紅外通信技術(shù)在溫濕度變送器上的運用

摘要：本文首先介紹了二進(jìn)制信號的調制解調以及CMOSens 技術(shù)的數字式溫濕度傳感器SHT75，然后著(zhù)重講述了以PIC 系列為微處理器的基于紅外通信技術(shù)的溫濕度一體化變送器的硬件設計以及各功能的軟件實(shí)現。最后創(chuàng )造性地把一種強有力的數據傳送錯誤檢測技術(shù)—CRC 校驗法成功應用在產(chǎn)品中，并經(jīng)過(guò)計量證明該產(chǎn)品精度高、穩定性強。

　　1. 概述

　　在工農業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門(mén)經(jīng)常需要對環(huán)境溫度和濕度進(jìn)行測量。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們越來(lái)越重視濕度和溫度的檢測及控制并進(jìn)行了大量的研究工作，尤其是在現場(chǎng)環(huán)境惡劣的情況下，如何實(shí)時(shí)對溫濕度進(jìn)行準確有效的測量，顯得尤為重要。因而，針對手持式的近距離測量以及長(cháng)距離布線(xiàn)傳送可操作性不高的狀況，本文提出了利用紅外通信技術(shù)，結合高精度的溫濕度一體化傳感器，設計出基于紅外通信的溫濕度一體化變送器。

　　紅外通信是一種無(wú)線(xiàn)、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實(shí)現等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，已被諸多電子設備廣泛采用，并越來(lái)越多的應用到計算機系統中。

　　紅外通信主要由發(fā)送和接收兩個(gè)部分組成。發(fā)送端采用單片機將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調制為一系列的脈沖串信號，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收端接收紅外信號，同時(shí)對信號進(jìn)行放大、檢波、整形后得到TTL電平的編碼信號，再送給單片機，經(jīng)單片機解碼并做出相關(guān)處理。

　　2. 二進(jìn)制信號的調制解調

　　紅外通信發(fā)射的指令是用二進(jìn)制數表示的，通常發(fā)射指令時(shí)都用方波載波信號將這些二進(jìn)制數調制成一系列的脈沖串信號，常用的調制方法是脈沖寬度（PWM）調制和脈沖位置（PPM）調制兩種。

　　本文采用PWM調制碼，它的組成為9ms高電平和4ms低電平引導脈沖，16位系統識別碼，8位數據正碼和8位數據反碼，我們要提取的就是數據碼。一個(gè)PWM碼的“0”是由一個(gè)0.58ms的低電平和一個(gè)0.58ms的高電平組成，“1”是由一個(gè)0.58ms的低電平地和一個(gè)1.58ms的高電平組成。

　　二進(jìn)制信號的調制由紅外發(fā)射電路的單片機來(lái)完成，它把編碼后的二進(jìn)制信號調制成頻率為38KHz（本文選用HS0038作為紅外接收頭，接收頻率為38kHz）的間斷脈沖串，相當于用二進(jìn)制信號的編碼乘以頻率為38KHz的脈沖信號得到的間斷脈沖串，即是調制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號。

　　二進(jìn)制信號的解調由一體化紅外接收頭HS0038來(lái)完成，在輸入有脈沖串時(shí)，輸出端輸出低電平，否則輸出高電平。

　　二進(jìn)制信號的解碼由紅外接收電路單片機來(lái)完成，它把紅外接收頭送來(lái)的二進(jìn)制編碼波形通過(guò)解碼，還原出發(fā)送端發(fā)送的數據。

　　3．系統硬件設計

　　紅外發(fā)射部分電路框圖如圖1所示，主要由單片機PIC16F73及外部電路構成。PIC16F73單片機是由美國Microchip公司生產(chǎn)的8位單片機，采用Harvard結構，這種結構使指令執行和取指操作可重疊進(jìn)行，從而達到很高的執行速度。它只有35條單字節指令，除了跳轉指令是2周期指令外，其它指令都是單周期指令。相對于其它的8位單片機節省了1/2的程序空間，并具有4:1的速度優(yōu)勢。

圖1 紅外發(fā)射電路

　　圖1中SE303是紅外發(fā)射二極管，當PB0 = 1時(shí)，三極管9013導通，SE303通電發(fā)射紅外線(xiàn)，實(shí)際上發(fā)射的是頻率為38KHz的脈沖串；反之，三極管9013截止，SE303截止，不發(fā)射。

　　圖1中SHT75是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技術(shù)的新型溫濕度傳感器。它是一種全新的基于智能設計理念的傳感器，該傳感器將溫度檢測、濕度檢測、信號處理、數字變換、串行數字通信接口、數字校準全部集成到一個(gè)高集成度、體積極小的芯片當中，利用它可以同時(shí)測量目標對象的溫度和濕度，并實(shí)現數字式輸出。

　　CMOSens技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結合在一起，而且還將信號放大器、模/數轉換器、校準數據存儲器等電路全部集成在一個(gè)芯片內。由于將傳感器與電路部分結合在一起，因此，該傳感器具有比其它類(lèi)型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號強度的增加，增強了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長(cháng)期穩定性，而A/D轉換的同時(shí)完成，則降低了傳感器對干擾的敏感程度。其次在傳感器芯片內裝載的校準數據保證了每一只濕度傳感器都具有相同的功能，即具有100%的互換性。

圖2 紅外接收電路