科技信息博士·专家论坛
红外串口通信在工业场景中的应用
中北大学信息与通信工程学院
于博
郑宾
［摘要］本文阐述红外通信的基本工作原理；结合在工业场景中的具体应用，介绍一种适合单片机系统的红外通信方案，设计具体
的硬件接口电路，说明其工作原理，给出应用于红外通信的程序流程，并指出在实施过程中应注意的一些问题。［关键词］单片机红外通信串行接口0.引言
红外通信是同前比较常用的一种无线数据传输手段，其具有无污染、信息传输稳定、信息安全性高以及安装使用方便等优点，并且可以
娱乐设施等领域。红外通信是在很多场合应用，如家电产品，工业控制、
利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的载体，通过红外光在
发射端将二进制空中的传播来传递信息，由红外发射器和接收器实现。
数字信号调制成某一频率的脉冲序列，经电光转换电路，驱动红外发射管以光脉冲的形式发送到空中。接收端将接收到的光脉冲转换成电信号，再经解调和译码后恢复出原二进制数字信号。本文设计了基于51单片机对采集的数据进行红外传输，发送端（TXD端）模拟采集的数据进行发送，实现单片机系统红外通信的关键在于红外接口电路的设计以及接口驱动程序的设计。
1.红外通信的基本原理
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
（PPM）方式，将二进制数字信号体，即通信信道。发送端采用脉时调制
调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；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。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
2.红外通信接口的硬件电路设计
单片机本身并不具备红外通信接口，但可以利用单片机的串行接口与片外的红外发射和接收电路，组成一个应用于单片机系统的红外串行通信接口，如图1所示。
（C1、C2）组成，用以产生38KHz的脉冲序列作为载波信号；红外发射管
D1选用Vishay公司生产的TSAL6238，用来向外发射950nm的红外光束。
红外发送器的工作原理为：串行数据由单片机的串行输出端TXD送出并驱动T1管，数位“0”使T1管导通，通过T2管调制成38KHz的
数位“1”使载波信号，并利用红外发射管D1以光脉冲的形式向外发送。
T1管截止，红外发射管D1不发射红外光。若传送的波特率设为1200bps，则每个数位“0”对应32个载波脉冲调制信号的时序，如图2所示。
2.2红外接收器
红外接收电路选用Vishay公司生产的专用红外接收模块TSOP1738。该接收模块是一个三端元件，使用单电源+5V电源，具有功耗低、抗干扰能力强、输入灵敏度高、对其它波长（950nm以外）的红外光不敏感的特点。TSOP1738的工作原理为：首先，通过红外光敏元件将
再接收到的载波频率为38KHz的脉冲调制红外光信号转化为电信号，
由前放大器和自动增益控制电路进行放大处理。然后，通过带通滤波器和进行滤波，滤波后的信号由解调电路进行解调。最后，由输出级电路进行反向放大输出。为保证红外接收模块TSOP1738接收的准确性，要求发送端载波信号的频率应尽可能接近38KHz，因此在设计脉冲振荡
再有，发送的数位“0”至少器时，要选用精密元件并保证电源电压稳定。
要对应14个载波脉冲，这就要求传送的波特率不能超过2400bps。利用上述红外收发电路构成的红外信道最大通信距离为8m。
3.红外通信的软件设计3.1通信方式
考虑到红外光反射的原因，在全双工方式下发送的信号也可能会被本身接收，因此红外通信需采用异步半双工方式，即通信的某一方发送和接收是交替进行的。这里设置单片机的串行口采用方式3通信；通
8位数据位、1位奇偶校信的数据格式为每帧11位，包括1位起始位、
验位和1位停止位；片内定时器T1作为波特率发生器，选择传送的波特率为1200bps，则定时器T1的初值应设置为TL1=TH1=E8H，另外应
以免因定时器T1溢出而产生不必要的中断。禁止定时器T1中断，
3.2数据传输通信程序在数据传输过程中，数据接收命令是被动的，因此它采用实时性的
在系统初始化程序中依据如前所述的通信方式，对中断方式进行接收。
串行口和定时器T1进行相应的设置。
图1红外串行通信接口原理图
2.1红外发送器
图2调试信号时序图
红外发送器电路包括脉冲振荡器、驱动管T1和T2、红外发射管D1和D2等部分。其中脉冲振荡器由NE555定时器、电阻（R1、R2）和电容
图3串行口中断服务流程（下转第27页）
作者简介：于博（1986-），男，山西人，中北大学信息与通信工程学院在读硕士研究生，主要研究方向为测试计量技术及仪器。郑宾（19-），男，教授，研究方向为测试计量技术及仪器。
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5.1拆除过程
机械拆除及人工拆除三种方法，无住宅建筑拆除一般有爆破拆除、
论选择何种方法，都要追求节约能源、减少污染。高层住宅可以采用爆
科学计算，提高爆破准确性，减少二次作业量，降破拆除，应精心策划、
但要科学组织、加低危险与污染。低层和多层住宅可以采用机械拆除，
强管理，提高效率，减少大型机械工作时间，还要控制好粉尘和噪声污染。
5.2垃圾与构件再利用住宅建筑报废拆除以后，必然会产生大量的建筑垃圾和建筑构件，对建筑垃圾和建筑构件的处理与再利用作为建筑全寿命的一部分，也成为了建筑低碳化的关键环节。可以利用建筑垃圾进行地基加固处理、城市造景，也可生产再生骨料，用于生产环保型砖块。对于性能尚可的建筑构件，可以直接应用于其它工程项目，对已报废的建筑构件，应分类收集与处理，视其用途进行资源化处理。
6.结语
低碳化是住宅建筑未来的发展方向，在其生命周期的各个阶段，建
设计阶段和使用阶段对住宅低碳化影响最大，通过分析可材生产阶段、
以得出，提高建筑节能效果、使用低碳建材、提高能源利用效率、加大资
另外，住宅建筑低碳化是一源再利用等措施是住宅低碳化的关键途径。
技术、文化、等多个领域，除了本文个系统系统工程，牵涉到经济、
提到的途径以外，低碳与标准、低碳技术、能源规划、低碳教育等方面也是住宅建筑低碳化的重要措施，广大建筑工作者应与相关领域的专业人员结合，协调各方面的方法措施，探索一条切实可行的低碳化道路，使住宅建筑真正实现低碳化。参考文献
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［5］龙惟定，白玮等.建筑节能与低碳建筑［J］.建筑经济，2010,(2):38-40.
种形式提升家庭经济困难学生的积极健康心理，健康充实的内心才能真正的感受幸福。
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［7］唐蕾.高校家庭经济困难学生主观幸福感状况研究［J］.吉林省教育学院学报,2010（7）:66-67.遥测的单片机应用场合。信方案也可用于其它遥控、
参考文献
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作人员的业务水平，提高工作效率，减少工作时间。
4.使用阶段
4.1使用节能器具
家用电器设备的节能效果对降低住宅使用能耗影响非常大，是住
选择能效比高的空调和冰箱，家庭照明不要宅建筑低碳化的重要途径。
采用白炽灯，可以采用荧光灯或LED节能灯，洗衣机、电视机、电脑、热水器等其它家用电器也要尽可能选用节能环保型产品，以降低家用电
尽量选用节水型用水设备、节气型燃气灶。器的日常电力消耗。另外，
4.2低碳用能
在居民日常生活中，养成科学的用能习惯和生活方式、提高能源的使用效率是减少能源消耗的最有效方法。空调使用时温度设定要科学，
冬季一般不高于18℃，不要长时间运行，空调开夏季一般不低于26℃，
启时要关闭门窗。冰箱最好不要全年一直开启，应依据气温变化、生活需要决定是否开启，冰箱开启时应减少开关次数，做到定期除霜，热食物不宜立即放进冰箱。室内供暖温度设定不宜过高，应根据房间的使用情况调节供暖负荷，无人房间一定要关闭散热设备，供暖期间应减少门
生活热水尽量通过太阳能设备解决，提高太阳能在生活窗的开启时间。
中的使用比例，甚至家庭餐饮热水、炊事热水也可以通过太阳能热水器
减少家庭照明的开启时间，做到早睡早起、人走灯关，日常家务和获得。
工作尽量在白天利用自然采光完成，人工可以完成的家务和工作，尽量
看电视，电脑不用不采用家用电器来完成。不要长时间沉溺于玩电脑、
时随时关机或设定为待机状态，电视开启时亮度和声音不要太高。
4.3废弃物资源化
住宅建筑的废弃物主要是生活污水、生活垃圾以及农村住户的人
资源化的原则畜粪便等，它们仍然有较高的利用价值，应本着减量化、
加以处理和再应用。城市生活污水资源化途径一般是设置中水工程，采用分流制排水，把污染程度较低的洗涤污水、雨雪水集中收集处理后，通过中水工程重新利用。农村生活污水资源化一般采用家庭生活污水净化器，与沼气工程结合，实现污水应用于沼气而资源化的目的。垃圾
回收、处理相结合的方法，实行分类收集处理，一般厨资源化采用收集、
余垃圾在收集前就尽量将大部分用作禽畜饲料，直接实现减量化和资源化，旧电器、过期药品、废旧灯具等废弃物品可以通过废弃物品回收站进行回收利用处理，煤灰、炉渣、建筑垃圾等其它垃圾，可单独收集，用于建筑砌块生产的原材料或路基材料。农村人畜粪便采用能源化处理，作为沼气工程的原料，间接的转化为能源、气肥等。
5.拆除阶段家庭经济困难学生，师范专业家庭经济困难学生的（上接第24页）
整体情感指数得分低于非师范家庭经济困难学生。该校由于一直以来提倡创业创新，鼓励学生自主创业，经济管理、计算机、机械电子类专业学生利用专业优势开展各类勤工助学并在一定的资金积累后进行创业，这不仅在经济上由他助转为自助，更重要的是增强了他们对生活的自信心和对自我能力的肯定。
4.建议4.1目前以“奖、贷、勤、助、补”为核心的资助体系在该校已日趋完善，通过国家奖助学金、各类社会资助及学校自筹资助经费以多种形式
生活，这在一定程度上缓解了家庭经济保障家庭经济困难学生的学习、
困难学生的经济压力。但在学生资助工作中更重要的是化“他助”为“自
，既避免家庭经济困难学生产生依赖感，同时提升学生自主的助”能力，提升他们对今后生活的自信心。
4.2学校要通过多种形式引导家庭经济困难学生树立正确的人生观、价值观。用积极的心态看待自己面临的困难，用正确的态度认识社会现状才能在现实生活中找到心理的平衡点，调节心理冲突，维护心理健康。
4.3学校应通过心理健康教育、心理健康知识普及、团体辅导等多（上接第25页）
在中断程序程序中按字节形式进行接收，将接收到的字节存放在预先设定的缓冲区内，当接收到命令结束符后，则转入命令处理并回送相应的信息。接收过程中若发现校验错误，则停止接收并调用错误处理子程序，发送接收出错的信息，要求发送端重新发送。串行口中断服务程序的流程如图3所示。
3.3数据发送通信程序在红外通信过程中，数据发送是通信的发起者，其发送是主动的。它的具体工作过程为：CPU不断扫描键盘，若发现有命令键按下，则调用发送子程序发送相应的操作命令；发送结束后即启动接收子程序，以接收数据发送的信息，然后对接收到的数据进行后续处理。
4.结束语
本文介绍的应用于单片机系统的红外串行通信接口，具有硬件电成本低廉、编程方便、通信可靠性高的特点，实现了通信双方非路简单、
接触式的数据传送。在测试场合中可以实现数据实时通信。这种红外通
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