摘要：紅外通信技術具有低成本、跨平臺、點對點數據連接的特點廣泛應用于各種短距離通信中，但多為數字通信。設計提出一種模擬數字混合的紅外信道的通信方法，采用頻分復用的方法實現了模擬信號與數字信號在同一個紅外物理信道上傳輸。而且針對數字信號采用了ASK調制方式，實現頻譜的遷移，提高了抗干擾能力。模擬數字混合紅外信道的實現為在紅外信道上采用語音方式控制家電提供了一種可選方案。

引言

　　紅外通信是以紅外線作為載體來傳送數據信息。廣泛用于家用電器如遙控器、計算機的遙控鍵盤和遙控鼠標以及便攜式數據收集裝置(煤水電表的登錄器、報稅機)與主機的數據交換中。它作為一種無線通信，與無線電通信相比，由于其性能價格比高、實現簡單，具有抗電磁干擾、便于高速應用、空間接入靈活、經濟等特點，可用于室內外實現點對點、無線紅外LAN通信及軍用紅外引信，在移動計算和移動通訊設備中獲得了廣泛的應用^[1-3]。隨著物聯網的發展，紅外通信作為一種無線通信方式也被引入物聯網通信框架中^[4-5]。目前紅外線通信多采用數字編碼方式，但直接模擬通信也是重要的通信方式，本文在紅外信道上同時實驗數字和模擬通信兩種方式，實現通過紅外信道即傳輸數字同時傳輸語音的方式，為紅外信道的更廣泛應用提供一種可行方案。例如通過語音控制電視、控制電扇等家電提供了一種可選方案。

1 系統結構

　　系統由發射機、接收機兩部分組成。其中發射機負責模擬信號和數字信號的采集。并對采集信號做相應的處理，再經過頻分復用實現信號的混合，最后將混合信號通過紅外發射電路發射。其發射機系統框圖如圖1所示。

　　接收機負責將接收的信號濾波處理。得到一路模擬信號和一路數字信號。再將兩路信號做相應的處理還原出模擬信號和數字信號。其接收機的系統框圖如圖2所示。

2 硬件電路設計

2.1 信號采集電路

　　模擬的語音信號采集電路是用駐極體話筒和8050三極管共基放大電路組成。

2.2 放大濾波電路

　　模擬的語音信號頻率一般集中在300Hz~3KHz，因此要設計低通濾波器且截止頻率大于3KHz，由于巴特沃斯濾波器在通頻帶中部有很平坦的頻率響應，雖然在靠近-3dB點的區域多少有點起伏，在-3dB點外，衰減速率逐漸增加并達到每倍頻n*6dB(n為濾波器階數)，巴特沃斯濾波器相對來說容易搭建，并且需要的元件不像其他濾波器那樣精確。本系統采用4介巴特斯濾電路如圖3所示。

2.3 本地震蕩電路

　　本地震蕩電路采用文氏電橋震蕩電路，文氏電橋震蕩電路起振條件有要求R1>2R4，振蕩的頻率f=1/(2pi*RC)，由于ASK載波選用60KHz，所以本地振蕩頻率f= 60KHz。

2.4 ASK調制電路

　　數字基帶信號占用的頻帶寬度與碼型和碼速有關，51單片機讀取數字溫度信號后，進過處理轉成二進制的單極性非歸零碼，通過串口發送給ASK調制電路。串口發送速率為300Baud，所以數字基帶信號占用的頻帶為600Hz，這與模擬的語音信號所在的頻帶有重疊，故數字信號要經過調制實現頻帶的遷移，才能和模擬信號頻分復用。調制方法采用 ASK鍵控法，選通開關使用CD4053。

2.5 頻分復用

　　調制后的數字信號和模擬的語音信號頻譜沒有疊加，可以用加法器直接相加。加法器采用 反相加法器。

2.6 發射電路

　　紅外發射管先選取一個合適的靜態工作點，再加入模數的混合信號。

2.7 接收、前置放大電路

　　接收到的模數混合信號不再是基帶信號，是60KHz的ASK信號和300Hz~3KHz的模擬語音信號的混合信號，故放大器要求帶寬比較大，選用opa842作為前級放大器。電路如圖4所示。

2.8 ASK解調電路

　　前級放大信號經過兩路不同的濾波放大電路后，可以從混合信號中分離出ASK信號，和模擬語音信號，模擬語音信號進過功放后直接有喇叭播放，實現語音信號的還原。而ASK信號要解調后才可以等到數字基帶信號。ASK解調方法有相干解調和包絡解調。由于包絡解調方法簡單，故采用包絡解調電路。

3 軟件設計與實現

3.1 發射機程序

　　發射機溫度采集使用的是DS18b20芯片，采集到的數據有STC89c51單片機讀取，讀取到的數據送到LCD1602液晶顯示屏顯示，同時將數據打包由串口發送給ASK調制電路。