CN103595470B

CN103595470B - 一种低功耗红外光通信系统

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Publication number: CN103595470B
Application number: CN201310628584.2A
Authority: CN
Inventors: 杨奕; 李山; 杨川; 曾路荣; 彭远行; 刘雷; 丁宁; 周川云
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2033-11-28
Also published as: CN103595470A

Abstract

本发明公开了一种低功耗红外光通信系统，包括红外发射装置、中继转发装置和红外接收装置；红外发射装置包括功率电阻W1、电容、电阻R1、三极管Q1和红外发射管Ⅰ；中继转发装置包括功率电阻W2、电容C2、C3、电阻、红外接收管Ⅰ、红外发射管Ⅱ、可调电阻W1、三极管（Q2、Q3和Q4）；红外接收装置包括电阻、红外接收管Ⅱ、电容C4、三极管Q5、三极管Q6和单刀双掷开关，红外接收管Ⅰ接收红外发射管Ⅰ发射的信号，红外接收管Ⅱ接收红外发射管Ⅱ发射的信号。整个系统设计成本低、功耗低、性价比高，并且系统具有结构简单、易于制作、无干扰、低噪声的特点。

Description

一种低功耗红外光通信系统

技术领域

本发明涉及一种红外光通信技术，尤其涉及一种低功耗红外光通信系统。

背景技术

21世纪已经全面进入了电子信息时代，电信息成为我们生活中传递讯息的最多、最重要的方式，各种电信号的传递充满了我们生活的每一个角落。作为电信息的最常规的载体线缆在日常生活中，随处可见，让我们眼花缭乱。已经很大程度上触犯了现代人追求简约的审美观，因此发展无线通信为人们的迫切需求。

当前无线通信正在蓬勃的发展起来。传统的无线通信方式有蓝牙（Bluetooth）、ZigBee、无线局域网（wifi）等。随着科学技术的进步，此类无线通信模块及器件逐渐成熟，无线通信的应用已经得到了较为广泛的应用，极大程度上方便了人们的日常生活。但与此同时也带来了许多的问题。这些通信方式都受无线电波频带限制，可利用的通信频带是有限的，一种通信方法使用一个范围的频带后，就意味着可利用的频带减少了，属于拓展性很低的领域。此外，以上方式通过发射无线电波传递讯号，发射功耗大，容易受电磁干扰，价格昂贵，且信息安全可靠度不高。

因此，迫切需要开发一种本质上不同于上述无线电波通信的通信方式。光通信响应时代的需求，正逐渐发展起来。科技部网站下发关于下达2013年度有关国家科技计划项目的通知，多个光通信项目被列入“2013年度国家重点新产品计划立项项目”。光通信方式以信息安全度更高，不受频带限制，无辐射危害，更绿色环保等优点成为了科研学者研究的主题。

当前光通信有可见光通信和红外光通信，可见光通信易受各种光源的干扰。因此红外光通信受到了更多的关注。

红外线能像可见光一样集中成很窄的一束发射出去，根据红外光的特点，具备以下优势：1、不易被人发现和截获，保密性强；2、几乎不会受到电气、天电、人为干扰，抗干扰性强。此外，红外线通信机体积小，重量轻，结构简单，价格低廉。这些优点使红外光无线通信与传统通信方式在本质上有了更大的区别。红外光通信不占用任何频带资源，解决了频带有限的问题，且此方式同时解决了传统通信保密性低，抗干扰能力不高的缺点。在军事、工业以及家居等各个方面都有极大的开发潜力。

目前红外光通信虽然已经进入了初步应用阶段，但是技术仍然尚不完全成熟，仍存在许多问题。目前大多数红外通信都存在距离近及发射功率大等缺点。

现有的红外光通信技术有三种基本方案：

1、调幅发送方式：该方法通过高频载波对信号波形进行调制，形成有幅度变化的高频信号。并通过红外光发射电路将调制信号发射出去，另一端通过接受电路接收信号并放大，解调，还原信号。

2、脉宽调制（PWM）：该方案通过原始信号不同的幅值，通过CPU处理后，按比例输出不同的PWM波。并通过发射电路发射，接收电路接收后通过滤波，使其还原为原始信号。

3、PPM(脉冲间隔调制)：该方案与脉宽调制相似，但是时间间隔长，传输信息速度有限。

虽然目前的红外光通信已经弥补了传统通信的部分局限性，但是目前红外光通信方式仍存在很多问题需要解决。例如目前红外通信技术驱动能力差，频率低，功耗大，有效传播距离近，成本高等。因此迫切需要开发和设计一种低功耗，远距离的红外通信技术。

发明内容

针对上述现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种功耗低，传播距离远的低功耗红外光通信系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种低功耗红外光通信系统，包括红外发射装置、中继转发装置和红外接收装置；

所述红外发射装置包括功率电阻W1、电容、电阻R1、三极管Q1和红外发射管Ⅰ，所述功率电阻W1的输入端与12V电源连接，功率电阻W1的输出端与红外发射管Ⅰ的正极连接，所述电容的正极与12V电源连接，电容的负极接地，红外发射管Ⅰ的负极与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极与电阻R1的一端连接；

所述中继转发装置包括功率电阻W2、电容C2、电容C3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、红外接收管Ⅰ、红外发射管Ⅱ、可调电阻W1、三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4；所述红外接收管Ⅰ的正极接地，红外接收管Ⅰ的负极连接电容C2的正极，所述电容C2的负极与三极管Q4的基极连接，所述三极管Q4的集电极通过电阻R5与三极管Q3的基极连接，三极管Q4的发射极接地，所述红外接收管Ⅰ的负极通过电阻R2与5V电源连接，所述电容C2的负极通过电阻R3与5V电源连接，所述三极管Q4的集电极与可调电阻W1的一端连接，可调电阻W1的另一端通过电阻R4与5V电源连接，所述三极管Q3的集电极通过电阻R6与5V电源连接，所述三极管Q3的发射极接地；所述三极管Q3的集电极还通过电阻R7与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极接地；所述功率电阻W2的输入端与5V电源连接，所述功率电阻W2的输出端与红外发射管Ⅱ的正极连接，所述红外发射管Ⅱ的负极与三极管Q2的集电极连接，所述电容C3的正极与5V电源连接，电容C3的负极接地；

所述红外接收装置包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、红外接收管Ⅱ、电容C4、三极管Q5、三极管Q6、可调电阻W2、可调电阻W3和单刀双掷开关；所述红外接收管Ⅱ的负极通过电阻R8与3.3V～5V电源连接，红外接收管Ⅱ的负极还与电容C4的正极连接，红外接收管Ⅱ的正极接地，电容C4的负极与三极管Q5的基极连接，电容C4的负极还通过电阻R9与3.3V～5V电源连接，所述三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极与单刀双掷开关的主桩L连接，所述单刀双掷开关的一子桩L1与可调电阻W2的一端连接，可调电阻W2的另一端通过电阻R10与3.3V～5V电源连接，所述单刀双掷开关的另一子桩L2与可调电阻W3的一端连接，可调电阻W3的另一端通过电阻R11与3.3V～5V电源连接，所述三极管Q5的集电极还通过电阻R12与三极管Q6的基极连接，所述三极管Q6的集电极通过电阻R13与3.3V～5V电源连接，所述三极管Q5的发射极接地；

所述中继转发装置中的红外接收管Ⅰ接收红外发射装置中的红外发射管Ⅰ发射的信号，所述红外接收装置中的红外接收管Ⅱ接收中继转发装置中的红外发射管Ⅱ发射的信号。

作为本发明的一种优选方案，所述红外发射装置中的电容由电容C11、电容C12和电容C13组成，所述电容C11、电容C12和电容C13的正极与12V电源连接，所述电容C11、电容C12和电容C13的负极接地。

作为本发明的另一种优选方案，所述红外发射装置中的红外发射管Ⅰ由红外线发射二极管D11、红外线发射二极管D12和红外线发射二极管D13组成；所述红外线发射二极管D13的正极与功率电阻W1的输出端连接，所述红外线发射二极管D13的负极与红外线发射二极管D12的正极连接，所述红外线发射二极管D12的负极与红外线发射二极管D11的正极连接，所述红外线发射二极管D11的负极与三极管Q1的集电极连接。

作为本发明的又一种优选方案，所述中继转发装置中的红外接收管Ⅰ由红外线接收二极管D21和红外线接收二极管D22组成，所述红外线接收二极管D21的正极接地，所述红外线接收二极管D21的负极与红外线接收二极管D22的正极连接，所述红外线接收二极管D22的负极与电容C2的正极连接，红外线接收二极管D22的负极还通过电阻R2与5V电源连接。

作为本发明的一种改进方案，所述中继转发装置中的红外发射管Ⅱ由红外线发射二极管D31、红外线发射二极管D32和红外线发射二极管D33组成，所述功率电阻W2的输出端与红外线发射二极管D33的正极连接，所述红外线发射二极管D33的负极与红外线发射二极管D32的正极连接，所述红外线发射二极管D32的负极与红外线发射二极管D31的正极连接，所述红外线发射二极管D31的负极与三极管Q2的集电极连接。

作为本发明的另一种改进方案，所述红外接收装置中的红外接收管Ⅱ由红外线接收二极管D41和红外线接收二极管D42组成，所述红外线接收二极管D41的负极与电容C4的正极连接，所述红外线接收二极管D41的负极还通过电阻R8与3.3V～5V电源连接，所述红外线接收二极管D41的正极与红外线接收二极管D42的负极连接，所述红外线接收二极管D42的正极接地。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、使用时，向红外发射装置中电阻R1的一端输入信号，通过红外光通信系统传输，从红外接收装置中三极管Q6的集电极输出信号，信号传输正常，无失真；环境温度传输最大误差为0.2°；实现了数字信号与模拟信号同时传输；中继站功耗低，为0.01W，达到了节能的目的。整个系统设计成本低、功耗低、性价比高，并且系统具有结构简单、易于制作、无干扰、低噪声的特点。

2、红外接收装置采用的基本原理是共射级放大电路，电路具有相当高的??值，为150-300之间，把信号放大很多倍；放大管子采用开关管，精度更高，系统功耗更低；同时接收采用2-3个接收管串联，效果更好，接收效果更佳，传输距离更远，接收到的信号更强，同时也比1个接收管接收时功耗低，进一步降低了功耗。若采用复合管，传送的距离更远但抗干扰能力会下降，可以根据需要选择。

3、为了尽可能减小供电系统的供电电流，减小功耗，同时，降低中继站复杂性，中继电路只采用一个5V单电源供电，同时，在保证传递信号正常的情况下，增大中继发送装置功率负载的大小，进一步达到减小电流的目的。

4、采用红外光通信系统进行传输，并且相比以往增加了红外中继转发装置，信号发射、接收、中继转发电路均采用分离元件实现（以往是采用集成运放实现）。大大节约了成本。增大了传输距离，降低了整个系统的功耗。

5、驱动能力强，可以在高频情况下工作，传输距离远；并且成本非常低，降低了好几倍的成本，现有电路的一个集成芯片价格可以制作几个本电路了。

6、系统采用的调频方式不是传统意义上的调频，传统上是高频正弦波调频，加载信号。而本发明采用的是调频方波，然后采样时间段内提取数据，传输时的方波占空比可以很低（通过理论分析占空比可无限低，为保证接收机能捕捉到信号，一般采用1%-10%），这样就大幅度降低了传输、接收和中继站的功耗。

7、目前本系统只采用了2-3个晶体管，根据具体情况可以适当的增加晶体管，传输距离最远可以到30M。若采用TTL，理论上传输距离可以达到200M（若采用TTL，功耗稍大）。

8、中继的接收和最终的接收电路中，初级接收和次级放大的静态工作状态不相互干扰，前级大电流，次级大增益。前级大电流提高接收管的灵敏度，电容隔直以后，次级只接收了信号的微变部分。可以根据实际需要调整次级的直流偏置以及工作点，大大提高产品的适用场合和范围，而且单电源供电，是很多运算放大器或测量放大器无法替代的优势。

附图说明

图1为一种低功耗红外光通信系统的总体框图；

图2为红外发射装置的电路图；

图3为中继转发装置的电路图；

图4为红外接收装置的电路图；

图5为发射装置程序流程图；

图6为接收装置程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种低功耗红外光通信系统，包括红外发射装置、中继转发装置和红外接收装置。将采集温度数据，语音信号和数字信号同时通过红外发射装置发射。经过中继转发点，中继站的接收和发送模块是独立的，因此可以实现任意方向的转发。对于最后接收端，由红外接收装置接收转发之后的信号，利用接收端STM32对接收到的信号进行采样，经DA转换、滤波、音频放大后输出信号，调制与解调均采用调频的方法。

红外发射装置的电路如图2所示，红外发射装置包括功率电阻W1、电容、电阻R1、三极管Q1和红外发射管Ⅰ。功率电阻W1的输入端与12V电源连接，功率电阻W1的输出端与红外发射管Ⅰ的正极连接，电容的正极与12V电源连接，电容的负极接地，红外发射管Ⅰ的负极与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极与电阻R1的一端连接，信号从电阻R1的另一端输入。

本实施例中，红外发射装置中的电容由电容C11、电容C12和电容C13组成。电容C11、电容C12和电容C13的正极与12V电源连接，电容C11、电容C12和电容C13的负极接地。红外发射装置中的红外发射管Ⅰ由红外线发射二极管D11、红外线发射二极管D12和红外线发射二极管D13组成。红外线发射二极管D13的正极与功率电阻W1的输出端连接，红外线发射二极管D13的负极与红外线发射二极管D12的正极连接，红外线发射二极管D12的负极与红外线发射二极管D11的正极连接，红外线发射二极管D11的负极与三极管Q1的集电极连接。

红外发射装置将调制好的载波通过由三极管Q1（选用高频功率管效果更佳）驱动的红外发射管发射出去，供电处增加三个耐压的大电容（一般选用4700uf）储存能量。串联三个红外线发射二极管（D11、D12和D13）提高发射效率。由于电源供电电流较大，在电路中增加功率电阻W1限流，经测试选用10-100欧的功率电阻作为功率负载最佳。

中继转发装置的电路如图3所示，中继转发装置包括功率电阻W2、电容C2、电容C3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、红外接收管Ⅰ、红外发射管Ⅱ、可调电阻W1、三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4。红外接收管Ⅰ的正极接地，红外接收管Ⅰ的负极连接电容C2的正极，电容C2的负极与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的集电极通过电阻R5与三极管Q3的基极连接，三极管Q4的发射极接地，红外接收管Ⅰ的负极通过电阻R2与5V电源连接，电容C2的负极通过电阻R3与5V电源连接，三极管Q4的集电极与可调电阻W1的一端连接，可调电阻W1的另一端通过电阻R4与5V电源连接，三极管Q3的集电极通过电阻R6与5V电源连接，三极管Q3的发射极接地。三极管Q3的集电极还通过电阻R7与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极接地；功率电阻W2的输入端与5V电源连接，功率电阻W2的输出端与红外发射管Ⅱ的正极连接，红外发射管Ⅱ的负极与三极管Q2的集电极连接，电容C3的正极与5V电源连接，电容C3的负极接地。

本实施例中，中继转发装置中的红外接收管Ⅰ由红外线接收二极管D21和红外线接收二极管D22组成，红外线接收二极管D21的正极接地，红外线接收二极管D21的负极与红外线接收二极管D22的正极连接，红外线接收二极管D22的负极与电容C2的正极连接，红外线接收二极管D22的负极还通过电阻R2与5V电源连接。中继转发装置中的红外发射管Ⅱ由红外线发射二极管D31、红外线发射二极管D32和红外线发射二极管D33组成，功率电阻W2的输出端与红外线发射二极管D33的正极连接，红外线发射二极管D33的负极与红外线发射二极管D32的正极连接，红外线发射二极管D32的负极与红外线发射二极管D31的正极连接，红外线发射二极管D31的负极与三极管Q2的集电极连接。

中继转发装置直接是红外发射装置和红外接收装置的级联，为了尽可能减小供电系统的供电电流，减小功耗，同时，降低中继站复杂性，中继电路只采用一个5V供电，同时，为进一步降低系统功耗，在保证传递信号正常的情况下：A、增大中继转发装置功率负载的大小，进一步达到减小电流的目的。但功率电阻W2的大小依然控制在10-100欧之间，太大情况下此电路相当于断路了。B、改变中继转发装置共射级放大电路第一级开关管（图3中的三极管Q4）集电极电阻可调节系统功耗，电阻越大，功耗越低。

红外接收装置的电路如图4所示，红外接收装置包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、红外接收管Ⅱ、电容C4、三极管Q5、三极管Q6、可调电阻W2、可调电阻W3和单刀双掷开关。红外接收管Ⅱ的负极通过电阻R8与3.3V～5V电源连接，红外接收管Ⅱ的负极还与电容C4的正极连接，红外接收管Ⅱ的正极接地，电容C4的负极与三极管Q5的基极连接，电容C4的负极还通过电阻R9与3.3V～5V电源连接，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极与单刀双掷开关的主桩L连接，单刀双掷开关的一子桩L1与可调电阻W2的一端连接，可调电阻W2的另一端通过电阻R10与3.3V～5V电源连接，单刀双掷开关的另一子桩L2与可调电阻W3的一端连接，可调电阻W3的另一端通过电阻R11与3.3V～5V电源连接，三极管Q5的集电极还通过电阻R12与三极管Q6的基极连接，三极管Q6的集电极通过电阻R13与3.3V～5V电源连接，三极管Q5的发射极接地，最终信号从三极管Q6的集电极输出。

本实施例中，红外接收装置中的红外接收管Ⅱ由红外线接收二极管D41和红外线接收二极管D42组成，红外线接收二极管D41的负极与电容C4的正极连接，红外线接收二极管D41的负极还通过电阻R8与3.3V～5V电源连接，红外线接收二极管D41的正极与红外线接收二极管D42的负极连接，红外线接收二极管D42的正极接地。

红外接收装置采用的基本原理是共射级放大电路原理，电路具有相当高的??值，为150-300之间，具体根据管子型号而定。放大管子采用开关管（即三极管Q5），精度更高，系统功耗更低。同时接收信号采用2个红外线接收二极管（D41和D42）串联，接收效果更好，传输距离更远，接收到的信号更强。

红外线接收二极管D41和D42接收到的信号通1uf的电容C4耦合到第一个三极管Q5的基极，同时加入1uf的电容C4也使电路有很好的抗干扰能力。直流稳压3.3V～5V电源通过电阻R11给三极管Q5的发射极提供正向偏压，并产生基极直流电流。同时为集电极提供反向偏压，使三极管Q5工作在放大状态。通过调节可调电阻W2，改变三极管Q6集电极输出电压，从而改变三极管Q5的基极偏置电压，使三极管Q5导通并处于放大状态，对信号进行二级放大。

整个电路采用3.3V或者5V供电（根据CPU的最高电压决定，输入到CPU的信号最大电压不能高于CPU的电压）。电路供电电压不易过高，传输距离远了，接收到的信号偏弱，开关管的H_fe（即共发射极低频小信号输出交流短路电流放大系数）不够，大电压工作无意义，并且大电压增加了系统功耗，还有可能损坏电路。

中继转发装置中的红外接收管Ⅰ接收红外发射装置中的红外发射管Ⅰ发射的信号，红外接收装置中的红外接收管Ⅱ接收中继转发装置中的红外发射管Ⅱ发射的信号。

采样频率与红外光通信协议：

1）：音频信号AD采样频率计算

1924年奈奎斯特（Nyquist）推导出在理想低通信道的最高码元传输速率的公式:

C = B * log2 N ( bps )

在进行信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时（fs.max>=2fmax），采样之后的信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。

理想低通信道的最高码元传输速率B=2W Baud （其中W是理想）理想信道的极限信息速率（信道容量），在本系统方案中，AD采样信号必须大于音频最大频率的两倍6.8KHz。

2）：通信协议的选定

为确保正确识别和接收音频信号和温度信号，可以采用同步传输协议进行信号的调频。

同步传输协议即发送和接收同步进行。音频采样频率为100KHz，STM32对采集到的音频信号进行高速A/D转换，根据一定的比例转化成中心频率为1MHz，偏移频率为20KHz的脉冲波经过红外发送装置发送出去；此时，红外接收端接收到脉冲信号，根据脉冲频率与实际信号的关系还原信号。

对于温度信号，可以将温度信号转化成数字信号加载在脉冲信号当中。采样频率为100KHz，载波频率中心频率为1MHz，偏移频率为20KHz。在红外光接收端，STM32F103ZE单片机捕获脉冲频率，通过DA输出还原音频信号。

同理，将脉冲信号解调后往液晶屏输出温度值。

系统软件设计：

发射机程序中共有两种模式：发送校准模式，音频传输模式；当模式切换按键按下时，进入校准模式，单片机输出1MHz的脉冲波，用于发射机与接收机之间的通讯校准；当切换模式按键未按下时，进入音频信号发送模式，单片机以100KHz频率采样，然后调制成中心频率为1MHz，偏移频率为20KHz的脉冲波。同时，定时20ms采集环境温度。使用同步传输协议对音频信号与温度信号进行调频调制，进而单片机输出脉冲波。注意为了降低系统的功耗，脉冲波的占空比为10%以下，发射装置程序流程图如图5所示。

接收机程序中，定时器定时200ms检测接收信号是否异常，异常信号包括：温度超出常温、载波频率波动较大等；当信号异常时，点亮LED灯报警；另外，在PWM捕获中断中，根据同步传输协议解析信号，同时DA还原音频信号以及显示环境温度。接收装置程序流程图如图6所示。

测试方案与测试结果：

1）测试环境与仪器

环境温度：29.55°

仪器：示波器；信号发生器；交流毫伏表；四位半数字万用表；温度计。

2）测试条件与内容

测试信号传输距离；测试中继5V单电源供电条件下的最小电流；测试对输入信号为300-3400hz的选频效果，波形有无失真；测试传输声音信号时有无失真；测试静噪效果；测试温度传输误差，数字信号与模拟信号同步传输。

）测试结果

3.1）传输距离测试

直传时，当发射端输入的信号为800Hz正弦单音信号时，超低功耗有效传输距离大于10米。不考虑功耗，整个系统最远距离传输可达30米。

10米时，把接收端输出信号有效值幅值放大到2V时，置发射端为0输入，测的接收端输出信号有效值幅值大小为20mV，静噪比为0.01，静噪效果良好。

中转之后，测得转发的距离同样可以达到10米。此时，静噪比为0.012。静噪效果同样良好。

静噪比为发送端无信号输入和有信号输入时，接收端输出电压大小之比。

3.2）对信号的选频效果测试

10米传输距离情况下，经测试，发送装置输入信号频率范围为300hz-3400hz时，接收装置输出信号无衰减，波形完美，通带内无起伏，上截至频率为3500hz，下截至频率为250hz，选频效果良好。用示波器观测波形，波形无明显失真。

3.3）温度传输测试

10米传输距离、加入中继站、加载800hz单音信号的条件下测试温度传输。家用温度计显示室温29.55度时，发射装置显示温度29.5度，发射装置采集温度正常。测试接收装置温度接收时，用手人为改变发射装置温度传感器采集到的温度，便于测试传输效果。

表2 温度传输数据

发射装置显示温度	25.1	27.5	28.0	29.1	29.3	29.5	29.8	29.4	31.2	32.5
											接收装置显示温度	25.2	27.5	28.5	29.7	29.1	29.5	29.5	29.3	31.1	32.8

实验结果表明，温度传输正常，最大误差不超过0.6度。同时，延时小于1S。实现了数字、模拟信号同时传输。

3.4）中继站电流

中继装置供电电压为5V，800hz单音信号，发射装置与中继装置距离为10米，中继装置与接收装置距离为10米的情况下测得中继电流为2mA，改800hz单音为音乐，其他不变，测得电流为2.2mA。中继功耗大概都为0.01W，实现了超低功耗的中继转发传输，达到了节能的目的。并且如果采用性能更佳的发送、接收红外管，电流可以进一步降低。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种低功耗红外光通信系统，其特征在于：包括红外发射装置、中继转发装置和红外接收装置；

所述红外发射装置包括功率电阻W1、电容、电阻R1、三极管Q1和红外发射管Ⅰ，所述功率电阻W1的输入端与12V电源连接，功率电阻W1的输出端与红外发射管Ⅰ的正极连接，所述电容的正极与12V电源连接，电容的负极接地，红外发射管Ⅰ的负极与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极与电阻R1的一端连接，信号从电阻R1的另一端输入；

所述红外接收装置包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、红外接收管Ⅱ、电容C4、三极管Q5、三极管Q6、可调电阻W2、可调电阻W3和单刀双掷开关；所述红外接收管Ⅱ的负极通过电阻R8与3.3V～5V电源连接，红外接收管Ⅱ的负极还与电容C4的正极连接，红外接收管Ⅱ的正极接地，电容C4的负极与三极管Q5的基极连接，电容C4的负极还通过电阻R9与3.3V～5V电源连接，所述三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极与单刀双掷开关的主桩L连接，所述单刀双掷开关的一子桩L1与可调电阻W2的一端连接，可调电阻W2的另一端通过电阻R10与3.3V～5V电源连接，所述单刀双掷开关的另一子桩L2与可调电阻W3的一端连接，可调电阻W3的另一端通过电阻R11与3.3V～5V电源连接，所述三极管Q5的集电极还通过电阻R12与三极管Q6的基极连接，所述三极管Q6的集电极通过电阻R13与3.3V～5V电源连接，所述三极管Q5的发射极接地，最终信号从三极管Q6的集电极输出；

2.根据权利要求1所述的一种低功耗红外光通信系统，其特征在于：所述红外发射装置中的电容由电容C11、电容C12和电容C13组成，所述电容C11、电容C12和电容C13的正极与12V电源连接，所述电容C11、电容C12和电容C13的负极接地。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗红外光通信系统，其特征在于：所述红外发射装置中的红外发射管Ⅰ由红外线发射二极管D11、红外线发射二极管D12和红外线发射二极管D13组成；所述红外线发射二极管D13的正极与功率电阻W1的输出端连接，所述红外线发射二极管D13的负极与红外线发射二极管D12的正极连接，所述红外线发射二极管D12的负极与红外线发射二极管D11的正极连接，所述红外线发射二极管D11的负极与三极管Q1的集电极连接。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗红外光通信系统，其特征在于：所述中继转发装置中的红外接收管Ⅰ由红外线接收二极管D21和红外线接收二极管D22组成，所述红外线接收二极管D21的正极接地，所述红外线接收二极管D21的负极与红外线接收二极管D22的正极连接，所述红外线接收二极管D22的负极与电容C2的正极连接，红外线接收二极管D22的负极还通过电阻R2与5V电源连接。

5.根据权利要求1所述的一种低功耗红外光通信系统，其特征在于：所述中继转发装置中的红外发射管Ⅱ由红外线发射二极管D31、红外线发射二极管D32和红外线发射二极管D33组成，所述功率电阻W2的输出端与红外线发射二极管D33的正极连接，所述红外线发射二极管D33的负极与红外线发射二极管D32的正极连接，所述红外线发射二极管D32的负极与红外线发射二极管D31的正极连接，所述红外线发射二极管D31的负极与三极管Q2的集电极连接。

6.根据权利要求1所述的一种低功耗红外光通信系统，其特征在于：所述红外接收装置中的红外接收管Ⅱ由红外线接收二极管D41和红外线接收二极管D42组成，所述红外线接收二极管D41的负极与电容C4的正极连接，所述红外线接收二极管D41的负极还通过电阻R8与3.3V～5V电源连接，所述红外线接收二极管D41的正极与红外线接收二极管D42的负极连接，所述红外线接收二极管D42的正极接地。