道uART，4通道DMA，系统管理器(片选逻辑，FP／EDO／SDRAM控制器)， 代用PWM功能的5通道定制器，I／O端口，RTC，8通道10位ADC，11C．BUS
第二章红外激光通信系统技术研究与分析
接口，IIs．BUS接口，同步SIO接口和PLL倍频器，71个通用I／O口／8通道外 部中断源。S3C4480X采用了ARM7TDMI内核，0．25pm工艺的CMOS标准
宏单元和存储编译器。它的低功耗精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和 功耗敏感的应用【291。
在红外激光无线通信系统中，MCU需要实现两部分功能：
l、外部按键中断，在按键按下时将数据发送到红外调制模块。数据接收中断， 在数据到达时自动转到中断服务程序。
2、提供串口读写服务，红外模块，蓝牙模块通过串口与ARM系统实现数据通 信，因此MCU应至少具备两个串口供交互。
通过比照S3C44BOx的片上资源，对于本系统而言，S3C44BOX的两组uART 和8通道中断源完全可以满足本系统工作的需要。 2．5蓝牙，W i f i通信技术
为了实现全无线通信的设计要求，在本系统中整合Bluetooth和wifi通讯技 术，这两项技术可以说在当今社会早已普及，其原理性的知识在本文中不在赘述。 针对ARM主板上的蓝牙通信，本文主要采用模拟UART技术，通过读写UART实 现与蓝牙模块的通信，选用重庆金瓯公司的Jinou3264蓝牙模块提供蓝牙传输服 务。对于w讯无线通信，系统选择HP Rx2400型PDA作为ARM终端和服务器之间 的桥梁，提供wifi和蓝牙传输服务。
Jinou3264蓝牙内嵌模块可以应用于各种家电、仪器(如医疗设备)等电子
信息产品。作为一种线缆取代方案，它实现了蓝牙串行协议(Bluetooth Serial Port Pr061e1，采用即插即用的方式透明的实现设备间的无线数据传输。Jinou 3264蓝 牙模块有主从之分，一个主设备与一个从设备配套使用。当硬件电路连接正确， 并且加电启动之后，主从设备会自动建立连接，并且识别与记忆对方设备。除了 一对配套使用之外，Jinou 3264也可以独立使用。如用户的设备连接一个从设备 的蓝牙内嵌模块，这样，其它的Bluetooth设备可以搜索到此内嵌模块，并且发 现其提供的串口读写服务，通过此服务可以与其建立连接并进行通讯。所以，由 于基于S3C44BOX的ARM系统可以与该模块通过串口进行通信，符合设计方 案的要求。
．个人终端选用HP I抛400型PDA，该机型同时支持Bluetooth协议和 802．11B／G，内部使用W附CE操作系统，可以方便的将通过EVC开发的应用程 序同步到PDA应用层运行，经过测试，Rx3400和Jinou3264可以协同工作并且 与Wi：fi通信互不干扰。
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第三章红外激光通信系统总体设计方案及可行性理论分析
第三章红外激光通信系统总体设计方案及可行性理论分析
3．1红外激光通信系统总体设计方案
红外激光通信系统设计的主要目的是为了实现基于红外激光半导体的远距 离通信，目标通信距离在100m以上。同时，为了满足嵌入式的需要，需要达到 以下几点设计要求：
1、设计电路要尽量减少冗余，缩小线路板的面积。
2、系统的功耗要控制在一定范围之内以求尽可能的延长系统的工作时间。 3、实现高效的软件设计，提高系统的响应时间。
4、实现全无线模式的红外激光通信，即通信模块之间，通信模块与主机之 间以无线方式连接。
基于以上设计要求，本文提出了基于红外半导体激光器的无线通信系统的总 体设计方案：
1、采用西安赛朴林公司的980nm的红外半导体激光发生器作为光源，980nm 的红外激光作为通信介质。
2、采用一体化的红外接收模块TSOPl738，减少设计冗余，提高电路的稳 定性。
3、设计基于S3C44BOX的ARM主板，为ARM系统提供供电和各种外围 接口电路，接口电路的设计同时考虑设计尺寸和可扩充性，便于嵌入各 种设备使用。
4、利用2通道ARM内部中断完成整个数据的传输过程，减少系统负载。 5、系统中整合Bluetooth技术，wifi技术实现全无线的红外通信模式。红外 模块，蓝牙模块通过UART读写服务与ARM系统交互数据信息。
6、应用层的通信程序考虑到无线干扰，在uDP协议的基础上实现自定义通 信协议。
系统总体设计方案为下一步的具体设计指明了方向，但本方案是否可以从理 论上达到100m的传输距离，还需要进行详细的可行性分析，本章通过理论分析 详细论述了系统方案可行性。
第三章红外激光通信系统总体设计方案及可行性理论分析
3．2红外激光通信系统通信距离可行性分析
为了从理论上论证本系统可以达到100m以上的传输距离，本文结合舰载红 外警戒系统的距离估计理论，利用激光传输模型对本系统的传输距离进行了理论 计算。
3．2．1舰载红外警戒系统的距离估计方程
舰用红外警戒系统的主要使命是对来袭掠海反舰导弹的探测警戒。在系统设 计时，作用距离的保证是重点考虑的问题。因为作用距离越远，对系统的警戒时 间充裕度越大，反之，如果作用距离小到不足以使武器系统作出有效反应，则这 个系统就可能是无用的。对作用距离的考核，是使用方最为关注的【30】。红外警 戒系统的作用距离方程为：
R = 一‘n姒
公式(3—1)
式中：I九一目标光谱辐射强度；h一传输介质的光谱透过率；Ikax一最 大作用距离。
对于一个已知的系统而言，其信噪比S／N和等效噪声通量密度NEFD是确定 的。影响作用距离的因素主要来自两个方面：一是目标的光谱辐射强度I九；二是 传输介质的光谱透过率n。目标光谱辐射强度Ik是波长的函数，主要取决于目标 的辐射特性，包括辐射功率、运动速度、空间位置等等。目标在某一谱段的红外 辐射从质上决定了红外系统能否探测或探测多远。极端的情况，如果目标在某一 谱区红外辐射为零，则不论多近，系统都无法探测。辐射强度的高低将成为影响 作用距离的主要因素。
传输介质的光谱透过率Tx，对作用距离的影响也很大。当极端的情况下， 设备与目标之间如果插入一块隔绝红外线的介质，则不论目标多近、辐射多强， 系统将探测不到目标。从上文论证可知，大气在红外波段存在大气红外窗口。但 是，由于受到时间、气候、地理、高度等多因素的复杂影响，不可能找到完全一 样的介质，因此，其光谱透过率也是一个变数。但是在某一时刻，红外光谱辐射 透过率是确定的。为了得到最大理论传输距离，本文按照系统工作在晴天的状态 下进行计算。根据上节的表2—1，大气衰减系数取室外测试时980姗红外激光衰
减系数估计值o．47，则根据公式2—1，透过率R=eV，取R=o．1，Y户o．47得
到晴天情况下在100m处980nm激光器的透过率T980=0．954。
第三章红外激光通信系统总体设计方案及可行性理论分析
3．2．2红外激光通信系统传输距离理论计算
以舰载红外测距原理为理论依据，本节主要对红外激光通信系统是否能够达 到100m以上的通信距离作出理论上的论证。
根据上节公式3—1，激光器的传输距离主要由发射器的光谱辐射强度I九，光 谱透过率n，接收器噪声敏感度决定。在本文论证中引入了计算激光辐射常用 的三角形计算模型如图3—1所示：
激光发射 IR接收器
图3．1激光辐射计算模型 一、激光发射器辐强度Ix计算
根据图3—1模型，激光器光谱辐射强度Ix有以下计算公式【31】：
，
d①
』，=——
^
dQ 公式(3—2)
式中：d西一目标的单位辐通量，dQ一指向IR接收器的立体角。
在本系统方案中，选用的激光器为西安赛朴林公司的SD980．200G3型激光 器，该激光器为点状激光器，波长入=980nm，出瞳功率Pw=100mw，发散角0 =lmard，由于激光光源为点状且具有恒定辐射强度，所以公式3—2有如下变形 形式：
P
，．=二旦
^
dQ
公式(3—3)
由图3．1传输模型所示，立体角dQ可以近似的由平面发散角替代计算，导 出过程如下：
第三章红外激光通信系统总体设计方案及可行性理论分析
根据照度平方反比定律【311，立体角可由如下公式计算：
抛=鲁公式(3_4)
尺z
“一?7
式中： SQ一立体角dQ对应的透射区域面积，R一发射器到接收器的直线距离 根据激光散射特性，激光在接收器上光斑呈弧形，因此SQ面积可由球冠公 式计算得出
＆=2积办=2积(尺一R×cos(秒))=2积2(1一cos(乡)) 公式(3—5)
根据半角公式，得
^5『Q=4积2 sin2(秒／2)
饱=鲁=
丝挚=4万sm2(靴)
代八豆1本角公式，得出半回友{敦角代瞀业谇角公瓦：
R2 尺2
、’将公式3—7代入辐强度公式3—3，得到辐强度与发散角关系公式
，，=昱= 冬dQ 4万siIl 2(乡／2)
以
当发散角很小e<_lmard时，sine≈e，则简化计算公式：
I。=告
南公式3—1．最大侍输距离Rmax可由下式计算：
尺=
‘‘maX
公式(3—6) 公式(3—7) 公式(3—8) 公式(3—9) ／157 公式(3．10)
其中出瞳功率Pw，发散角0，均为激光发射器SD980．200G3的标称值，噪声 通量密度NEFD由接收系统决定。因此，选择一款灵敏度高，抗干扰能力强的接 收器对于实现远距离通信同样具有很重要的作用。
第三章红外激光通信系统总体设计方案及可行性理论分析
二、TSOPl738噪声敏感度计算
考虑到开发时间和开发成本的需要，在进行市场调研的基础上，本系统采用
TSOPl
738作为接收模块。该模块使用单电源+5V电源，调制频率为38l此
其内部
框图如图3．2所示，主要包括AGC(自动增益控制)，BandPass(滤波)，Demodulator (解调)等环节，最终通过三极管放大，经out管脚输出经过解调后的二进制信 号。
图3．2 TSOPl738内部框图
。纷
GND
另外，TSOPl738具有很高的灵敏度，其光敏度与波长的关系曲线如图3．3 所示，对于950nm波段的红外光，TSOPl738的光敏度达到最高值，因此可以认 为，接收部分TSOPl738与激光发射器SD980．200G3可以达到几乎无损的波谱 匹配，其噪声通量密度NEFD下限NEFDmi。=0．5mw／m2【32】。
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图3．3 TSOPl738波长与光敏度曲线
通过上述分析，根据公式3．10，按Pw=100mw，e=1mard， NEFD=
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第三章红外激光通信系统总体设计方案及可行性理论分析
0．5mW／m2，Tx=0．954计算得，红外激光通信系统最大传输距离RmaX=7793m。 但本文中是利用平面发散角公式取代计算立方角的公式，因此距离上可能会有所 缩水。另外，上述计算是建立在晴朗天气情况下，加上激光器发射窗、接收器件 的接收窗的蒙尘，距离有可能会比理论值小，尽管如此，该方案可以实现最大理 论上8km的通信过程，考虑到这个距离远远大于设计目标所规定的100m传输距 离，因此本文经过分析认为本文中所设计的红外激光通信系统实现loom远距离