一种高速红外收发电路的制作方法

1.本实用新型通信技术领域，尤其涉及一种高速红外收发电路。


背景技术：

2.目前，现有的大部分红外通信电路都只能低速，如在19200bps以下稳定通信，且参数匹配后仅支持特定的红外收发探头。申请号为cn201922263841.2的专利文献公开了一种智能电表及其近红外通信电路，可将红外波特率提升到115200bps，当该方案自适应能力不强，仅支持一种红外发射光强固定的探头，不能自适应iec全范围内强度的发光探头，以及对不同发光强度的红外探头灵敏度不高，根据iec 62056-21国际通讯规约，电能表接收辐射范围的最低值为500uw，最高值为5000uw，其中最高值是最低值的10倍。因此，亟待提出一种高速红外收发电路，能自适应不同发光强度的红外探头，满足iec 62056-21通讯规约的需求，以及满足更高速且稳定的通信速率。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种高速红外收发电路，该高速红外收发电路旨在解决现有的红外通信电路无法满足更高且稳定的通信速率，以及无法自适应不同发光强度的红外探头的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供高速红外收发电路，其中，所述高速红外收发电路包括：控制器单片机串口、红外发射电路和红外接收电路；所述控制器单片机串口的信号接收端ir_rxd引脚与所述红外接收电路连接，所述控制器单片机串口的信号发送端ir_txd引脚与所述红外发射电路连接；所述红外接收电路包括信号放大电路；所述信号放大电路用于接收外部红外探头的红外信号，并根据所述红外信号对应改变电路的放大增益，输出与所述红外探头相适应的电信号。
5.优选方案之一，所述红外接收电路包括信号放大电路；所述信号放大电路包括运算放大器u1、红外接收光敏二极管irr1、电阻r3、电阻r6、电阻r8和限幅稳压电路；所述运算放大器u1的1引脚与分别与所述限幅稳压电路以及红外接收光敏二极管irr1的2引脚连接；所述运算放大器u1的2引脚与电阻r8的一端连接；所述运算放大器u1的3引脚接电源；所述运算放大器u1的5引脚与所述限幅稳压电路连接；所述电阻r8的一端与电阻r6的一端连接，所述电阻r6的另一端与电阻r3的一端连接，所述电阻r3的另一端接电源；所述电阻r8的另一端与红外接收光敏二极管irr1的1引脚连接，所述运算放大器u1的4引脚与电阻r8的另一端接地。
6.优选方案之一，所述红外接收电路包括比较电路；所述比较电路包括比较器u2、电阻r3、电阻r6和电阻r8；所述比较器u2的1引脚与所述比较器u1的5引脚连接，所述比较器u2的2引脚分别与所述电阻r3以及电阻r6的一端连接，所述比较器u2的3引脚接电源，所述比较器u2的4引脚接地，所述比较器u2的5引脚接所述控制器单片机串口的信号接收端ir_rxd。
7.优选方案之一，所述红外发射电路包括三极管q2、电阻r5和红外发射二极管ddt1；所述三极管q2的基极与电阻r5的一端连接；所述r5的另一端接所述控制器单片机串口的信号发送端ir_txd；所述三极管q2的发射极接电源；所述三极管q2的集电极与所述红外发射二极管ddt1的一端连接，所述红外发射二极管ddt1的另一端接地。
8.优选方案之一，所述限幅稳压电路包括三极管q1和电阻r1；所述三极管q1的基极与所述电阻r1的一端连接，所述电阻r1的另一端与所述红外接收光敏二极管irr1的2引脚连接，所述三极管q1的集电极分别与所述运算放大器u1的5引脚以及三极管q1的基极连接，所述三极管q1的发射极与所述运算放大器u1的1引脚连接。
9.优选方案之一，所述红外接收光敏二极管irr1与所述电阻r1共同构成增益变化量g；所述增益变化量g与所述红外接收光敏二极管irr1、电阻r1的关系表达式为：
10.g＝r1/r
irr1
11.其中，r1为电阻r1的阻值，r
irr1
为红外接收光敏二极管irr1在受到红外光照后所呈现的阻值。
12.优选方案之一，所述信号放大电路输出端的电信号v
out
为：
[0013]vout
＝v
ref
*(1+g)
[0014]
其中，v
ref
为信号放大电路的基准电平。
[0015]
优选方案之一，所述基准电平v
ref
为：
[0016]vref
＝vcc*r8/(r3+r6+r8)
[0017]
其中，所述vcc为供电电压。
[0018]
优选方案之一，所述比较电路内设有基准电压v1；
[0019]
当所述基准电压v1大于所述电信号v
out
时，所述比较电路的输出端ir_rxd引脚输出高电平；
[0020]
当所述基准电压v1小于所述电信号v
out
时，所述比较电路的输出端ir_rxd引脚输出低电平。
[0021]
优选方案之一，所述基准电压v1为：
[0022]
v1＝vcc*(r6+r8)/(r3+r6+r8)。
[0023]
本实用新型的上述技术方案中，该高速红外收发电路包括：控制器单片机串口、红外发射电路和红外接收电路；所述控制器单片机串口的信号接收端ir_rxd引脚与所述红外接收电路连接，所述控制器单片机串口的信号发送端ir_txd引脚与所述红外发射电路连接。本实用新型解决现有的红外通信电路无法满足更高且稳定的通信速率，以及无法自适应不同发光强度的红外探头的问题。
[0024]
在本实用新型中，通过在红外接收电路中设置限幅稳压电路进行限幅稳压，可有效防止输出过压，改善运算放大器u1的setting time参数导致的振荡时间，减少输出的不稳定时间，降低对运算放大器u1的参数要求，且保持高通讯速率，最高可达115200bps的稳定通讯速率。
[0025]
在本实用新型中，使用双运放的方式，通过红外接收光敏二极管在光照后阻值的变化，改变整个电路的放大增益g来实现对红外信号的放大，其中放大增益g会根据红外探头的发光强度而改变，其敏感度很高，对于弱信号也有很好的放大作用，发射光强越大，增益越大，可以自适应高低波特率，自适应不同发光强度的红外探头，完全满足iec 62056-21
国际通讯规约的需求。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0027]
图1为本实用新型实施例一种高速红外收发电路的示意图。
[0028]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0029]
下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
[0030]
并且，本实用新型各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0031]
参见图1，根据本实用新型的一方面，本实用新型提供一种高速红外收发电路，其中，所述高速红外收发电路包括：控制器单片机串口、红外发射电路和红外接收电路；所述控制器单片机串口的信号接收端ir_rxd引脚与所述红外接收电路连接，所述控制器单片机串口的信号发送端ir_txd引脚与所述红外发射电路连接；所述红外接收电路包括信号放大电路；所述信号放大电路用于接收外部红外探头的红外信号，并根据所述红外信号对应改变电路的放大增益，输出与所述红外探头相适应的电信号。
[0032]
具体地，在本实施例中，所述红外接收电路包括信号放大电路；所述信号放大电路包括运算放大器u1、红外接收光敏二极管irr1、电阻r3、电阻r6、电阻r8和限幅稳压电路；所述运算放大器u1的1引脚与分别与所述限幅稳压电路以及红外接收光敏二极管irr1的2引脚连接；所述运算放大器u1的2引脚与电阻r8的一端连接；所述运算放大器u1的3引脚接电源；所述运算放大器u1的5引脚与所述限幅稳压电路连接；所述电阻r8的一端与电阻r6的一端连接，所述电阻r6的另一端与电阻r3的一端连接，所述电阻r3的另一端接电源；所述电阻r8的另一端与红外接收光敏二极管irr1的1引脚连接，所述运算放大器u1的4引脚与电阻r8的另一端接地；所述信号放大电路通过红外接收光敏二极管irr1在红外探头进行红外光强发射后阻值会产生变化，从而改变整个电路的放大增益g来实现对红外信号进行放大，因其放大增益g会根据红外探头的发光强度而改变，其敏感度越高，对弱信号也有很好的放大作用，红外探头的发射光强越大，增益也就越大，从而可以自适应各高低波特率，自适应满足不同发光强度的红外探头。
[0033]
具体地，在本实施例中，所述限幅稳压电路包括三极管q1和电阻r1；
[0034]
所述三极管q1的基极与所述电阻r1的一端连接，所述电阻r1的另一端与所述红外
接收光敏二极管irr1的2引脚连接，所述三极管q1的集电极分别与所述运算放大器u1的5引脚以及三极管q1的基极连接，所述三极管q1的发射极与所述运算放大器u1的1引脚连接。
[0035]
具体地，在本实施例中，所述红外接收光敏二极管irr1与所述电阻r1共同构成增益变化量g；所述增益变化量g与所述红外接收光敏二极管irr1、电阻r1的关系表达式为：
[0036]
g＝r1/r
irr1
[0037]
其中，r1为电阻r1的阻值，r
irr1
为红外接收光敏二极管irr1在受到红外光照后所呈现的阻值；
[0038]
所述信号放大电路输出端的电信号v
out
为：
[0039]vout
＝v
ref
*(1+g)
[0040]
其中，v
ref
为信号放大电路的基准电平；
[0041]
所述基准电平v
ref
为：
[0042]vref
＝vcc*r8/(r3+r6+r8)
[0043]
其中，所述vcc为供电电压；
[0044]
具体地，在本实施例中，所述限幅稳压电路与所述运算放大器u1的反相端连接，也即所述限幅稳压电路与所述运算放大器u1的1引脚连接，所述运算放大器u1的同相端通过电阻r6、电阻r3与电源端vcc连接，也即所述运算放大器u1的2引脚通过电阻r6、电阻r3与电源端vcc连接；所述电阻r1与所述红外接收光敏二极管irr1共同构成增益变化量g，当红外探头进行红外光强发射时，通过所述红外探头的光信号转化为电信号，所述红外接收光敏二极管irr1对所述红外探头进行响应，红外接收光敏二极管r
irr1
在受到红外光照后所呈现的阻值会发生变化，放大电路的增益变化量g会随之改变，其中，所述增益变化量g与所述红外接收光敏二极管irr1的r
irr1
关系为：g＝r1/r
irr1
，通过所述运算放大器u1将输入的电信号进行运算处理，在其输出端输出电信号v
out
，将所述电信号输出至比较电路进行处理，其中，所述运算放大器u1的5引脚的输出端即为所述信号放大电路的输出端。
[0045]
具体地，在本实施例中，所述三极管q1采用npn型三极管，通过所述npn型三极管实现电路稳压限幅，防止输出过压，能有效改善因为运算放大器u1运放的setting time参数导致的振荡时间，减少输出的不稳定时间，提高通讯速率，同时可降低对运算放大器u1的参数要求，可使所述红外接收电路保持高通讯的速率，最高可达到115200bps的稳定通讯速率。
[0046]
具体地，在本实施例中，所述红外接收电路包括比较电路；所述比较电路包括比较器u2、电阻r3、电阻r4、电阻r6、电阻r6和电阻r8；所述比较器u2的1引脚与所述比较器u1的5引脚连接，所述比较器u2的2引脚分别与所述电阻r3以及电阻r6的一端连接，所述比较器u2的3引脚接电源，所述比较器u2的4引脚接地，所述比较器u2的5引脚与电阻r4的一端连接，所述比较器u2的5引脚与所述比较器u2的5引脚接所述控制器单片机串口的信号接收端ir_rxd，所述电阻r4的另一端与所述比较器u2的3引脚连接。
[0047]
具体地，在本实施例中，所述比较电路内设有基准电压v1；所述比较器u2的反相端与所述运算放大器u1的输出端连接，也即所述比较器u2的1引脚与所述运算放大器u1的5引脚连接，所述比较器u2接收所述运算放大器u1输出的电信号v
out
，并将所述电信号v
out
与所述比较电路的基准电压v1进行比较，对信号进行整形，当所述基准电压v1大于所述电信号v
out
时，所述比较电路的输出端ir_rxd引脚输出高电平，也即当所述基准电压v1＝vcc*(r6+
r8)/(r3+r6+r8)大于所述电信号v
out
时，所述比较电路的输出端ir_rxd引脚输出高电平；当所述基准电压v1小于所述电信号v
out
时，所述比较电路的输出端ir_rxd引脚输出低电平，也即当所述基准电压v1＝vcc*(r6+r8)/(r3+r6+r8)小于所述电信号v
out
时，所述比较电路的输出端ir_rxd引脚输出低电平。
[0048]
具体地，在本实施例中，所述红外发射电路包括三极管q2、电阻r2、电阻r5、电阻r7和红外发射二极管ddt1；所述三极管q2的基极分别与电阻r2以及电阻r5的一端连接；所述电阻r2的另一端接电源，所述r5的另一端接所述控制器单片机串口的信号发送端ir_txd；所述三极管q2的发射极接电源；所述三极管q2的集电极与所述电阻r7的一端连接，所述电阻r7的另一端与所述红外发射二极管ddt1的一端连接，所述红外发射二极管ddt1的另一端接地。
[0049]
具体地，在本实施例中，所述三极管q2采用pnp型三极管，所述电阻r5的一端与所述控制器单片机串口的信号发送端ir_txd连接，控制器单片机通过串口ir_txd发出不同波特率的电信号，来驱动三极管q2，使其进行不同波特率的导通与关断，从而使得红外发射管ddt1将控制器单片机串口ir_txd发射的电信号转化成光信号，被红外探头所接收，其中，所述红外发射电路中的电阻r5为三极管q2的基极限流电阻，用以限制所在支路电流的大小，以防电流过大烧坏所串联的元器件，同时也能起到分压作用；所述电阻r2用于保证所述红外发射电路在不工作时的稳定状态，所述电阻r7为所述红外发射二极管ddt1的限流电阻，用以保证所述红外发射管ddt1不会过流而损坏。
[0050]
以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围。