模拟量转换为数字量的红外数据的传输系统论文.doc
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模拟量转换为数字量的红外数据的传输系统论文.doc
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摘要
本文介绍了一种新型的数据传输系统:
模拟量转换为数字量的红外数据传输系统。
该系统主要是由模拟信号处理与调理模块、A/D转换模块、红外传输模块与信号显示模块等三大模块组成。
本系统是基于LM324运算放大器、ADC0809转换器、8051单片机、555定时触发器、红外接收头TSOP1738以及数码显示管(DPY)等元件而设计的。
具体设计的设计程序如下:
首先将外界微弱的模拟信号进行转换、处理和调理以获得模拟的电信号并除去噪音;接着经A/D转换器将处理过的模拟信号转换为数字信号并传输到单片机中;然后由红外发射电路对数字信号解调,并经红外发射二极管发射出红外线,在另一端通过红外接收器接收红外线并解调为数字量;最后将数字信号传输到单片机中由发光二极管和数码管显示信号。
该系统可以将我们周围的各种模拟信号传输到计算机中,我们可以通过计算机对所关心的信号进行检测与控制,也可在屏幕上观测待测信号的变化趋势等等。
本系统是利用红外线进行数据传输,让我们不仅可以处理一般的模拟信号,而且还可以在高压、强辐射、有毒气体等严峻环境下更为可靠而有效地检测工业设备参数。
因此它在工农业生产、医疗卫生、军事、科研等领域的应用也将越来越广泛。
关键词:
模拟信号;数字信号;A/D转换;红外发送;红外接收;数字信号显示
Abstract
Thispaperintroducesanewdatatransmissionsystem:
theinfrareddatatransmissionsystemthattheanalogisconvertedtothedigital.Thesystemismainlycomposedofthreemodules:
theprocessingandconditioninganalogsignalsmodule,theA/Dconvertermodule,theinfraredtransmissionandsignalsdisplaymodule.ThedesignofthissystemisbasedontheLM324opampIC,ADC0809converter,8051single-chip,555timertrigger,TSOP1738infraredreceiver,digitaldisplaytubes(DPY)andothercomponents.Theworkingproceduresareasfollows:
Firstly,theweakexternalanalogsignalscanbeconverted,processedandconditionedtoremovenoisebycertaincircuits.Secondly,analogsignalswillbeconvertedintodigitalsignalsandtransmittedtothemicrocontrollerbytheA/Dconverter.Thirdly,theMCUwillreceivethedigitalsignalsthatwillbedemodulatedbytheinfraredemissioncircuit,andtheinfraredtransmitteremitsinfraredlightwhiletheinfraredreceiverontheothersidewillreceivetheinfraredlightanddemodulateitintodigitalsignals.Finally,thedigitalsignalswillbetransmittedtothemicrocontrollerandtheLEDdigitaldisplaysignals.
Thesystemcantransmittheanalogsignalsaroundustothecomputer.Wecandetectandcontrolsignalsthatweareconcernedaboutthoughcomputer,andalsoobservethevaryingtrendsofthesignalsmeasuredonthescreen.Thissystemusestheinfraredtechnologyasthemeansofdatatransmission,sowecannotonlycopewiththegeneralanalogsignals,butalsocandetecttheindustrialequipmentparametersunderthecriticalconditionsofhighpressure,strongradiation,toxicgasesmorereliablyandeffectively.Therefore,thissystemwillalsobeusedmoreandmoreextensivelyinindustrialandagriculturalproduction,health,military,scientificresearchandotherfields.
Keywords:
analogsignals;digitalsignals;A/Dconversion;infraredtransmission;infraredreceiver;digitalsignaldisplay
目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
第一章绪论 1
1.1红外技术的发展和研究现状 1
1.2研究课题的提出和意义 2
1.3研究内容的总体结构 3
第二章模拟信号处理与调理 4
2.1传感器 4
2.2前置放大电路 4
2.3滤波电路 5
2.4主放大电路 7
第三章A/D转换 8
3.1A/D转换器 8
3.1.1A/D转换的原理 8
3.1.2ADC0809的介绍 10
3.1.3ADC的技术参数 12
3.2ADC0809与8051的电路连接 13
3.2.18051单片机的介绍 13
3.2.28路模拟信号的选择 16
3.2.3转换数据的传送 17
3.2.5编写程序 18
第四章红外数据传输 19
4.1红外传输的工作原理 19
4.1.1红外传输的结构 19
4.1.2调制与解调 19
4.2红外发送单元 20
4.2.1555定时器 20
4.2.2红外发射二极管 22
4.2.4红外发射电路 22
4.3红外接收单元 24
4.3.1红外接收器 24
4.3.2红外接收头TSOP1738的内部结构 24
4.3.3红外接收电路 25
4.4信号显示单元 25
4.1.1发光二极管显示 26
4.1.2数码管显示 26
参考文献 28
结束语 29
致谢 30
附录 31
-34-
第一章绪论
1.1红外技术的发展和研究现状
1800年英国物理学家F.W赫胥尔从热的观点来研究各种色光时,发现了红外线:
红外线的波长在0.76~100um之间,按波长范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类,它在电磁波连续频谱中的位置处于无线电波与可见光之间的区域。
1892年红外光被用于有机基团的测定。
1905年Coblenz发表了128种有机化合物和无机化合物的红外吸收光谱。
1930年有人测得了大量有机化合物的红外吸收光谱,并对基频峰的归宿作了总结归纳。
1947年世界上第一台双光束自动记录红外光谱仪的诞生,标志着红外光谱法已进入了一个新的发展阶段。
如今红外光谱仪的发展已经历了四代:
第一代是棱镜式色散型红外光谱仪,对温度、湿度敏感,对环境要求苛刻;第二代是光栅型色散式红外光谱仪;第三代产品是干涉型红外光谱仪,具有宽的测量范围、高精度、高分辨率和极快的测量速度;第四代是70年代末出现的傅立叶变换红外光谱仪,它在能量、单色性、灵敏度等各方面都比前几代光谱仪大为提高。
红外线是可见光谱中位于红色光之外的光线,尽管肉眼看不到这种光线。
但利用红外线发送和接收装置却可以发送和接收红外线信号,实施红外线通信。
利用红外线通信无需连线,只需将两设备的红外线装置对正即可传输数据。
红外数据传输就是利用红外线作为传输介质.在计算机与外设(或计算机)之间进行数据传输的方法。
红外通讯一般采用红外波段内的近红外线,波长在0.75~25um之间。
红外数据协会(InfraredDataAssociation,简称IRDA)成立后,为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通讯效果,红外通讯协议将红外数据通讯所采用的光波波长的范围限定在850~950nm之内。
红外传输是一种点对点的传输方式,无线,不能离的太远,要对准方向,且中间不能有障碍物也就是不能穿墙而过,几乎无法控制信息传输的进度;IRDA已经是一套标准,HG收/发的组件也是标准化产品。
目前大多数作为采样数据的终端希望通过串口或红外接口与移动设备(如掌上电脑等)进行通信。
和传统的遥控器中采用的红外相比较,红外数据传输的实现方式是不同的。
在笔记本电脑,手机,PDA和数码相机上的红外传输均采用红外数据传输。
随着我国国际地位和科研水平的不断提高,红外线数据传输系统对用户有着极大的吸引力。
它在军事、科研、工农业生产、医疗卫生等领域的应用也将越来越广泛。
1.2研究课题的提出和意义
在人类的自然环境中,存在着各种各样的信息:
温度、气压、声音、图像等等,这些都属于连续性的模拟信号。
在实际生活中有可能处于某种特殊情况下,比如说:
高温高压下无法用现有仪器进行直接测量,或者是说目前还没有仪器直接测量自然界中的某一信号,抑或者是需要对自然界的某一信号在另一屏幕上显示出来等等,但又需要测试这种情况下的模拟量,这时候就需要对待研究的外界模拟信号进行处理与调理、转换、传输,显示在计算机上。
本设计所要研究的模拟量转换为数字量的红外数据传输系统就就是基于这种情况而提出的。
红外传输有着成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点,因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。
然我们还是需要注意一下红外线技术的一些局限性。
其传输技术的具有以下特点:
(1)它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术,被众多的硬件和软件平台所支持;
(2)通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发;
(3)主要是用来取代点对点的线缆连接;
(4)具有不能穿透障碍物的特性,有效保障了会议信息的安全与保密;
(5)安装方便快捷,成本低。
随着信息技术的飞速发展与普及,在现代控制中,红外数据传输作为一种无线通信的装置,具有体积小、功耗低、功能强、成本低的优点,和传统的遥控器中采用的红外相比较,红外数据传输的实现方式是不同的。
一方面,目前电视、空调等家用电器上广泛应用红外数据传输,大多数作为采样数据的终端希望通过串口或红外接口与移动设备(如掌上电脑等)进行通信,在笔记本电脑、手机、PDA和数码相机上的红外传输均采用红外数据传输;另一方面,在高压、辐射、有毒气体等环境下工作的工业设备中采用红外数据传输不仅安全
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