基于红外的数据通信模块的设计与实现

一 连 串 的 全 “１”组 成 。红 外 通 信 中 ，由 于 红 外 传 输 的 特 殊 性 ，突 发 错误 往 往是 由 于 强光 干 扰 或空 气 中 尘埃 、烟 雾 对红 外 线 的 散 射 与吸收所引起的连续多位错误。在误码区间内，码 元 变为 全 “０” 或 全“１”，数 据 位 Ｄ３～Ｄ７ 被 干 扰 。 对 于 此 类 错 误，简 单 的 奇 偶 校 验 无 能 为 力 ，而 采 用 数 据 取 反 重 发 方 式 就 能 检 测 出 这 类 错 误 。单 片机发送和接收流程如图 ４ 所示，接收方在收到信号后，利用两 次数据来判断正误，在有外部干扰时，在正常数据信号和其反码 信号相对应的位置上受到相反干扰的几率是极小的，因此，接收 方能利用此方式检测出信号误码。
２ 红外通信原理及标准
红 外 通 信 是 利 用 ９５０ｎｍ 近 红 外 波 段 的 红 外 线 为 传 递 信 息 的 载 体 ，即 通 信 信 道 。发 送 端 用 脉 时 调 制 （ＰＰＭ）方 式 ，将 二 进 制 数 字信号调制成某一频率的脉冲序列， 并利用该脉冲序列驱动红 外线发射管以光脉冲的形式向外发射红外光， 而接收端将接收 到 的 光 脉 冲 信 号 转 换 成 电 信 号 ，在 经 过 放 大 、滤 波 等 处 理 后 送 给 解调电路进行解调， 还原成二进制数字电信号后输出。简而言 之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以 便利用红外信道进行传输， 而红外通信接口就是针对红外信道 的调制解调器。
ＩＲＤＡ 标 准 包 括 三 个 基 本 规 范 和 协 议：物 理 层 规 范（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｌｉｎｋ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ），连 接 建 立 协 议 （Ｌｉｎｋ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：Ｉｒ－ ＬＡＰ） 和连接管理协议（Ｌｉｎｋ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ＩｒＬＭＰ）。物理层 规范制定了红外通讯 硬 件 设计 上 的 目标 和 要 求，ＩｒＬＡＰ 和 ＩｒＬＭＰ 为 两 个 软 件 层 ，负 责 对 连 接 进 行 设 置 、管 理 和 维 护 。
ＩｒＤＡ 标 准 的 规 范 和 协 议 ，完 成 了 红 外 收 发 器 具 体 的 硬 件 电 路 设 计 ， 并 且 详 细 说 明 了 发 射 和 接 收 的 工 作 原 理 ， 最 后 给 出 了 红 外
通信的程序流程图，并指出在设计过程中应该注意的一些问题。
关键词： 红外通信；单片机；Ｉｒ ＤＡ；无线通讯；调制解调
新 采用的无线传输技术。它采用红外波段内的近红外线， 波长在
０．７５ｕｍ 至 ２５ｕｍ 之 间，通 讯 距 离 一 般 在 ０ 到 １ 米 之 间，它 的 频 率 高于 微 波 而低 于 可 见光 。由 于 这种 通 信 方式 具 有 可靠 性 高 、保 密 性 好 、设计 成 本 低 、连 接 方 便 、简 单 易 用 、结 构 紧 凑 等 特 点，在 电 子 产 品 中 具 有 广 阔 的 发 展 潜 力 。目 前 ，已 被 广 泛 应 用 于 遥 控 遥 测 、智 能 仪 表 、计 算 机 终 端 、电 话 机 、移 动 电 话 、寻 呼 机 、电 子 商 务 、数 字 照 相 机 、工 业 设 备 和 医 疗 设 备 等 领 域 。
电子设计 文章编号：１００８－ ０５７０（２００８）０６－ ２－ ０２８８－ ０２
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（ 嵌 入 式 与 Ｓ ＯＣ ）２００８ 年 第 ２４ 卷 第 ６－２ 期
基于红外的数据通信模块的设计与实现
Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ａ ｌｉｚａ ｔｉｏ ｎ ｏ ｆ Ｄａ ｔａ Ｃｏ ｍ ｍ ｕ ｎ ｉｃａ ｔｉｏ ｎ Ｍｏ ｄ ｕ ｌｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｒｎ ｆｒａ ｒｅ ｄ
（军械工程学院） 陈 海 胡 建 旺 祝 爱 民
ＣＨＥＮ Ｈａｉ ＨＵ Ｊ ｉａｎ－ｗａｎｇ ＺＨＵ Ａｉ－ｍｉｎ
摘要： 红外 通 讯 采 用 点 对 点 的 数 据 传 输 协 议， 是 目 前 国 际 上 普 遍 采 用 的 无 线 传 输 技 术 。文 章 概 述 了 红 外 通 信 的 基 本 原 理 和
图 ３ 红外收发器连接框图
５ 结语
图 ２ 遥控码的“０”和“１” 当 遥 控 器 上 任 意 一 个 按 键 按 下 超 过 ３６ｍｓ 时，ＬＣ７４６１ 芯 片 的振荡器使芯片激活，将发射一个特定的同步码头，对于接收端 而 言 就 是一 个 ９ｍｓ 的 低电 平，和 一个 ４．５ｍｓ 的 高 电 平，这 个 同 步 码头可以使程序知道从这个同步码头以后可以开始接收数据。 解 码 的 关 键 是 如 何 识 别 “０”和 “１”，从 位 的 定 义 我 们 可 以 发 现 “０”、“１”均 以 ０．５６ｍｓ 的 高 电 平 开 始，不 同 的 是 低 电 平 的 宽 度 不 同，“０”为 ０．５６ｍｓ，“１”为 １．６８５ｍｓ，所 以 必 须 根 据 高 电 平 的 宽 度 区 别 “０”和 “１”。 如 果 从 ０．５６ｍｓ 低 电 平 过 后 ，开 始 延 时 ，０．５６ｍｓ 以 后，若 读 到 的 电 平 为 低，说 明 该 位 为 “０”，反 之 则 为 “１”，为 了 可 靠 起 见，延 时 必 须 比 ０．５６ｍｓ 长 些，但 又 不 能 超 过 １．１２ｍｓ，否 则 如 果 该 位 为 “０”， 读 到 的 已 是 下 一 位 的 高 电 平 ， 因 此 取 （１．１２ｍｓ＋ ０．５６ｍｓ）／２＝０．８４ｍｓ 最 为 可 靠，一 般 取 ０．８４ｍｓ 左 右 即 可 。 根 据 红 外 编 码 的 格 式，程 序 应 该 等 待 ９ｍｓ 的 起 始 码 和 ４．５ｍｓ 的 结 果 码 完成后才能读码。 ３．４ 接收器及其解码 ＬＴ００３８ 是塑 封 一体 化 红 外线 接 收 器，它 是 一 种集 红 外 线接 收、放 大、整 形 于 一体 的 集 成电 路，不 需要 任 何 外接 元 件，就能 完 成 从红 外 线 接收 到 输 出与 ＴＴＬ 电 平 信 号 兼 容 的 所 有 工 作，没 有 红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，而体积和 普通的塑封三极管大小一样， 它适合于各种红外线遥控和红外 线数据传输。 ３．５ 接口部分 实 际 系 统 中，单 片 机 本 身 并 不 具 备 红 外 通 信 接 口，但 可 以 利 用单片机的串行接口与片外的红外发射和接收电路组成一个 应 用与 单 片 机系 统 的 红外 串 行 通信 接 口，如图 ３ 所 示 。 与 ８０５１ 的接口部分，由 Ｐ１．０ 控制其发送。
技 ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｉｓ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｓｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｃｉｖｉｎｇ ｉｓ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｉｎ ｄｅ－ ｔａｉｌ， ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎｔｒｏｕｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｓｏｍｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ．
３ 硬件设计
红外收发器由发射和接收两部分组成，如图 １ 所示 陈 海： 硕士 基金资助：总装科研项目（编号不公开）
图 １ 红外收发电路原理图 ３．１ 发射部分 ４８０ｋＨＺ 陶瓷振子与 ７４ＬＳ０４ 组成的振荡 器， 经 ７４ＬＳ２９０ 十 二分频后形成 ４０ｋＨＺ 载波 （占 空 比约 １／３）。ＳＴＢ 为 发 送选 通 端 （低 电 平 有 效）用 于 控 制 收 发 器 状 态 。 当 该 信 号 为 高 电 平 时 ，禁 止 发送红外信号；若 ＳＴＢ 为低 电 平 时，反 向 后 的异 步 串 行数 据 调 制 ４０ｋＨＺ 载 波，然 后推 动 达 林顿 管，使 红外 二 极 管发 送 信 号 。 异 步 通 信时，由 于 数据 发 送 端（ＴＸＤ）在 信 号 状 态 时 为 “１”，所 以 也 可 将 ＳＴＢ 端 直 接 接地，仅 由 ＴＸＤ 来控 制 信 号发 送 。红 外 发 射 二 极 管 采 用 ＨＧ５０５ 中 功 率 发 射 管 ，峰 值 发 射 波 长 为 ９３０ｎｍ，辐 射 功 率 为 ５１ｍＶ。 ３．２ 接收部分 采用专用线 性 放 大集 成 电 路 ＣＸＡ２０１０６。它 采 用 ８ 脚单 列 直 插式 塑 料 封 装，内 部 包 括 自 动 偏 置 控 制 电 路 、前 置 放 大 、限 幅 放 大 、带 通 滤 波 、峰 值 检 波 、积 分 比 较 和 施 密 特 整 形 输 出 电 路 等 。它 具 有 自 动 偏 压 控 制 电 路 （ＡＢＬＣ），以 均 衡 放 大 强 弱 不 同 的 信 号，再 配 合 少 量 外 接 元 件，能 完 成 对 红 外 信 号 遥 控 接 收 与 处 理 的 全部功能。红外信号经光敏二极管进 行 光 电转 换 后，在 ＩＣ 内 部 经 过两 级 放 大 、带 通 滤 波 、峰 值 检 波 和 积 分 整 形 后，由 第 六 脚 输 出串行数据信号。红外接收二极管家电采用 ＰＨ３０２，其光敏范围 ７５０～１０００ｎｍ，受 光 面 积 ９ｍｍ２，实 际 应 用 中 采 用 ４ 片 并 联 方 式 增 大 接 收 面 积 。接 收 部 分 由 于 放 大 倍 数 高 ，必 须 全 金 属 屏 蔽 以 免 拾
采 用 脉 宽 调 制 的 串 行 码 ，以 脉 宽 为 ０．５６５ｍｓ、间 隔 ０．５６ｍｓ、 周期为 １．１２５ｍｓ 的组 合 表 示二 进 制 的“０”；以 脉 宽 为 ０．５６５ｍｓ、间 隔 １．６８５ｍｓ、周 期 为 ２．２５ｍｓ 的 组 合 表 示 二 进 制 的 “１”如 图 ２ 所 示，上述“０”和 “１”组 成 的 ４２ 位 二 进 制码 经 ３８ｋｈｚ 的 载频 进 行 二 次 调 制 以 提 高 发 射 效 率 ，达 到 降 低 电 源 功 耗 的 目 的 。然 后 再 通 过 红外 发 射二 极 管 产生 红 外 线 向 空 间 发 射 。ＬＣ７４６１ 产 生 的 遥 控 编 码是 连 续 的 ４２ 位 二 进 制码 组，其 中前 ２６ 位 为 用户 识 别 码，能 区别不同的红外遥控设备， 防止不同机种遥控码互相干扰。后 １６ 位 为 ８ 位 的 操 作 码 和 ８ 位 的 操 作 反 码 用 于 核 对 数 据 是 否 接 收准确。