红外线技术在电子通信系统设计中的应用.pdf

光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 光电技术与通信87红外线技术在电子通信系统设计中的应用范雪斌江苏省张家港中等专业学校，江苏 苏州 215600摘要：现今，我国电子通信技术水平显著提升，为用户提供了更为快捷、安全的信息传输服务。与此同时，用户对电子通信系统的使用性能也提出更为严格的要求，不仅要求实现短距离的信息传递，还要求加快数据传输的速度，避免通信系统发生故障问题。基于这一需求，我国需要进一步加强对电子通信系统的研究，通过运用红外线技术，降低整个系统的运行消耗，使其发挥更高的通信价值。文章以红外线技术为出发点，分析如何将这一先进技术手段运用到电子通信系统设计中，提高系统的整体运用水平。关键词：电子通信；系统设计；红外线技术分类号：TN914；TN2190 引言在新时期，我国的电子通信技术在各个领域得到更为广泛的应用，并在社会信息传输中发挥着至关重要的作用。然而由于受到多方面因素的干扰，现有的电子通信系统在设计中存在一些不足之处，从而致使系统容易出现信息传输失误等现象。针对上述情况，需要加强对电子通信系统设计的研究，通过充分利用红外线技术，实现对通信数据的低速率、短距离传输，大幅度降低能耗，进一步提高电子通信系统的设计水平，进而充分保证系统通信的质量1。1 红外线技术介绍红外线和无线电波相同，是在一定波长范围内的电磁波。红外线的波长为 0.76 100 m，根据波长，可将红外线分成极远红外线、远红外线、中红外线和近红外线四类。在自然界中，所有温度超过零度的物体都会在分子运动的作用下，不间断地向四周空间辐射红外线，物体的表面温度大小直接关系到红外线波长的大小和红外辐射能量的大小。测量物体辐射的红外能量大小主要利用红外线辐射探测器，红外线辐射探测器先将物体辐射的功率信号转换成电信号，再通过电信号判断物体表面温度，并借助成像装置呈现相关数据信息。可以利用计算机系统模拟所测量物体表面温度的空间分布状况，借助计算机软件进行处理，生成与物体表面热分布相对应的热像图，即目标的远距离热状态图像，明确物体表面的真实温度，这是红外线技术的基本工作原理2。红外线技术的特点如下。（1）良好的稳定性：采用模拟传输方式，而非数字信号传输方式，大大提高了信号传输的抗干扰能力。（2）较强的私密性：红外线的波长很短，在信号传输过程中对障碍物的衍射能力很差，通常被用于短距离的无线通信，正因为如此，红外传输的私密性非常强。（3）成本低廉：目前我国红外线技术应用已经相对成熟，也构建了较为发达的上下游产业链，运用成本比较低。2 红外线技术在电子通信系统设计中的应用特点在电子通信领域中红外线技术的工作原理是将红外线当作信号的传输载体，当红外线经过信号发射装置时装置会接收到高频信号，由调制电路将信号转变成脉冲指令信号，再由驱动电路将脉冲指令信号转换成可发射的红外信号，即二进制的指令信号3。红外线技术在电子通信系统设计中的应用优势如下。（1）通过数据电脉冲与红外光脉冲之间的互相转换，即可实现对无线数据的顺利收发；（2）取代了点对点连接线缆；（3）所用的不透光材料具有较强的阻隔性和分隔性，在通信信号传输过程中，即使遇到墙面等无法透光的材料，依然能够发射；（4）传输效率很高如，远红外（FIR）技术具有 4 M作者简介：范雪斌，男，本科，助理讲师，研究方向为电气工程及其自动化。文章编号：2096-9317（2023）03-0087-03 光电技术与通信 2023 年 第 3 期 总第 178 期 光源与照明88的传输速率；（5）传输角度小、距离短，可实现点对点的直线传输；（6）能够占用无频道资源，大大增加了应用的安全性，在限定空间内数据几乎无法被窃听；（7）不存在有害的辐射，实验数据证明，红外线对人体无害，因此相关产品具有绿色环保的特征；（8）在同一频率下，能够交换使用发射设备与接收设备4。然而，红外线技术容易受到视距因素的干扰，在很大程度上缩短了传输距离，要求通信设备安装在固定的位置，通过点对点的方式完成信息的传输，这大大影响到技术操作的灵活性。3 电子通信系统的发展现状电子通信系统历经数十年的发展，现已发展出多种通信传输方式，如多路通信、模拟通信、接力通信等。当前单一通信传输方式已经不能满足时代发展的需求，故而必须重视对多路通信的研究与应用，这一新型通信传输方式具有通信容量高、通信费用低的突出优势，其主要通过多路复用的方式来找出可用频段，依据不同信息的类型进行合理分配，以生成共同共用的传统媒介，保证信息的高质量传输。模拟通信主要是通过信道把模拟信号从信源传送至信宿，在这一过程中，由于导体中存在电阻，仅仅能够直接传输信号，而无法实现远距离传输，为解决上述问题，可利用过载波的方式来实现对模拟信号的传递。由于模拟通信的频谱相对较窄，要想保证信道功能的全面发挥，需要借助多路复用方式5。接力通信可以进行大容量、长距离的无线通信，在信号传输过程中，由于信号占用的频带比较宽，故而选用微波或是超短波波段。随着科技的不断发展，电子通信系统在我国医疗、工业生产和智能家居等领域得到普及，在推动行业发展方面发挥着重要作用，同时各行业对电子通信系统也提出了更高的要求。在医疗领域中，电子通信系统主要用于传真信息传递，即利用专门的扫描设备对相关信息进行扫描传递，经过处理可以将信息转换成二进制数值，再利用调制器对数值模拟信号加以转换，从而形成文字信息。为了提高临床工作的效率，要求电子数据交换及时、高效，保证信息能够及时传递与应用。在工业生产领域，电子通信系统主要用于连接多种设备，以更加便捷地采集各种生产数据信息，然后构建先进的数据模型作为处理平台，从而保证生产系统的高效率运作。为更加及时地反映工业生产系统的运行状态、性能参数和功率损耗等信息，需要不断优化和完善电子通信系统，进一步提高信息的传输与处理效率。在智能家居领域，电子通信系统的应用能够进一步改善居住者的生活质量，为其带来更多的便利，如在电子通信技术的应用下，实现对家居的远程控制和异常警告。4 电子通信系统设计中红外线技术的应用要点为实现对电子通信系统的优化设计，使之更好地满足各个领域的生产应用需求，设计人员需要明确技术要点。（1）脉冲调制。在实际设计中，需要增加红外线数据通信功能，注重脉冲调制的新需求。为了保证红外线技术在电子通信系统中全面发挥作用，就需要利用调制电路改变脉冲信号，通过将脉冲信号限制在一定的频率、宽度范围之内，控制信息传输时脉冲时间间隔，需要结合数据编码来准确计算时间间隔的比例，以保证红外线通信可以高效、稳定地进行数据信息传递。（2）通信传输。在红外线技术使用过程中，要想实现高效、安全的通信传输，就需要避开障碍物较多的位置。同时必须保证红外线语音传递的完整性与真实性，将发射端的语音信号转换成 800 Hz，电阻和电压的标准值为 8 和 0.4 V6。5 电子通信系统设计中红外线技术的具体应用红外线是人肉眼无法看到的光线，在应用红外线技术时往往采用红外波段范围内的近红外线。红外线技术的具体应用形式包括红外发射和红外接收。在红外发射方面，应先向红外发射电路部分传输数字信号，通过合理调制，模拟红外光信号，在空气中传输无线信号。在红外接收方面，当红外光信号被接收电路接收之后，可以通过电路解调对红外光信息进行还原处理，并由经过单片机将信息转换为数字信号，从而形成原编码数据。可通过发射芯片来实现对红外线的传播。在遥控运行期间，接收器能够实时采集红外信号，然后转化成可以有效识别的电信号，再对这些信号进行调解处理，由接收器传送原编码，进而作出合理的判断7。光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 光电技术与通信89借助计算机设备的单片机和芯片来实现信息通信，对信号进行解码，可以在显示屏显示对应的数字。在正式开展电子通信系统设计之前，设计人员需要综合性考虑系统可能获得的经济效益，如果设计不合理，就会增加风险管理的投入成本，大大降低信息传输的效果。基于此，为使电子通信系统的应用价值得到全面发挥，设计人员应注重对红外线解码程序和无线连接的有效利用，为用户提供更优的使用体验，并在极大程度上优化电子通信系统的使用性能。在软件设计方面，应基于脉冲编码采取合理的延时运行方式，让相应端口传输宽度确定的数据脉冲，使用示波器进行全面检查，得到一定的脉冲序列，再向串口传输数据。在硬件设计方面，需要通过接收器进行接收、放大和解调操作，得到红外载波光信号，顺利输出低电平；输出高电平时，需要对时断时续的光信号产生的持续方波信号进行调制，利用单片机的内部处理系统来转化原始数据。在这一过程中捕捉通道，并对比两次捕捉形成的通道寄存设备，得到具有周期性的脉冲信号。最后凭借数据传递的时序图，将信号还原成最初的数据。5.1 数据接收设计不同于以往的通信电路设计，在电子通信系统中运用红外线技术，能够在极大程度上提高信号转换和数据传输的精准度。基于红外线的特征，在信号的接收过程中，具体更准确和及时地找出信号与数据中潜在的安全隐患。相较于以往的线缆接收装置，红外线接收装置能够让信息传输更加便捷和安全。在具体设计中，设计人员必须确保红外线接收器的中心频率完全匹配发射器的中心频率。如果红外线接收电路中的接收装置输出口为 A1，则这一出口能够直接向外界输出，内部的电阻线路就无须再接入电路，发光二极管能够直接接收到 A1 输出口的数据。红外线接收装置可以凭借数据码控制发光二极管，从而实现信号的安全、可靠传输8。5.2 串行通信设计在串行通信设计中，通过运用红外线技术，能够显著增强系统的可靠性与稳定性，还能够大幅度提高系统信号传输的效率。基于红外线技术的串行通信系统包括红外发射电路、红外接收电路、载波调制器、红外信号聚集装置、载波调制解调器和串口 TXD 端六个部分。设计人员可将红外线技术运用到相应的发射设备与接收设备上，借助载波调制器与串口 TXD 端实现对信号的变频调制，再将已处理的信号发送至红外发射电路，由红外信号聚集装置对信号进行全面采集，避免信号发散，保证信号的完整性。当信号聚集后，可利用红外接收电路对信号加以分析，之后传送至载波解制器中进行信号变频，最后由载波调制解调器将信号传送至串口 TXD 端。5.3 红外调制设计在设计电子通信系统时，设计人员需要加强对发射端的研究，通过实现发射端的高水平操作，促使接收端形成较大的信噪和信号电流比，从而实现红外通信更短距离的传输，且确保接收端可以顺利接收到混合外部照明与干扰中的有用信号。由于红外发光二极管无法实现全天的操作，要想保证发光二极管获得较高的发光功率，就需在发送端运用脉宽调制技术，显著提高二极管的发光功率。针对信号的调制，可借助脉冲串形成的时间间隔来科学调制信号，或者利用脉冲宽度加以科学调制。6 结束语综上所述，在电子通信系统的设计过程中，通过对红外线技术的充分利用，可以构建一个高效、先进的红外通信系统，不仅能够提高信息传输的效率，还能够尽最大可能避免信息传输失误。基于此，在具体设计环节，设计人员需要加大对红外线技术的研究力度，结合用户对电子通信系统的具体应用需求，对系统的各方面进行优化设计，从而进一步提高系统的通信质量。参考文献1 曾志永.智能电能表现场核查终端红外通信问题及其优化策略J.光源与照明,2021(4):26-27.2 徐新瑞,孟祥翔,吴世臣,等.大容差中波红外激光通信终端光学天线研制J.红外与激光工程,2021,50(6):281-287.3 王俊,谭荣华.基于嵌入式技术的超低功耗红外光通信系统设计J.激光杂志,2020,41(3):177-181.4 贺瑜飞,乔宝明.红外双幅度脉冲间隔调制通信系统传感器稳定性控制模型J.传感技术学报,2021,34(7):951-956.5 沈航,林淼,吴洪玲,等.基于红外通信的遥控解码器设计J.机电工程技术,2022,51(12):253-256.6 刘妍萍.基于红外传感的电子通信信息传输自动加密系统J.自动化与仪器仪表,2022(4):93-97.7 荣正官.基于多红外传感器的铁路无线通信切换系统设计J.电子设计工程,2022,30(1):146-150.8 鲍云月.远红外无线光通信地-空斜程传输特性研究D.南京:南京邮电大学,2021.