引言

自20世紀80年代以來，無線通訊技術取得了飛速發展，它不受時空限制，能采取靈活多樣的方式，確保語音、數據和圖像的綜合傳輸暢通無阻，具有無需架設復雜的傳輸線路和通信地點靈活的特點。其中，藍牙技術是一種新興的近距無線傳輸技術，但藍牙技術的最大障礙是過于昂貴，抗干擾能力弱、通信距離短、存在信息安全問題，使其用戶群數量受到限制。同時大范圍測試與研發成本過高，不利于藍牙通訊技術的大規模研發與廣泛應用。

紅外通信以紅外光作為載體傳送數據信息，無需申請頻率的使用權，因此，紅外通信使用方便，且具有體積小、功耗低、價格便宜、連接方便等特點。根據光的獨立性傳播原理，紅外通信之間無相互干擾，且不怕散射電磁波干擾。此外，紅外線發射角度較小，傳輸安全性高，對其他電子設備無干擾，而且適用于需要電氣隔離和抗干擾的場合。

1、硬件電路設計

紅外光通信裝置包括語音發送模塊、中繼轉發節點模塊和語音接收模塊（見圖1）。其中語音發送模塊測試單元，主要實現語音信號的壓縮、編碼、調制和發送功能;中繼轉發節點測試單元，主要實現載波紅外信號的轉發功能;語音接收模塊測試單元，完成語音信號的接收，并解調后由耳機播放的功能。

圖1 ?系統硬件框圖

1．1、紅外通訊模塊設計

紅外通訊模塊電路如圖2所示。紅外通信發射模塊采用紅外發射管，由74HC00芯片及外圍電路進行驅動，紅外發射管的載波發射信號頻率為38kHz，因此，由74HC00對處理器產生的38kHz載波信號和所要發射的語音信號進行與操作，完成載波發送。紅外通信接收模塊由接收器件CHQ1838和電壓比較器LM339組成，將接收到的語音信號輸入到STM32處理器中進行數字濾波和數模轉換處理。

圖2 ?無線模塊原理圖

1．2、中繼節點模塊設計

中繼節點模塊由MSP430處理器、三極管和紅外發射和接收管組成，其作用是將波長950nm近紅外線作為信息載體，把傳輸信號旋轉一定角度后發送出去（見圖3）。首先中繼節點的紅外接收管接收38kHz的傳輸信號;然后傳輸給MSP430單片機;最后單片機將此輸出信號輸出給兩級三極管進行放大，驅動紅外發射管完成發射，紅外發射管與接收管之間的角度就是信號轉過的角度。

圖3 ?中繼站發射接收模塊原理圖

1．3、耳機驅動模塊設計

集成塊TDA2822是一款雙聲道音頻功率放大電路（見圖4）。立體聲功放電路中Ｒ1、Ｒ2是輸入偏置電阻，C1、C2是負反饋端的接地電容，C3、C5是輸出耦合電容，Ｒ4、C6和C8是高次諧波抑制電路，用于防止電路振蕩。

圖4 ?耳機驅動電路原理圖

1．4、STM32處理器設計

紅外光通信裝置中選用STM32F103VET6作為處理器，圖5為STM32原理圖。芯片集成64kByte片內SＲAM（StaticＲAM），512kByte片內Flash，具備1個JTAG（JointTestActionGroup）調試接口、1個電源LED（Light-EmittingDiode）、1個狀態LED，還包括ＲS-232接口、USB2．0SLAVE接口、MicroSD卡插座以及后備電池座。語音編碼通過處理器并結合Speex算法完成，由該芯片內部集成的A/D和D/A模塊完成模數轉換并產生38kHz的載波信號，最終完成語音信號的紅外通信。

圖5 ?STM32原理圖

2、系統軟件設計

由系統軟件實現語音信號的編碼、解碼、數字濾波和模數轉換，發射端系統軟件主要包括語音信號采集和A/D轉換，語音信號發送編碼和發送控制。其中A/D轉換部分由內部集成A/D模塊完成，編碼和發送控制由編程實現，每次接收4000個數據，以600Byte/s的速率發送信號，以解決紅外通信中所載信號量受限問題，實現信號的穩定傳輸。

接收端軟件主要包括語音信號接收存儲、數字濾波和D/A轉換。其中存儲部分運用處理器內部的Flash完成，數字濾波和D/A轉換通過軟件設定參數完成調試。主要程序流程如圖6所示。

圖6 ?系統軟件流程圖

3、系統測試

系統整體測試方案是用示波器測量系統無輸入時輸出端噪聲電壓，語音信號用信號發生器模擬測量傳輸頻率范圍，最后測量信號穩定傳輸情況下的最大通信距離。

在系統的各個模塊測試完成后進行整體測試。首先將信號發生器產生的1kHz方波作為模擬語音信號加載到處理器產生的38kHz載波信號上。紅外管連續發送一個字節，觀察接收波形，分析得知，單字節數據接收正常，發射接收之間仍存在微小延時。然后紅外管連續發送一個數組，觀察接收波形。分析得知，連續存儲區數據收發正常。系統測試結果如圖7所示。

圖7 系統測試圖

對系統整體測試數據進行分析，該系統能實現8m通信距離內穩定傳輸并可通過中繼轉發節點延長通信距離，能實現微弱信號的傳輸，對通信系統的發展有著積極的意義。系統參數測試結果如表1所示。

表1系統各項參數測試表

4、結語

筆者給出了基于STM32的嵌入式語音識別模塊的紅外光通信裝置的設計，對每個組成單元的硬件電路及軟件實現進行了詳細研究。多次實際測試表明：接收裝置輸出噪聲電壓小于0．1V，中繼轉發站可將傳輸方向改變任意角度，語音信號安全、穩定傳輸距離為8m。該設計的紅外光通信裝置具有穩定性好、語音識別率高、抗噪聲干擾能力強、結構簡單和使用方便等特點。此外，基于STM32的紅外光通信裝置性能穩定，信息傳輸高效、安全、成本低，對無線通信技術的創新與發展起著積極的推動作用，并對新產品的誕生具有重要意義。