摘要
红外线通讯是一种廉价、近距离、无连线、低功耗和保密性较强的通讯方案，在 PC 机中主要应用在无线数据传输方面，但目前已经逐渐开始在无线网络接入和近距离遥控家电方面得到应用。 鉴于红外线通讯的诸多好处，现在的主板几乎全部提供了红外线接口，以便用户利用它进行与带红外线接口的设备通讯，如笔记本电脑、打印机、Modem、掌上电脑、移动电话等等。但计算机主板上仅仅提供了红外线接口，并未提供完整的发射接收装置，所以用户在想使用红外线通讯时，仍然需要购买红外线连接器。本次设计的自制PC红外线接口主要是针对主板型红外线接口所设计，在以后科技发展越来越快的过程中，将会有更大的用途，目前市面上较少有商品化的连接器销售。此次设计为红外通讯电路增强红外线接口。
关键词:增强型，PC机，主板，通讯
录
1.引 言 ...............................................................................................................1 2.设计内容及要求 ..............................................................................................1 3.硬件设计 .........................................................................................................4 3.1红外线接口 ............................................................................................4 3.1.1 标准红外线接口 .......................................................................4 3.1.2 增强型红外线接口 ...................................................................5 3.2 硬件组成 ...............................................................................................5 3.2.1 标准红外线接口组成 ...............................................................5 3.2.2 增强型红外线接口组成 ...........................................................5 3.3 硬件电路图 ...........................................................................................6 3.3.1 标准红外接口电路图 ...............................................................6 3.3.2 增强型红外线接口电路图 .......................................................8 4.硬件调试 .......................................................................................................12 4.1元器件测试 ..........................................................................................12 5．结论 ...............................................................................................................20 6.参考文献 .......................................................................................................21 7.心得体会 .......................................................................................................22
1.引 言
随着科学技术的快速发展，红外线接口应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用无线网络接入和近距离遥控家电方面十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。纵观国内外经济的发展它将朝着更加高定位、高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。随着红外线接口的技术进步，无线传输系统将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的PC红外线接口将发挥更大的作用。随着人们生活水平的提高，社会及时代的发展加快。越来越多的舒适及安全伴随人们的左右，此次自主创新设计正是为此而设计。该设计的核心部分是发射部分采用对管进行放大，进一步提高了发射功率；而接收部分采用三极管对接收信号进行放大，提高了接收的灵敏度。
1 2.设计内容及要求
此设计的PC红外线接口主要是用在有关红外线通讯方面上。红外线通讯是一种廉价、近距离、无连线、低功耗和保密性较强的通讯方案，在 PC 机中主要应用在无线数据传输方面， 鉴于红外线通讯的诸多好处，现在的主板几乎全部提供了红外线接口，以便用户利用它进行与带红外线接口的设备通讯，如笔记本电脑、打印机、Modem、掌上电脑、移动电话等等。但计算机主板上仅仅提供了红外线接口，并未提供完整的发射接收装置，所以用户在想使用红外线通讯时，仍然需要购买红外线连接器。本次设计的自制PC红外线接口主要是针对主板型红外线接口进行的设计。
主板上的红外线接口大多是一个5针插座，其管脚定义依次是：
1.IRTX（Infrared Transmit，红外传输）；
2.GND（电源地线）；
3.IRRX（Infrared Receive，红外接收）；
4.NC（未定义）；
5.VCC（电源正极）。
根据IRDA（Infrared Data Aociation，红外数据协会）提供的“异步串行通讯标准”资料显示，IRTX引脚能提供 >6.0mA 的
1 输出电流，而 IRRX 引脚在吸收
红外接口连接器的作用是将计算机红外接口输出的电脉冲信号转换为光脉冲信号输出，并将接收到的光脉冲信号转换为电脉冲信号通过红外接口输入主机。
主板红外线接口大多为五针插座，其针脚定义分别为。＋5V（电源正）、NC（未定义）、IRRX（Infrared Receive，红外接收），GND（地）、IRTX（Infrared Transmit，红外传输）。根据红外数据协会提供的异 步串口通讯标准，IRTX引脚能提供大于6.0MA的输出电流，IRRX引脚吸收小于1.5MA电流即能对输入信号作出反映。是红外数据协会（Infrared Data Aociation）检测红外产品的标准方案示例（简化了抗干扰电路）。也是DIY红外接口连接器的最简方案、笔者使用这个电路在台式机与笔记本电脑之间通讯，通讯速率能达到对57.6KbPS。
说明：
1)红外数据协会是国际性非赢利组织，3COM、Canon、HP、IBM、Intel、Sharp、Sony、Microsoft、NEC等160多个公司均是
2 该组织成员；
2)异步串口最高通讯速率为115.2KBPS；
3)当前大多数的笔记本电脑、掌上电脑提供有9600bps--115.2KBPS、1.15Mbps、4Mbps的通讯标准。
3.硬件设计
3.1红外线接口
3.1.1 标准红外线接口
红外线发射电路由红外线发射管L2和限流电阻R2组成。当主板红外线接口的输出端IRTX输出调制后的电脉冲信号时，红外线发射管将电脉冲信号转化为红外线光信号发射出去。电阻R2起限制电流的作用，以免过大的电流将红外管损坏。当R2的阻值越小，通过红外管的电流就越大，红外管的发射功率也随电流的增大而增大，发射距离就越远，但R2的阻值不能过小，否则会损坏红外管或主板红外接口。红外接收电路由红外线接收管L1和取样电阻R1组成。当红外接收管接收到红外线光信号时，其反向电阻会随光信号的强弱变化而相应变化，根据欧姆定律可以得知通过红外接收管L1和电阻R1的电流也会相应变化，而在取样电阻两端的电压也随之变化，此变化的电压经主板红外接口的输入端IRRX输入主机。由于不同的红外接收管的电气参数不同，所以取样电阻R1的阻值要根据实际情况作一定范围的调整。该电路为IRDA的标准方案，一般的DIY可以使用该电路。电路虽然很简单，但其性能还是不错的，我用该电路连接笔记本电脑，在没有误码
4 的情况下，传输速度可以达到57.6Kbps。该设计的外围电路的设计如图
1、图3所示。
3.1.2 增强型红外线接口
增强型红外接口外围电路与标准接口电路相比，其中主要改进的地方是发射部分采用对管放大，进一步提高了发射功率；而接收部分采用三极管对接收信号进行放大，提高了接收的灵敏度。工作原理可以参考上面的叙述。增强型红外线接口外围电路的设计如图
5、图7所示。 3.2 硬件组成
3.2.1 标准红外线接口组成
标准红外线接口元器件清单：
标准型红外线接口发射外围电路清单：
标准型红外线接口接收外围电路清单：
3.2.2 增强型红外线接口组成
增强型红外线接口元器件清单
5 增强型红外线接口发射外围电路清单：
增强型红外线接口接收外围电路清单：
3.3 硬件电路图
标准红外接口电路图
计算机主机上的标准红外线接口发射电路如图1所示。
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3.3.1
图1 标准红外线接口发射电路
标准红外线接口发射电路的PCB板图如图2所示。
图2 标准红外线接口发射电路的PCB板图
计算机副机上的标准红外线接口接收电路如图3所示。
图3标准红外线接口接收电路
标准红外线接口接收电路的PCB板图如图4所示。
图4标准红外线接口接收电路的PCB板图
3.3.2 增强型红外线接口电路图
计算机主机上的增强型红外线接口发射电路如图5所示。
图5 增强型红外线接口发射电路
增强型红外线接口发射电路的PCB板图如图6所示。
图6 增强型红外线接口发射电路的PCB板图
计算机副机上的增强型红外线接口接收电路如图7所示。
图7 增强型红外线接口接收电路
增强型红外线接口接收电路的PCB板图如图8所示。
图8 增强型红外线接口接收电路的PCB板图
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4.硬件调试
4.1元器件测试
元器件的判别主要是发射管和接收管的判别，通过测试即可判别。
测试红外发射管：红外发射管实际上是一个特殊的二极管，用万用表电阻档测量，发射管的反向电阻通常为无穷大，正向电阻一般为500K左右。如果您有一台笔记本电脑，可以由PC机的红外接口引出IRTX和GND两条线，IRTX连接发射管的正极，GND连接发射管的负极，将发射管对准笔记本电脑的红外线发射窗口，在笔记本电脑的“红外线监视器”中会发现“你的PC”。
测试红外接收管：红外接收管也是一个二极管，测量时，它的正向电阻大于500K，而且不受光照的影响，反向电阻在没有光线直射时，一般大于300K，强光照射时应小于10欧，有时会为负数，这是因为在强光照射时，二极管的PN结将获得的光能转化为电能，形成了0.7V的结电压。
元件判别非常重要，使用了一只性能不好的元件，调试时会耽误你不少时间，还有可能损坏设备，因此，我们在实验过程中准备前的工作非常重视这一环节。由于不同万用表内阻不同，测
12 试结果也不尽相同，下文中所述内容均指使用500型万用表在可见光源（白炽灯）下的测试值。
1）测试红外线发射管
红外线发射管是一只二极管，可用万用麦电阻Ｒ* Ｋ档测量红外线发射管正反向电阻。反向电阻通常为无穷大，正向电阻一般大于500K欧。
从PC机红外接口的TRTX（红外传输）和GND（地）两引脚接出二根引线，TRTX引脚接红外线发射管正极，GND（地）接红外线发射管负极，将红外线发射管对准笔记本电脑的红外线发射窗口，笔记本电脑的红外线监视器就会发现红外通讯对象——“你的PC”。
2）测试光电接收管
测试光电接收三极管时，用万用表电阻R*K档测量两只引脚间的正反向电阻，光电接收管用反向电阻应大于500千欧（越大越好），不受光线照射影响；正向暗电阻（不受光线照射时）应大于300千欧（越大越好），正向明电阻（强光照射时）应小于10欧（越小越好）。
打开笔记本电脑中Windows 98的红外线监视器，将光电接收管对准笔记本电脑的红外线发射窗口，当笔记本电脑红外监视器
13 发出检测信号时，光电接收管正向电阻应自大而小变化，笔者的测试值是从大于500K减小至30K。如果电阻无变化或变化小说明光电接收管性能不好。
测试光电接收二极管时，万用表电阻Ｒ*Ｋ档测量光电二极管两只管脚间的正反向电阻，正向电阻约为5K左右，不受光线照射影响；反向暗电阻（不受光线照射时）应大于500K（越大越好），反向明电阻（强光照射时）小于0，小于0的原因是受光线照射后二极管ＰＮ结将获得的光能转换为电能，提供了0.7V左右的结电压。
机械鼠标中的光电接收三极管大多是光电接收三极管（也有使用光电接收二极管的鼠标），与普通市售光电接收三极管不同，有三只引脚，因为其是由两只光电接收三极管构成，中间是公共极，实际使用时可只使用其中一只或两只并联使用。
4.2调试过程
调试之前的准备工作：先连接USB接口的红外适配器，然后应该还要安装驱动。主板有已集成的红外解码编译功能，要外接一个红外光电转换装置来实现，这个装置就是主板接口红外适配器。
笔记本电脑与PC进行红外通讯有以下四种方案：
图9 计算机设备管理器中的红外线设备
1）在资源管理器中选中用鼠标右击要传输文件或目录，选择“发送到／红外线接收者”；
2）选择“我的电脑／红外线接收者”图标，打开“红外线传输”窗口，单击“发送文件”按钮后，选择要发送的文件； 3）在“资源管理器”中选择文件后将其拖到“我的电脑／红外线接收者”图标上；
4）选择“开始／程序／附件／通讯／直接电缆连接”后，即可以利用 Windows 98提供“直接电缆连接”通过红外线接口实施
15 通讯。通过红外线接口运行直接电缆连接时，红外线发送、接收装置将取代电缆，不需使用串行或并行电缆连机。“直接电缆连接”的功能比“红外线接收者”略强，可以使用对方提供的所有共享资源，如能使用对方的打印机和运行对方的程序。
由于红外收发器的电路相对简单，所以调试也很方便。发射部分基本上不用调试，注意检查发射管的极性连接是否正确。接收部分同样要注意接收管的极性是否连接正确。
在通讯时，IRTX和GND之间应该有0.7V左右的电压波动，如果没有就是红外接口有问题，或者是红外接口没有打开；IRRX和GND之间同样有0.7V的电压波动，如果波动范围较小，可以调整取样电阻，加大它的阻值，但不要太大，否则会降低接收的抗干扰能力。在联机正常的情况下，可以将笔记本电脑放远些，再调整取样电阻，使通讯距离尽量大些。
其他的增大通讯距离的方法还有几个：1）可以在接收管前面加一个红色滤光片，以滤除其他光线的干扰；2）还可以在接收管和发射管前面加凸透镜，提高其光线采集能力等等。
4.3 连机调试
连接好电路就可以连机凋试了，将红外光电发射接收管对准笔记本电脑的红外线发射窗口。双方的“红外线监视器”就会提
16 示发现红外通讯对象。
如果调试过程中打开音箱，会有美妙的声音提示你连接成功。如果连机调试出现问题，请按下述方法解决： 1）笔记本电脑无法检测到PC 用表直流电压档测量红外接口TRTX（红外传输）和GND（地）两只引脚间的电压，当PC红外线监视器发出检测信号时，TRTX引脚电压由0向上波动至0.7V左右，如无电压波动属PC红外接口故障。
如有电压波动请检查红外发射管是否接反（基本无电流）；通过红外发射管的电流是否有变化；可以通过红GND（地）接红外线发射管负极，将红外线发射管对准笔记本电脑的红外线发射窗口，笔记本电脑的红外线监视器就会发现红外通讯对象——“你的PC”。否则需测试红外线接收管，测试红外线接收管时，用多功能用表电阻R*K档测量两只引脚间的正反向电阻，红外线接收管用反向电阻应大于500K（越大越好），不受光线照射影响；正向暗电阻外发射管的电流有变化，笔记本还是无法检测到PC，说明红外发射管性能不良，红外发射管需更换。
2）PC无法检测到笔记本电脑
用万用表直流电压档测量取样电阻R2两端的电压，当笔记本
17 电脑红外线监视器发出检测信号时，取样电阻两端的电压由0至0．7V左右波动，如无电压波动请检查光电接收管是否接反，如电压波动小，请适当增加取样电阻R2的阻值，如电压波动过大，请适当减小取样电阻R2的阻值。
电阻R2的调整有一定难度，过大会导致抗干扰能力下降，过小会导致灵敏度降低（接收距离减小），最好串联一只电位器精心调节，才能获得最佳接收效果和接收距离。
3）通讯时常中断
通讯时常中断可在红外线监视器／选项标签中选择“连接速度限制为”复选框，在其后的选择框中限制红外通讯的速度，在很多情况下，用限制速度的方法进行通讯可以消除大量重试，改善通讯质量。
通讯时常中断大多是外部环境不佳导致，原因主要有：外部光源干扰、连线过长导致的信号衰减、电源性能不良带来的电磁干扰。电源性能不良带来的电磁干扰可通过加装抗干扰电路解决。 4）通讯距离短
按上述方法制作的红外接口有效通讯距离为0．3m，如果你想增加发射距离，可用增加红外发射管的数量或增大红外发射管的电流（即增大发射功率）方法实现。需要提醒注意的是，根据红
18 外数据协会的红外通讯标准，一般红外通讯设备的通讯距离仅为l－3m，如果你想增加距离，需先了解通讯对象的接收距离。
如果通讯对象（如笔记本电脑）发射功率不够，你将无法接收到对方发出的信号。当然你也可以加装光放大器，扩展红外设备的通讯距离。
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5．结论
此次设计利用三极管的功能对自制PC红外线接口进行设计，充分利用了三极管所拥有的功能，同时也体现了三极管放大作用对该外围接口电路的重要作用，采用此方案，可以达到本设计的要求，以及在以后生活和现代化发展中更可靠、快捷、高效。但是，在此方案中有一点需要注意，此次设计为创新设计，所以难免会有所不足，由于在设计的过程中遇到很多难题，准备工作也不是很充足，所以在信号传输设计方面有点缺陷，主要是在使用上不方便，如果能将自制PC红外线接口与通信设备的USB接口相连接就可以解决这方面的缺陷。这也是这次设计不足的地方，这次的设计仅为外围电路的设计，因此，在以后的设计制作中有待改进。不过，利用本设计方案，通过设计及硬件调试等方面的论证，能够实现提高无线传输的效率，大大减小有线传输所带来的麻烦等功能，也达到了本次创新性实验的目的。
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6.参考文献
【1】陈晴 计算机网络技术（第二版） 武汉 华中科技大学出版社 2003 【2】谢希仁 计算机网络（第四版） 北京 电子工业出版社2003 【3】康华光 模拟电子技术（第五版） 北京 高等教育出版社 2005 【4】阎石 数字电子技术（第五版） 北京 高等教育出版社 2004
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7.心得体会
从这次的创新型设计中我学到了很多，这次设计主要用到的是三极管，放大电路，还有其他电阻、电容一系列的电子元件。通过这次的创新型设计，我知道了怎样利用三极管放大作用设计出所要求的产品，同时又将以前所学理论知识运用到设计中，通过多元件的组合从而基本达到总体的要求，但在设计过程中也出现了很多的错误，主要是源于对大学所学知识的掌握不牢固。此次实验过程中，彭老师和各位同学给了我很大的帮助，也在老师的精心指导及同学的互助团结努力下做出了我们所要的设计。在此，我非常感谢彭老师的指导和钟慧伟同学的帮助，在以后的学习和生活中，我会更多的去实践一些课程项目，为自己增加更多的知识和经验。
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