串行紅外收發(fā)模塊及其控制器在紅外抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：詳細(xì)介紹了Ｖｉｓｈａｙ公司先進(jìn)的ＴＦＤｘ４ｘｘｘ系列串行紅外收發(fā)器及其控制器ＴＯＩＭ３２３２，并給出了其在紅外抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞：紅外通信 串行通信 ＴＦＤｘ４ｘｘｘ ＴＯＩＭ３２３２ 電子抄表系統(tǒng)

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種體積小、功能強(qiáng)的便攜式電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。為了便于控制設(shè)備以及和網(wǎng)絡(luò)連接，紅外通訊作為一種簡(jiǎn)便的無(wú)線通訊技術(shù)在電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。作者在設(shè)計(jì)樓宇自動(dòng)抄表系統(tǒng)時(shí)，利用Ｖｉｓｈａｙ公司先進(jìn)的ＴＦＤｘ４ｘｘｘ系列串行紅外收發(fā)器及其控制器ＴＯＩＭ３２３２實(shí)現(xiàn)了電子式記表器與手持式抄表機(jī)之間的紅外串行通訊。下面簡(jiǎn)單介紹之。

１ ＴＦＤｘ４ｘｘｘ串行紅外收發(fā)模塊

ＴＦＤｘ４ｘｘｘ系列產(chǎn)品為ｖｉｓｈａｙ公司推出的串行紅外收發(fā)模塊，共有三種型號(hào)：ＴＦＤＵ４１００、ＴＦＤＳ４５００和ＴＦＤＴ４５００。三種模塊均為低功耗、符合ＩｒＤＡ１．２串行紅外傳輸標(biāo)準(zhǔn)的紅外收發(fā)模塊，其最高的紅外傳輸速度可達(dá)１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ。三種模塊的內(nèi)部構(gòu)造、功能完全相同，只是外形結(jié)構(gòu)和引腳號(hào)略有差別。該紅外傳輸模塊內(nèi)部集成了紅外發(fā)射、傳輸、控制ＩＣ等部分，為現(xiàn)今市場(chǎng)上最小的紅外發(fā)射模塊。該模塊在小型便攜設(shè)備（如掌上電腦、小型照相機(jī)、復(fù)印機(jī)、手機(jī)、家電產(chǎn)品等）上有著廣泛的應(yīng)用空間。

ＴＦＤｘ４ｘｘｘ紅外收發(fā)模塊的特性有：

·符合ＩｒＤＡ１．２標(biāo)準(zhǔn)（傳輸速度高達(dá)１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ）

·大范圍的工作電壓（２．７Ｖ～５．５Ｖ）

·通過(guò)Ｖｃｃ１／ＳＤ端可控制模塊進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)

·模塊具有很大的傳輸范圍（在１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ時(shí)可達(dá)３ｍ）

·具有三種外形封裝：普通封裝（９．７ｍｍ×４．７ｍｍ×４．０ｍｍ；側(cè)式封裝（１３．００ｍｍ×５．９５ｍｍ×５．３０ｍｍ；頂式封裝（１３．００ｍｍ×７．６０ｍｍ×５．９５ｍｍ
·內(nèi)部帶有過(guò)壓保護(hù)裝置，不需要附件

ＴＦＤｘ４ｘｘｘ紅外收發(fā)模塊的功能結(jié)構(gòu)圖如圖１所示。

ＴＦＤｘ４ｘｘｘ紅外收發(fā)模塊的引腳號(hào)、名稱(chēng)、功能等的介紹見(jiàn)表１。

引腳ＳＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ控制接收模塊的靈敏度，當(dāng)ＳＣ引腳接高電平時(shí)，模塊的靈敏度提高，模塊可以感測(cè)到非常弱的紅外信號(hào)，這樣可以擴(kuò)大紅外信號(hào)的傳輸距離，但是模塊的抗干擾能力也被降低；當(dāng)ＳＣ引腳接低電平時(shí)，模塊的靈敏度降低，但是模塊的抗干擾能力有所提高；當(dāng)傳輸距離不是太遠(yuǎn)或者在強(qiáng)亮光環(huán)境下使用時(shí)，通常情況下建議把ＳＣ腳懸空或者接地。

表 1

引腳Ｖｃｃ１／ＳＤ為電源／關(guān)閉引腳，當(dāng)該腳為低電平時(shí)，紅外傳輸模塊關(guān)閉。

２ 串行紅外傳輸控制器ＴＯＩＭ３２３２

根據(jù)ＩｒＤＡ紅外傳輸標(biāo)準(zhǔn)，串行紅外傳輸采用特定的脈沖編碼標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)與ＲＳ２３２串行傳輸標(biāo)準(zhǔn)不同。若兩設(shè)備之間進(jìn)行串行紅外通訊，就需要一個(gè)傳輸控制器，以進(jìn)行ＲＳ２３２編碼和ＩｒＤＡ編碼之間的轉(zhuǎn)換。ＴＯＩＭ３２３２串行紅外傳輸控制器就是Ｖｉｓｈａｙ公司為配合ＴＦＤｘ４ｘｘｘ系列紅外收發(fā)器而設(shè)計(jì)的。

在輸出模式下，ＴＯＩＭ３２３２可把ＲＳ２３２輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變成符合ＩｒＤＡ標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)以驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器；在接收模式下，ＴＯＩＭ３２３２可把ＩｒＤＡ輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變成符合ＲＳ２３２標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)；ＴＯＩＭ３２３２的紅外傳輸速度范圍為２．４Ｋｂｉｔ／ｓ～１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ。ＴＯＩＭ３２３２內(nèi)部有一個(gè)３．６８６４ＭＨｚ的晶振，用以實(shí)現(xiàn)脈沖的擴(kuò)張和壓縮。該時(shí)鐘信號(hào)既可以由內(nèi)部晶振產(chǎn)生也可用外部時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)。該控制器可通過(guò)ＲＳ２３２口進(jìn)行編程控制，其輸出脈沖寬度可程控為１．６２７μｓ或３／１６位長(zhǎng)。

表 2

ＴＯＩＭ３２３２的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示，各引腳符號(hào)、功能等見(jiàn)表２。

當(dāng)引腳ＢＲ／Ｄ＝１時(shí)，ＴＯＩＭ３２３２把由ＴＤ－２３２傳來(lái)的數(shù)據(jù)的低７位認(rèn)為是命令字。當(dāng)引腳ＢＲ／Ｄ恢復(fù)低電平時(shí)，ＴＯＩＭ３２３２立即轉(zhuǎn)換成新命令所定義的脈沖編碼方式。ＴＯＩＭ３２３２命令字的格式如下：

其中，Ｘ：沒(méi)定義

Ｓ１，Ｓ２：用戶(hù)自定義位，用以控制輸出引腳Ｓ１和Ｓ２

Ｓ０：ＩｒＤＡ標(biāo)準(zhǔn)脈沖選擇

Ｓ０＝１時(shí)選擇１．６２７μｓ輸出脈沖

Ｓ０＝０時(shí)選擇３／１６位長(zhǎng)輸出脈沖（功耗較大，建議不使用）

Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３：波特率選擇字（見(jiàn)表３）。

表 3

３ 紅外抄表系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

紅外抄表系統(tǒng)的原理圖如圖３所示，電子式多用戶(hù)電度表用以完成用戶(hù)用電量的計(jì)量，其通過(guò)精密分壓電阻、精密電流互感器及采樣電阻將用戶(hù)用電的電壓信號(hào)和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成小的交流電壓信號(hào)，作為采樣信號(hào)輸入到計(jì)量模塊；計(jì)量模塊根據(jù)采樣信號(hào)的變化計(jì)算出電量，并將用戶(hù)用電量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的脈沖信號(hào)和直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電計(jì)度器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；這兩路脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合器隔離后直接輸入到ＣＰＵ模塊和Ｉ／Ｏ端口以及直接驅(qū)動(dòng)顯示模塊；ＣＰＵ模塊對(duì)輸入到Ｉ／Ｏ端口的脈沖信號(hào)進(jìn)行累計(jì)和運(yùn)算，得到相應(yīng)用戶(hù)的用電量、最大用電量（可按月、季統(tǒng)計(jì)）及最大用電電流等用電信息，并將這些數(shù)據(jù)隨時(shí)加以更新和保持。為了便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一串行紅外傳輸模塊，用以和帶有標(biāo)準(zhǔn)紅外串行通訊口的手持式抄表電腦進(jìn)行通訊，以便于抄表員利用手持抄表器對(duì)整棟大樓進(jìn)行用電量的統(tǒng)計(jì)。電子式電度表采用了ＴＦＤＳ４０００作為紅外收發(fā)器，利用ＴＯＩＭ３２３２作為紅外編碼控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)與手持式電腦的串行紅外通訊。實(shí)驗(yàn)證明，抄表系統(tǒng)的紅外通訊性能良好，抗干擾能力滿(mǎn)足實(shí)際需求。