红外长距数据通信模式设计

1红外通信技术基本原理

红外通信的基本原理是利用波长介于850～900nm的近红外波段的红外线作为信息的载体，发送时采用脉时调制方式，将二进制信号调制为若干脉冲信号，并驱动红外发射管等红外发射器件将信号以光脉冲的形式发送出去。红外接收端接收到脉冲后，将光脉冲转换为电信号，再经过放大滤波等处理后送给解调电路进行解调，最终以二进制数字信号的形式输出。由于这种通信方式采用的波长与无线电的波长不同，不受无线电信号的影响，从而保证数据的安全性。红外通信的脉冲数据传输方式如图1所示。对于发送端来说，当发送二进制数据“1”时，没有红外脉冲发射;发送二进制数“0”时，则发送3/16带宽的红外脉冲信息。而对于接收端来说，没有接收到红外信号，则认为是“1”;接收到则认为是“0”。

2系统设计

2．1系统总体设计本设计主要由单片机、红外芯片、RS485通信口等组成。系统的组成结构如图2所示。利用单片机来控制红外芯片的工作，每个节点都是1个单独的设备，内部含有2个红外模块，可以实现红外的收发功能，同时还集成了RS485接口，可以实现多个设备的级联。每个设备相互分离，使放置时更加方便快捷，利用RS485进行模块之间的级联，实现长距数据通信。

2．2硬件电路设计红外电路选用芯片说明书中推荐的电路，其电路图如图3所示，为使电路简单，供电方便，逻辑电压与供电电压选用同一电压供电。2个红外通信模块分别连接到单片机的串口1与串口2上，串口3经过双向开关来选择连接到RS485通信口还是RS232通信口，单片机与红外芯片及485通信口之间放置LED灯，用来显示当前此芯片的工作状态，方便实时检测，同时还起到了故障报警的作用。

2．3软件设计本设计中选用支持IrDA的STM8L单片机，省去了转换电路，只需要设置单片机中的相应参数就可以实现红外通信模块的驱动。其程序流程图如图4所示。软件设计时需要注意的主要是在串口初始化时要将红外所对应的串口设置为IrDA模式，并使能红外无线通信功能。

3实验数据测试

数据通信的主要关注点就是通信的误码率、角度、有效距离以及波特率等。误码率是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标，其公式为:误码率=传输中的误码/所传输的总码数×100%。本设计的模块在数据传输过程中，误码的产生主要与红外数据通信模块之间的距离以及角度有关，因此针对不同角度以及不同距离所产生的误码率做出实验测试。测试过程中将通信波特率设置为红外数据通信可接受的最高波特率115200。总共测试10次，每次发送100Byte十六进制数据，对测试数据取平均值处理之后如表1、表2所示。由图5可知，当2红外模块距离小于120cm时，数据能够无误码地传输;模块距离在140～190cm范围时，接收模块能够接收到数据，但接收的是乱码或者数据接收不全;当距离大于200cm时，接收模块完全接收不到数据。由图6可知，当2模块间的角度小于35°时，模块之间数据能够无误码地传输;当2模块间角度在40°～60°范围内时，接收模块接收到的数据为乱码或者数据接收不全;当角度大于60°，接收模块完全接收不到数据。由测试结果可知，本设计红外通信模块可以在35°、120cm的范围内无误码的有效传输。采用RS485级联时可以实现100m内红外信号的全覆盖，并且可以实现不同房间之间的数据通信。

4结论

本设计中的红外芯片支持波特率高115．2kb/s。通信有效距离达到120cm，通信角度在35°左右。在1条通信线路中采用多节点红外通信方式提高红外通信的距离，弥补了红外无线通信距离短的问题，不仅提高了红外通信的距离，而且还可以在任意节点采集信号的传输状况，检测信号在传输过程中的误码率。测试过程中，节点间最大距离可以达到160cm。能满足一般的室内无线传输，若要将其应用于长距离通信，则只需将各模块级联起来，各模块可以采用单一供电，也可以采用统一供电方式，在实际工作时只需将本模块的开关打开，让其正常工作即可。该技术实现简单，性价比高，应用范围广。主要有功耗低、速率高、安装与携带方便、可级联、通信距离长等优点。在无线电通信泛滥的今天可以很好地解决电磁信号干扰的问题。实际应用时性能稳定，效果良好。

作者：宋磊磊杨晖杨海马于小强李军胡恒庆施豪杰V.Zivkovic单位：上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海理工大学上海市现代光学重点实验室阿德雷德大学电气与电子工程学院