第二章,红外线通信协议概述

2 红外线通信协议概述
2.1红外线通信概念
红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。

它一般由红外发射和接收系统两部分组成。

发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。

特点:保密性强，息容量大，结构简单，既可以是室内使用，也可以在野外使用，由于它具有良好的方向性，适用于国防边界哨所与哨所在之间的保密通信，但在野外使用时易受气候的影响。

红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种。

红外通讯技术不需要实体连线，简单易用且实现成本较低，因而广泛应用于小型移动设备互换数据和电器设备的控制中，例如笔记本电脑、PDA、移动电话之间或与电脑之间进行数据交换，电视机、空调器的遥控等。

由于红外线的直射特性，红外通讯技术不适合传输障碍较多的地方，这种场合下一般选用RF无线通讯技术或蓝牙技术。

红外通讯技术多数情况下传输距离短、传输速率不高。

为解决多种设备之间的互连互通问题，1993年成立了红外数据协会（IrDA, Infared Data Association）以建立统一的红外数据通讯标准。

1994年发表了IrDA 1.0规范。

红外线通信是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案，主要应用于近距离的无线数据传输，也有用于近距离无线网络接入。

从早期的IRDA 规范（115200bps）到ASKIR（1.152Mbps)，再到最新的FASTIR（4Mbps），红外线接口的速度不断提高，使用红外线接口和电脑通信的信息设备也越来越多。

红外线接口是使用有方向性的红外线进行通讯，由于它的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以只适合于短距离无线通讯的场合，进行“点对点”的直线数据传输，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。

红外线通讯发展早期存在着规范不统一的问题，许多公司都开发出自己的一套红外通讯标准，但不能与其它公司有红外功能的设备进行红外通讯，因此缺乏兼容性。

自1993年起，由HP、COMPAQ、INTEL等多家公司发起成立了红外数据协会(Infrared Data Association,简称IRDA)，建立了统一的红外数据通信标准。

一年以后，第一个IRDA的红外数据通讯标准——IrDA1.0发布，又称为SIR(Serial InfraRed)，它是基于HP开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式。

通过对串行数据脉冲和光信号脉冲编解码实现红外数据传输。

IrDA1.0的最高通讯速率只有115.2Kbps，适应于串行端口的速率。

1996年，该协会发布了IrDA1.1标准，即Fast InfraRed，简称为FIR。

FIR采用了全新的4PPM调制解调技术，其最高通讯速率达到4Mbps，这个标准是目前运用得最普遍的标准，我们在采购红外产品时也应注意这标准的产品。

继IRDA1.1之后，IRDA又发布了通讯速率高达16Mbps的VFIR技术(Very Fast InfraRed)。

不断提高的速率使红外线使它在短距无线通信领域占有一席之地，而不仅是数据线缆的替代。

红外线的传输距离为1~100CM，传输方向的定向角30度，点对点直线数据传输。

基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。

目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用的红外线传输技术。

作为无线局域网的传输方式，红外线方式的最大优点是不受无线电干扰，且它的使用不受国家无线管理委员会的限制。

但是，红外线对非透明物体的透过性较差，导致传输距离受限制。

红外线是波长在750nm 至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。

红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。

红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。

IRDA标准包括三个基本的规范和协议：物理层规范(Physical Layer Link Specification)、链接建立协议(Link Access Protocol:IrLAP)和链接管理协议（Link Management Protocol:IrLMP)。

物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对链接进行设置、管理和维护。

在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IRDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P 和IrBus等等
2.2近红外，中红外与远红外
根据使用者的要求不同，红外线划分范围很不相同。

通过大气的波段划分
近红外波段 1～3微米，中红外波段 3～5微米，远红外波段 8～14微米。

根据红外光谱划
近红外波段 1～3微米，中红外波段 3～40微米，远红外波段 40～1000微米
医学领域划分
近红外区 0.76～3微米
近红外线或称短波红外线，波长0.76～1.5微米，穿入人体组织较深,约5～10毫米；
远红外线或称长波红外线，波长4～400微米，穿透组织深度3-5毫米。

近红外（near infrared ），波长在780～3000nm范围的电磁波。

对植物十分敏感。

现代近红外光谱（NIR）分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。

近红外光谱（NIR）分析技术是分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。

近红外区域是人们最早发现的非可见光区域。

但由于物质在该谱区的倍频和合频吸收信号弱，谱带重叠，解析复杂，受当时的技术水平限制，近红外光谱“沉睡”了近一个半世纪。

直到20世纪60年代，随着商品化仪器的出现及Norris等人所做的大量工作，提出物质的含量与近红外区内多个不同的波长点吸收峰呈线性关系的理论，并利用NIR漫反射技术测定了农产品中的水分、蛋白、脂肪等成分，才使得近红外光谱技术曾经在农副产品分析中得到广泛应用。

到60年代中后期，随着各种新的分析技术的出现，加之经典近红外光谱分析技术暴露出的灵敏度低、抗干扰性差的弱点，使人们淡漠了该技术在分析测试中的应用，此后，近红外光谱进入了一个沉默的时期。

70年代产生的化学计量学（Chemometrics）学科的重要组成部分——多元校正技术在光谱分析中的成功应用，促进了近红外光谱技术的推广。

到80年代后期，随着计算机技术的迅速发展，带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和背景干扰方面取得的良好效果，加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点，使人们重
新认识了近红外光谱的价值，近红外光谱在各领域中的应用研究陆续展开。

进入90年代，近红外光谱在工业领域中的应用全面展开，有关近红外光谱的研究及应用文献几乎呈指数增长，成为发展最快、最引人注目的一门独立的分析技术。

由于近红外光在常规光纤中具有良好的传输特性，使近红外光谱在在线分析领域也得到了很好的应用，并取得良好的社会效益和经济效益，从此近红外光谱技术进入一个快速发展的新时期。

中红外，是波长在3.4～4.9μm之间的大气窗口。

位于中红外波段的中段。

通过此窗口的电磁波信息可以是地面目标的反射光谱,也可以是地面目标的发射光谱,这些信息只能用扫描和光谱仪探测和记录。

该窗口的两端同样也主要受水汽和CO2的吸收带所控制,而且由于CO2在4.3μm处有一个强吸收带,又使此窗口分为二个小窗口:3.4～4.2μm和4.6～4.9μm。

前一个小窗口有较高的透射率,约为90%;后一个小窗口的透射率较低,约为50～60%。

中红外窗口目前很少应用远红外是远程红外线的简称。

太阳光线大致可分为可见光及不可见光。

可见光经三棱镜后会折射出紫、蓝、青、绿、黄、橙、红颜色的光线（光谱）。

红光外侧的光线，在光谱中波长自0.76至400微米的一段被称为红外光，又称红外线。

红外线属于电磁波的范畴，是一种具有强热作用的放射线。

红外线的波长范围很宽，人们将不同波长范围的红外线分为近红外、中红外和远红外区域，相对应波长的电磁波称为近红外线、中红外线及远红外线。

红外线是一种光波，它的波长比无线电波短，比可见光长。

肉眼看不到红外线，任何物体都发射着红外线。

热物体的红外线辐射比冷物体强。

另外，远红外和蓝牙都是文件传输方式的一种，只不过不需要通过其它介质(如：数据线，读卡器·.....)在两种都装有红外系统的装置中互相传播文件·手机红外需要两个红外口对准才行·远红外不需要对准，只要开启在同一波段就可以了。

2.3几种红外线协议
常用的红外线信号传输协议有ITT协议、NEC协议、Nokia NRC协议、Sharp协议、Philips RC-5协议、Philips RC-6协议、Sony SIRC协议以及Philips RECS-80协议，要将红外线传输协议用于可见光通信协议，必须全面了解相关的协议，下面分别进行介绍：
2.3.1 ITT协议
ITT是最早的一种红外线传输协议。

该协议不像其他红外线信号传输协议那样用载波频率来传输红外线信号，而是用宽度为10us的14个脉冲来传送遥控命令，通过改变脉冲I间距来对命令编码。

用ITT协议传输数据非常可靠，而且功耗极低。

在欧洲，包括ITT（国际电话电报公司）、Greatz、Schaub-Lorenz、Finlux、Nokia 等在内的很多公司均采用此协议来做用户电子标签。

（1）主要特性
1）每条信息只有14 个非常窄的脉冲(脉宽10us, 不对信号进行调制）；
2）采用脉冲距离编码；
3)电池寿命极长；
4)4位地址码、6 位命令码；
5)带时间自校准,发送器中可使用RC振荡器；
6) 通信速度快, 发送一条信息只需1.7ms-2.7ms；
（2）协议
14个脉冲传送1条红外信息, 每个脉冲宽10us,用三种不同的脉冲周期来区别每位所表达的内容: 10us表示二进制的“0”,200us表示“1”，300us表示预备脉冲或结束脉冲。

图2-1是ITT的“0”和“1”的表示方法示意, 图10b 是用ITT 传送的命令的格式。

图2-1 ITT协议逻辑“0”和“1”的表示方法
图2-2 ITT协议完整帧格式
预备脉冲的作用是让接收器设置放大器的增益, 其后是30us的引入延时。

然后是起始脉冲, 起始脉冲的周期为100us,即逻辑“0”,起始脉冲可以用于接收器
的时间校准。

起始脉冲的后面是4 位地址码(高位在前),接着是6位命令码(高位在前),命令码后面紧跟着一个尾脉冲。

最后是300us的引出延时及结束脉冲。

接收软件从两方面来验证接收信息的有效性: 一是引出延时必须是起始脉冲的周期的3倍,而起始脉冲的周期为10us；二是逻辑0的空号时间误差不得超过起始脉冲的周期的+20%,逻辑1的空号时间是起始脉冲的周期的2倍。

另外,接收尾脉冲到收到结束脉冲的等待时间不超过360us, 超过360us, 则可能是信号传送中断或没传送。

预备脉冲仅作自动增益调整用, 接收软件可以对其不予理会。

信息的解码从起始脉冲开始。

控制信息分成4位地址和6位命令两部分, 地址范围从0~15, 命令范围从
0~63。

地址成对使用,一组地址从0~7,一组是其反码1 5~8。

按键时第一次发出的信息中的地址是低地址,而后续发送的信息中的地址则是第一次所发地址的反码, 直到该按键被释放, 这就允许接收器中止对重复码的接收。

在按键没有释放之前, 每130ms将重复发送一次控制信息。

2.3.2 NEC协议
NEC协议是众多红外遥控协议中的一种，应用比较广泛，市场上买到的非学习型万能电视遥控器大多集成一种或多种编码是NEC型的。

（1）主要特征
八位地址码和八位数据码；载波频率为38kHz；脉冲宽度调制；地址码和数据码发两次，以增加可靠性。

（2）协议
NEC编码的一帧由引导码、地址码及数据码组成，把地址码及数据码取反的作用是加强数据的正确性。

逻辑位的表示方法如图所示，逻辑“1”由560us的高电平和2.25ms的低电平组成，逻辑“0”由560us的高电平和560us的低电平组成，且高电平用38kHz脉冲载波进行调制。

9ms的传号和4.5ms的空号为引导码，8bit 的地址码和8bit地址反码，8bit的数据码和数据反码，先发最低有效位，再发最高有效位。

图2-3 NEC协议逻辑“0”和“1”的表示方法
图2-4 NEC协议完整帧格式
2.3.3 Nokia NRC17 Protocol
Nokia NRC17协议用17位信号传送红外线遥控命令,这也是其被称为NRC17的原因。

此协议是Nokia为消费类电子所设计的,最初用于Nokia的电视机和VCR，Finlux和Salora使用该协议,Nokia卫星接收机用的也是该协议。

（1）主要特性
8位命令、4位地址和4位子码；PPM 脉冲位置编码方式；载波频率38kHz；每一位用时lms；带电池容量下降提示；生产厂家Nokia CE。

（2）协议
协议采用PPM脉冲位置编码方式，载波频率38kHz，载波占空比为1/4。

每位二进制数用时1ms，如图12所示，传号和空号各占500s。

图是其传送命令的格式示意图。

500us500us500us
500us
逻辑“1”逻辑“0”
图2-5 Nokia NRC17协议逻辑“0”和“1”的表示方法从图中可以看出，每一条信息均以一个起自动增益调整作用的预备脉冲开始（0.5ms的传号加2.5ms的空号），后面是8位命令码（低位在前）和4位地址码（低位在前），最后是4位子码。

图中的命令码是5CH，地址码是6H，子码是1H。

由于
是脉冲位置编码方式，所以总的传输时间是恒定的，即20ms。

图2-6 Nokia NRC17协议完整帧格式
协议规定，当某键按下时，先发送起始信息，起始信息的命令码为FEH，地址/子码为FFH，用时40ms，然后重复发送键命令、地址和子码，每次用时100ms，至按键释放时，发送命令码为FEH，地址/子码为FFH的停止信息，用时20ms。

图是持续按键期间信息发送的情况。

接收器可以根据重复信息是否完全相同来判定接收数据是否有效。

40ms
100ms100ms100ms
//
起始信息
图2-6 Nokia NRC17协议重复发送键指令示意图
2.3.4 Sharp协议
Sharp协议用于Sharp的VCR中。

（1）主要特性
8位命令、5位地址；PWM脉冲宽度编码方式；载波频率38kHz；一位用时1ms 或2ms。

（2）协议
协议采用PWM脉冲宽度编码方式，传号时间320us，载波频率38kHz（约12个周期），推荐的载波占空比为1/4或1/3。

逻辑“1”占用时间为2ms，逻辑“0”占用时间为1ms，如图所示。

图是其传送命令的格式示意图，5位地址码和8位命令码，均是低位在前，命令码后面是扩展位（Exp）和检测位（Chk），分别用逻辑“1”和逻辑“0”表示，最后是一个320us的尾脉冲。

图中的地址码和命令码分别是03H和11H。

2ms 320us
1ms 320us 320us 逻辑“1”逻辑“0”
图2--7看见了紧固件
图2-8将拉怪
如图17所示，每条完整的遥控命令由两部分信息组成，两部分信息之间间隔40ms ，两者的地址码完全相同，但后者传的命令码、扩展位、检测位则是前者的反码。

接收器可以据此判断所接收的数据是否有效。

2.4 本章小结。