方法来同USB设备通信,勿需使用DeviceIoControl这样的Windows API,大大简化了应用程序编写,提高了效率。我们的编程采用Visual C++ 6.0,为了使用类库,必须在使用了CCyUSBDevice类的文件中包含CyAPI.h,并且将CyAPI.lib静态链接到工程中。这个类库使用设备和端点模型,首先用new方法新建一个CCyUsbDevice类实例,然后使用Open方法打开特定厂商ID和产品ID的设备,设备打开后可以使用CCyUsbEndPoint类的XferData方法同设备进行数据交换。
3 结果分析
为了检验模块的性能,我们进行了大量的测试实验。在办公室环境下,当角度为
0°(模块与车辆管理卡正对)时,最大距离为20 m;当角度为30°时,最大距离为7 m ;当角度为60°时,最大距离为2 m。在上述的扇形范围内平均写卡成功率为99.5%,完全符合设计要求。
摘要：利用CY7C68013芯片设计了一个USB接口的红外数据传输模块,实现了红外智能车辆管理系统的写卡操作,多次试验证明该模块稳定可靠,符合设计要求。
关键词：USB红外数据传输,车辆管理系统,驱动程序
参考文献
[1]潘言全.利用单片机实现的红外通信接口.中国水运,2007;7(05):140—141
[2][美]艾珂尔逊.USB大全.陈逸,译.北京:中国电力出版社,2001
[3][美]海德.USB设计应用实例.孙耀国,译.北京:中国铁道出版社,2003
红外模块 篇3
在进行红外导引头半实物仿真试验中,需要对红外导引头的性能进行评估。在评估过程中,很重要的一个环节是对不同型号的红外导引头的视频信息进行采集和处理[1,2]。由于不同厂家不同型号的红外导引头在实现原理,组成和接口标准上都存在差异,因此需要红外导引头半实物仿真系统的视频采集模块具有通用性,能够适应多种视频制式,匹配多种硬件接口,在软件上能够屏蔽底层差异,实现与硬件无关。
分析了导引头视频采集常用硬件接口和软件方法,给出了一种基于Opencv和Directshow的红外导引头通用视频采集方案,在硬件层面,通过标准的PCI图像采集卡来连接不同类型导引头的视频输出线;在软件层面,通过Opencv中集成的Directshow模块对导引头视频进行采集。
2 红外导引头视频采集结构
在红外导引头半实物仿真系统中,红外导引头摄像头可以作为参试的部件参与到仿真过程中,其与图像处理仿真计算机相连,具体结构如图1所示。为了完成不同的红外导引头的性能测试工作,需要测试系统能够支持对不同型号和不同厂家的导引头进行性能评估。这要求视频采集模块具有通用性,在硬件上能够适应各类视频线接口,在软件上能够屏蔽底层硬件差异。
3 硬件接口通用性
在硬件接口上,导引头的视频输出标准可能为电视制式标准,PAL和NTFC,也有可能直接输出数字制式信号,即直接输出DVI、HDMI等数字视频信号[3]。
在电气接口上,可能是S端子视频信号线,也能是其他类型。针对可能存在的不同的导引头视频输出硬件接口。在具体的工程实现中,可以通过提供具有多种接口的视频采集卡来进行测试。
文中的半实物仿真平台的搭建中使用的是Windows操作系统,使用的是PCI总线的视频采集卡来进行视频采集。目前市面上主要的视频采集卡有天敏、大恒、大华、影音大师VI等。提供的采集卡普遍支持Windows操作系统,并支持各类视频硬件接口。因此通过PCI总线的图像采集卡可以解决导引头视频采集硬件通用性的问题。
4 软件接口通用性
为了实现导引头视频采集的通用性,在软件模块也需要有相应的通用性。能够完成实现与硬件无关。
4.1 常见的视频采集方法
目前,Windows操作系统的视频采集主要分为3种方法[4],基于VFW的实时视频数据采集,基于Directshow的实时视频数据采集和基于是视频采集卡自带的SDK的视频数据采集。
4.1.1 基于VFW的视频采集
VFW(Video for Windows)是Microsoft提供的数字视频软件开发包,其核心是AVI文件标准。针对AVI文件,VFW提供了一套完善的视频采集、压缩、解压缩、回访和编辑的应用程序接口(API)。开发人员可一利用VFW提供的API来进行视频捕获的编辑[5,6,7]。
VFW主要存在几点不足,(1)在连续捕获图像时的实时性能欠佳,(2)在进行视频保存的时候,需要弹出对话框来进行视频压缩格式的选取,这在一定程度上会影响视频处理系统的处理流程[8]。VFW技术出现技术较早,目前Microsoft正逐步采用Directshow取代VFW[9]。
4.1.2 基于Directshow的视频采集
Directshow是微软公司在Active Movie和Video for Windows基础上推出的新一代基于COM的流媒体处理开发包[10,11]。其使用Filter Graph模型来管理数据流的处理过程。使用Directshow,可以很方便地从支持WDM驱动模型的采集卡上采集数据[12,13],具体的原理图如图2所示。目前,主流的视频采集卡都支持Directshow,并配有专门的Direct X驱动程序。
4.1.3 基于视频采集卡SDK的视频采集
不同的视频采集卡提供商,一般都会提供与采集卡配套的软件开发工具箱(SDK),其形式一般是动态链接库或者静态库[14,15]。使用采集卡SDK进行编程,较为简单方便。但是在通用性方面,一般只在某一品牌的系列产品之间具有通用性。不同厂家之间的SDK实现机制和使用方法都有较大差别。
文献[16]指出,可以设计通用的采集流程基类,在基类中定义通用的采集流程,而在具体实现的时候,在子类中通过SDK中的函数来实现从基类继承的函数。但在具体的编程实践过程中,实现难度较大。首先各个厂家的视频采集和处理流程各不相同,有的采用回调机制,通过回调函数进行图像的处理,有的采用缓冲机制,一次采集2副图像,在采集第2副图像的同时进行第一副图像的处理。其次,各个函数的输入输出标准也不一致。所以在设计采集流程基类的时候难度较大,工程意义不强。
为了实现视频采集的通用性技术,采用Directshow技术来进行视频采集软件的开发。
4.2 基于Opencv和Directshow的视频采集
在进行具体的实践过程中,可以利用Opencv中的函数库进行程序开发。直接使用Directshow的API进行开发,代码较为繁琐,Opencv中封装了很多针对视频流的处理函数[17],能够非常方便地进行图像和视频的采集、处理、显示和保存。
在Opencv中,CCamera DS类对Directshow中摄像头的相关操作进行了封装,提供了对于摄像头的几项操作,分别是打开摄像头Open Camera,关闭摄像头Close Camera,返回摄像头数目Camera Count,返回摄像头名称Camera Name,返回图像宽度Get Width,返回图像高度Get Height。抓取一帧图像Query Frame。
因为Directshow和Opencv中的数据结构不同,所以需要进行数据格式的转换。其中,在CCamera DS中的Query Frame中进行了格式的转换,把采集到的视频数据写入到了Ipl Image格式图像中的数据段中。
在编写视频采集处理程序时,具体的流程如图3所示。其中视频采集过程的核心代码如下所示:
可以看到通过使用Opencv中CCamera DS类,视频采集的过程变得非常的简单,并且因为是基于Directshow的视频采集,在采集效率上能得到较好的保证。
5 实验验证
为了验证本方法的可行性和通用性,对HF-160-2双光吊舱中的红外摄像头进行视频采集。HF-160-2双光吊舱的视频输出制式为PAL制,视频输出信号线为S端子线。
分别采用大恒的DH-VT120型号PCI图像采集卡和天敏SKD3000型号的PCI图像采集卡进行采集。安装的驱动为Directshow驱动。运行的操作系统为Windows XP Professional,使用的开发环境为Visual Studio2008,使用的Opencv版本为2.3.1。
经过试验验证,DH-VT120型号PCI图像采集卡和天敏SKD3000型号的PCI图像采集卡在安装完Direct X驱动后,均可以直接通过采集程序进行采集,导引头吊舱中红外摄像头的输出帧频是25帧/s。利用Opencv和Directshow的采集软件能够达到25帧/s的采集要求,并成功在图形处理计算机上进行显示和处理。具体效果如图4所示。
6 结语
采用基于Opencv和Directshow的方法完成红外导引头视频的通用采集工作,能够采集不同输出制式和硬件接口的红外导引头输出视频。通过实验验证,只需安装好图像采集卡对应的Direct X驱动,就能完成相应的采集任务,而对相应的采集程序不需要修改,从而实现了视频采集的通用性。
摘要：在利用红外导引头半实物仿真系统对红外导引头性能进行评估的过程中,需要对不同型号的红外导引头进行视频采集,为此需要导引头视频采集模块具有通用性。针对红外导引头视频采集通用性问题,分析了常用的视频采集方法,采用了基于Opencv和Directshow的方式进行视频采集。从实验效果看,该方法能够采集出不同红外导引头中的视频信号,具有较好的通用性。
红外模块 篇4
关键词：煤矿,气体传感器,调校,红外控制,自动闭环校验
0 引言
根据AQ6201—2006《煤矿安全监控系统通用技术要求》,矿用气体传感器的零点、报警点漂移需定时校正。调校过程要分别在低浓度、中浓度和高浓度气体环境下持续较长的时间[1],而矿用传感器所监控的气体大多为有害气体,通入调校装置的标准气样也是有害气体,标准气样与传感元件反应后直接散发到空气中,造成空气中混入大量高浓度的有害气体。与现有矿用气体传感器配套的调校装置大多采用红外遥控器,需人为操作校正传感器,有害气体直接威胁调校人员的生命安全。目前技术较领先的传感器校验仪器仅实现了对标准气体进气气路、气体流量、信息收集的自动控制,而在传感器校正方式上均采用遥控器人工校正方式,无法实现自动闭环校验。同时,由于各厂商所用的红外信号传输协议不同,制造的遥控器也不相同,实际应用中常出现遥控器误用、丢失等情况,给使用者带来了很多不必要的麻烦[2]。
本文在现有传感器校验仪器的基础上集成一个红外信号发送模块,用该模块取代红外遥控器,可实现传感器的自动闭环校验功能。该模块应用于校验仪器后,可在上位机系统数据库中集成多种红外信号传输协议,使得用户在使用时仅需选择对应传感器类型即可完成传感器技术参数的设定,如红外信号传输协议、测量量程、输出信号范围等,大大提高了工作效率。
1 红外调校原理
红外模块一般有发送和接收两个部分。红外发送端采用单片机将待发送的一串二进制信号编码调制为脉冲串信号,并通过红外发射管发射红外信号(频率大多为38 kHz);红外接收端普遍采用价格低廉、性能稳定、抗干扰能力强的一体化红外接收头(如vs1838b,频率为38 kHz,周期约为26 μs)接收红外信号,并对信号进行放大、检波、整形,再将得到的TTL电平编码信号送入单片机,单片机解码、执行后控制相关对象。矿用传感器一般将红外接收端集成在其内部,如图1所示。要实现对多种传感器的调校,首先必须获取各种传感器所采用的红外信号传输协议。
2 红外信号传输协议的获取
2.1 红外信号编码方式
常用的红外信号编码方式有3种:
(1) FSK(移频键控)方式
FSK方式用2种不同的脉冲频率分别表示二进制数“0”和“1”,低频为“0”,高频为“1”,其编码示意图如图2(a)所示。
(2) PPM(脉冲位置编码)方式
在PPM方式下,每一位二进制数所占用的时间相同,只是脉冲位置有所不同。低脉冲在前、高脉冲在后的表示“1”,高脉冲在前、低脉冲在后的表示“0”,其编码示意图如图2(b)所示。
(3) PWM(脉冲宽度编码)方式
PWM方式根据高脉冲的宽度来区分二进制数“0”和“1”。高脉冲较宽的表示“1”,高脉冲较窄的表示“0”,每一位二进制数之间则采用等宽的低脉冲来进行分割,其编码示意图如图2(c)所示。
2.2 数据传输格式
红外信号的数据传输格式没有一个国际规范的通用标准,各大公司均定制了自己的数据传输格式,如Nokia公司的Nokia NRC17协议、夏普公司的Sharp协议等,而欧洲大部分企业使用ITT协议。数据传输有一个基本格式,所有协议都是在此基础上加上自定义的验证码产生的。基本格式包括起始段、数据段以及结尾段。起始段和结尾段用于标识数据段在什么位置开始与结束,同时起校验作用,以区别其它红外信号。起始段和结尾段越长,误码率越低,但整个协议越长,越不容易接收和处理[3]。
2.3 实例分析
以某矿用传感器为例,用数字示波器采集配套遥控器每个按键对应的输出信号波形,如图3所示。可见,所有按键对应的输出信号波形仅在高脉冲的宽度上不同,因此可判断该通信协议采用的编码方式是PWM方式。按PWM方式的编码规则可分析出每个按键所对应的代码。分析代码可知,所有代码前段相同的部分即为起始段,中间不同的部分为数据段,后段相同部分则为结尾段。遥控器各按键对应的代码见表1。
3 红外信号发送模块设计
3.1 硬件设计
红外信号发送模块的微控制器单元采用CYGNAL公司生产的C8051F020芯片,它是完全集成的混合信号系统级MCU芯片,具有64个数字I/O引脚[4]。红外信号发送模块电路如图4所示。
单片机通过P7.0口发出串行数据,当发送低电平时光耦TLP521-4截止,定时器芯片NE555的THR端为高电平,定时器正常工作产生载波,通过红外发射管将信号以波长为950 nm的红外光束发出[5];当发送高电平时TLP521-4导通,NE555的THR端电压被拉低至接近0 V,定时器停止工作,红外发射管不工作。该电路的输入端与输出端完全实现了电气隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强,工作稳定,使用寿命长,传输效率高[6]。NE555产生的载波频率f=38 kHz,通过调节R1、R2、C1可改变f及其占空比q[7]:
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3.2 软件设计
从表1可以看出,红外遥控器传送的指令代码长度为17 bit,而单片机的内部存储空间是以8 bit为1个单元,上、下位机之间的通信协议也是以8 bit为单位传输的。如果发送17位代码,将会占用更多的单片机存储单元,通信时将占用更多的数据位。由于指令代码的结尾段均为00000,因此由上位机将17位代码的前16位发送至下位机,而最后1位“0”由下位机自行补发。红外信号发送模块程序流程如图5所示。
4 红外信号发送模块在传感器调校中的应用
将红外信号发送模块集成到现有传感器校验仪器上,以实现自动闭环校验。自动闭环校验流程:校验人员在上位机选择校验方式、传感器种类、传感器数量后,下位机通过P4、P5口自动打开对应气路,通入标准气体并由D/A输出流量控制信号;完成测试后,下位机通过P1口接收检测数据,同时将数据传送到上位机;上位机通过对比检测值与标准值来判断传感器的检测值是否准确。当检测值不准确、需要校正时,上位机自动下达校正指令(如传感器种类、检测值需校正还是报警点需校正、传感器检测值的偏差度等),下位机自动执行指令,通过红外信号发送模块控制传感器进行校正。自动闭环校验仪器结构如图6所示。
5 结语
将红外信号发送模块集成到矿用气体传感器校验仪上,实现了对多种传感器的自动闭环校验,解决了原有校验技术工作效率低、人为操作误差大、有毒有害气体环境危害调校人员生命安全等问题。
参考文献
[1]国家安全生产监督管理总局.AQ6201—2006煤矿安全监控系统通用技术要求[S].北京:煤炭工业出版社,2006:13-16.
[2]国家安全生产监督管理总局.AQ6203—2006煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器[S].北京:煤炭工业出版社,2006:3-13.
[3]陈阳海.红外遥控工作原理编码方式及常用信号传输协议[J].电子制作,2007(11):6-9.
[4]胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京:清华大学出版社,2002.
[5]李志超,周华.基于单片机的红外遥控器的设计与应用[J].中州大学学报,2008(2):111-112.
[6]翟祥林,王景成.红外遥控在嵌入式系统中的实现[J].微型电脑应用,2010(5):24-26,73.
[7]肖景和,赵健.实用遥控电路[M].北京:人民邮电出版社,1999.