串行红外收发模块及其控制器在红外抄表系统中的应用

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串行红外收发模块及其控制器在红外抄表系统中的应用

    摘要：详细介绍了Ｖｉｓｈａｙ公司先进的ＴＦＤｘ４ｘｘｘ系列串行红外收发器及其控制器ＴＯＩＭ３２３２,并给出了其在红外抄表系统中的应用实例。
    关键词：红外通信 串行通信 ＴＦＤｘ４ｘｘｘ ＴＯＩＭ３２３２ 电子抄表系统
    随着电子技术的飞速发展,各种体积小、功能强的便携式电子产品不断涌现。为了便于控制设备以及和网络连接,红外通讯作为一种简便的无线通讯技术在电子设备中得到了广泛的应用。作者在设计楼宇自动抄表系统时,利用Ｖｉｓｈａｙ公司先进的ＴＦＤｘ４ｘｘｘ系列串行红外收发器及其控制器ＴＯＩＭ３２３２实现了电子式记表器与手持式抄表机之间的红外串行通讯。下面简单介绍之。
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1 Y( Z1 e( H) \1 ?# h１ ＴＦＤｘ４ｘｘｘ串行红外收发模块

    ＴＦＤｘ４ｘｘｘ系列产品为ｖｉｓｈａｙ公司推出的串行红外收发模块,共有三种型号：ＴＦＤＵ４１００、ＴＦＤＳ４５００和ＴＦＤＴ４５００。三种模块均为低功耗、符合ＩｒＤＡ１．２串行红外传输标准的红外收发模块,其较高的红外传输速度可达１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ。三种模块的内部构造、功能完全相同,只是外形结构和引脚号略有差别。该红外传输模块内部集成了红外发射、传输、控制ＩＣ等部分,为现今市场上最小的红外发射模块。该模块在小型便携设备（如掌上电脑、小型照相机、复印机、手机、家电产品等）上有着广泛的应用空间。
* I9 M) O6 K( k' x/ u+ k
# p$ W+ ~  v# L5 e    ＴＦＤｘ４ｘｘｘ红外收发模块的特性有：
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    ·符合ＩｒＤＡ１．２标准（传输速度高达１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ）
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    ·大范围的工作电压（２．７Ｖ～５．５Ｖ）

    ·通过Ｖｃｃ１／ＳＤ端可控制模块进入低功耗休眠状态
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    ·模块具有很大的传输范围（在１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ时可达３ｍ）
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/ Y/ L! _) \/ M4 ~9 z- ~    ·具有三种外形封装：普通封装（９．７ｍｍ×４．７ｍｍ×４．０ｍｍ　;侧式封装（１３．００ｍｍ×５．９５ｍｍ×５．３０ｍｍ　;顶式封装（１３．００ｍｍ×７．６０ｍｍ×５．９５ｍｍ　
·内部带有过压保护装置,不需要附件

/ U/ E) C8 m6 r8 G) e    ＴＦＤｘ４ｘｘｘ红外收发模块的功能结构图如图１所示。

    ＴＦＤｘ４ｘｘｘ红外收发模块的引脚号、名称、功能等的介绍见表１。

) d) X$ P3 J# Q* C6 K% q) _    引脚ＳＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ　控制接收模块的灵敏度,当ＳＣ引脚接高电平时,模块的灵敏度提高,模块可以感测到非常弱的红外信号,这样可以扩大红外信号的传输距离,但是模块的抗干扰能力也被降低;当ＳＣ引脚接低电平时,模块的灵敏度降低,但是模块的抗干扰能力有所提高;当传输距离不是太远或者在强亮光环境下使用时,通常情况下建议把ＳＣ脚悬空或者接地。
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表  1

引脚号		名称	功能	I/O
普通式和顶式封装	侧式封装
1	8	IRED Anode	红外发射的阳极, 该引脚通过一个外接电阻与Vcc2相接	4 G; e. Z$ v9 w- _* s
2	1	IRED Cathode	红外发射的阴极,该 引脚在模块内部与输出驱动相连
3	7	Txd	串行数据输出接口	I
4	2	Rxd	串行数据输入接口	O
5	6	NC	不相连
6	3	Vcc1/SD	电源/关闭	' h9 U6 k$ j7 [+ w" B9 p
7	5	SC	灵敏度控制	I
8	4	GND	地线	o' O( r- a2 A$ M7 u

    引脚Ｖｃｃ１／ＳＤ为电源／关闭引脚,当该脚为低电平时,红外传输模块关闭。

２ 串行红外传输控制器ＴＯＩＭ３２３２
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    根据ＩｒＤＡ红外传输标准,串行红外传输采用特定的脉冲编码标准,该标准与ＲＳ２３２串行传输标准不同。若两设备之间进行串行红外通讯,就需要一个传输控制器,以进行ＲＳ２３２编码和ＩｒＤＡ编码之间的转换。ＴＯＩＭ３２３２串行红外传输控制器就是Ｖｉｓｈａｙ公司为配合ＴＦＤｘ４ｘｘｘ系列红外收发器而设计的。
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    在输出模式下,ＴＯＩＭ３２３２可把ＲＳ２３２输出信号转变成符合ＩｒＤＡ标准的信号以驱动红外发射器;在接收模式下,ＴＯＩＭ３２３２可把ＩｒＤＡ输入信号转变成符合ＲＳ２３２标准的信号;ＴＯＩＭ３２３２的红外传输速度范围为２．４Ｋｂｉｔ／ｓ～１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ。ＴＯＩＭ３２３２内部有一个３．６８６４ＭＨｚ的晶振,用以实现脉冲的扩张和压缩。该时钟信号既可以由内部晶振产生也可用外部时钟实现。该控制器可通过ＲＳ２３２口进行编程控制,其输出脉冲宽度可程控为１．６２７μｓ或３／１６位长。

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引脚号	名称	功能	I/O	使能态
1	RESET	复位所有的内部寄存器,复位后,默认的传输速度为9600bit/s,脉冲宽度为1.62μs。	I	HIGH
2	BR/D	当BR/D=0时,由引脚RD-232输入的串行数据信号被转换成红外输出控制信号给引脚TD-TR;同时,由引脚RD-TR输入的红外串行数据被转换成RS/D=1时,由RS232口输入的为控制命令,控制命令用来控制传输速度为脉冲宽度,由命令设定的参数在BR/D为低时立刻有效。	I	% J$ B- M0 }- \
3	RD-232	接收RS232信号	O	HIGH
4	TD-232	发送RS232信号	I	HIGH
5	Vcc-SD	模块关闭控制信号端,可用于关闭红外传输过程	O	LOW
6	X1	晶振端	I
7	X2	晶振端	I
8	GND	接地端
9	TD-LED	发送指示灯驱动	O	LOW
10	RD-LED	接收指示灯驱动	O	LOW
11	NC	悬空
12	S1	用户程控位	O	LOW
13	S2	用户程控位	O	LOW
14	TD-IR	串行红外信号输出端	O	HIGH
15	RD-IR	串行红外信号输入端	I	LOW
16	Vcc	电源	I

    ＴＯＩＭ３２３２的功能结构框图如图２所示,各引脚符号、功能等见表２。

6 ~$ T3 k& q. ?. K; N; b    当引脚ＢＲ／Ｄ＝１时,ＴＯＩＭ３２３２把由ＴＤ－２３２传来的数据的低７位认为是命令字。当引脚ＢＲ／Ｄ恢复低电平时,ＴＯＩＭ３２３２立即转换成新命令所定义的脉冲编码方式。ＴＯＩＭ３２３２命令字的格式如下：

第1字符				第2字符
X	S2	S1	S0	B3	B2	B1	B0

    其中,Ｘ：没定义

    Ｓ１,Ｓ２：用户自定义位,用以控制输出引脚Ｓ１和Ｓ２
. l3 a* ~! C1 Y) e9 d; X
& M( ^: l  l, e" _5 _    Ｓ０：ＩｒＤＡ标准脉冲选择
0 h1 s& k, X0 j% ?( `
: E! j  V/ m+ M6 P- N& x. {, E4 c    Ｓ０＝１时选择１．６２７μｓ输出脉冲
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1 o& d) ?1 C4 f) W- U5 v& W    Ｓ０＝０时选择３／１６位长输出脉冲（功耗较大,建议不使用）

' \: f& \* b# S, l) f    Ｂ０,Ｂ１,Ｂ２,Ｂ３：波特率选择字（见表３）。
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表  3
% K  t  j6 D& z* M+ Y

B3	B2	B1	B0	波特率 / Kbit.s-1
0	0	0	0	115.2
0	0	0	1	57.6
0	0	1	0	38.4
0	0	1	1	19.2
0	1	0	0	14.4
0	1	0	1	12.8
0	1	1	0	9.6
0	1	1	1	7.2
1	0	0	0	4.8
1	0	0	1	3.6
1	0	1	0	2.4
1	0	1	1	1.8
1	1	0	0	1.2

３ 红外抄表系统的实现
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    红外抄表系统的原理图如图３所示,电子式多用户电度表用以完成用户用电量的计量,其通过精密分压电阻、精密电流互感器及采样电阻将用户用电的电压信号和电流信号转换成小的交流电压信号,作为采样信号输入到计量模块;计量模块根据采样信号的变化计算出电量,并将用户用电量转换成计算机能处理的脉冲信号和直接驱动机电计度器的驱动信号;这两路脉冲信号经过光电耦合器隔离后直接输入到ＣＰＵ模块和Ｉ／Ｏ端口以及直接驱动显示模块;ＣＰＵ模块对输入到Ｉ／Ｏ端口的脉冲信号进行累计和运算,得到相应用户的用电量、较大用电量（可按月、季统计）及较大用电电流等用电信息,并将这些数据随时加以更新和保持。为了便于数据统计,系统设计了一串行红外传输模块,用以和带有标准红外串行通讯口的手持式抄表电脑进行通讯,以便于抄表员利用手持抄表器对整栋大楼进行用电量的统计。电子式电度表采用了ＴＦＤＳ４０００作为红外收发器,利用ＴＯＩＭ３２３２作为红外编码控制器来实现与手持式电脑的串行红外通讯。实验证明,抄表系统的红外通讯性能良好,抗干扰能力满足实际需求。
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