漫射紅外技術(shù)的智能家居無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)計(jì)

當(dāng)今IrDA紅外通信方式的通信速度因IrDA物理層的規(guī)范方式而異，共分為5大類SIR、MIR、FIR、VFIR和UFIR。SIR通信速度為115 kbps，用于文字信息的傳輸。MIR和FIR方式的通信速度分別為1 Mbps和4 Mbps，可使文字信息傳輸速度更快，也可傳輸音頻信息，如MP3、WMA等格式的文件。VFIR和UFIR方式的通信速度分別為16 Mbps和100 Mbps，主要用于圖像數(shù)據(jù)信息傳輸。在智能家居領(lǐng)域中，圖像傳輸比較少，故采用前3種通信方式。
3．2 紅外編碼格式
IrDA協(xié)議的物理層制定了規(guī)范的編碼格式。IrDA物理層1．0版本應(yīng)用于SIR和MIR通信方式。它基于異步串行通信接口，將從UART接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了編碼，將數(shù)據(jù)“0”變換成3／16位速率或1．6μs的窄脈沖，而數(shù)據(jù)“1”變換成不發(fā)送脈沖。IrDA物理層1．0版的幀結(jié)構(gòu)如圖7所示。

其中，兩個(gè)STA為起始位，每個(gè)STA由01111110組成；后面的內(nèi)容是上層IrLAP協(xié)議加載來(lái)的數(shù)據(jù)，包括8位地址位、8位控制位和n×8位數(shù)據(jù)位(nMAX=256)；FCS為16位的CRC校驗(yàn)位；STO為停止位，由01111110組成。
IrDA物理層1．1版本應(yīng)用于FIR通信方式。它采用4PPM調(diào)制方法，以500 ns為固定時(shí)隙并將其4等分，根據(jù)脈沖在時(shí)隙的位置來(lái)確定數(shù)字模式。4PPM調(diào)制方法具有4 Mbps的傳輸速率，在此速率下，封裝包是以同步方式傳送的。IrDA物理層1．1版的幀結(jié)構(gòu)如圖8所示。

其中，16PA為16位的引導(dǎo)碼1000 0000 1010 1000；一個(gè)STA起始位由0000 1100 0000 1100 0110 0000 01100000組成；后面的內(nèi)容同樣是上層IrLAP協(xié)議加載來(lái)的數(shù)據(jù)，包括8位地址位、8位控制位和n×8位數(shù)據(jù)位(nMAX=256)；FCS為32位的CRC校驗(yàn)位；STO為停止位，由0000 1100 0000 1100 0000 0110 0000 0110組成。
3．3 紅外網(wǎng)絡(luò)的建立過(guò)程
紅外網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由IrDA通信協(xié)議的IrLAP完成鏈路連接，IrLAP在紅外信道上提供了一種可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。在網(wǎng)絡(luò)中，各收發(fā)模塊以紅外方式通信時(shí)實(shí)現(xiàn)尋址、地址沖突處理、恢復(fù)機(jī)制、工作站的發(fā)現(xiàn)／識(shí)別、連接建立、主站競(jìng)爭(zhēng)、媒體接入控制等功能。在面向連接的業(yè)務(wù)中，IrLAP為所支持的數(shù)據(jù)鏈路提供了業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，可選的數(shù)據(jù)塊大小為64～2 048位，可選波特率為9 600～4 000 000 bps，等待時(shí)間閾值為3 s，最大探詢時(shí)間為50～500 ms。
IrLAP定義了3種幀：
①無(wú)編號(hào)幀。用于建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路，報(bào)告過(guò)程錯(cuò)誤，傳送數(shù)據(jù)。
②監(jiān)督幀。用于鏈路管理，如應(yīng)答接收幀、傳輸站點(diǎn)狀態(tài)報(bào)告幀序列錯(cuò)誤。
③信息幀。用于傳輸信息。
IrLAP的工作過(guò)程包括地址沖突處理、建立連接、喚醒、信息交換、重置連接、終止連接。IrLAP工作過(guò)程如圖9所示。

一旦通過(guò)IrLAP建立了鏈路連接，鏈路的使用和應(yīng)用參數(shù)的設(shè)定將由IrLMP協(xié)議來(lái)管理。IrLMP的工作過(guò)程包括LSAP(鏈路業(yè)務(wù)接入點(diǎn))連接控制、站點(diǎn)控制、IrLAP連接控制等。紅外站點(diǎn)間的通信出現(xiàn)碰撞時(shí)，用超時(shí)重傳方法來(lái)解決。
IrLAN是基于上述協(xié)議的高層協(xié)議，支持IrDA與其他已有局域網(wǎng)的互連。基于IrLAN協(xié)議的移動(dòng)站的工作方式有3種模式：接入點(diǎn)、對(duì)等式、主機(jī)式。IrLAN使用TinyTP協(xié)議來(lái)分割和組裝分組并進(jìn)行流量控制。

結(jié)語(yǔ)
本文采用漫射紅外的方式，完成了家中局域網(wǎng)的建立，實(shí)現(xiàn)了紅外通信功能。無(wú)論是控制命令的響應(yīng)速度，還是紅外數(shù)據(jù)的傳輸速度，都達(dá)到了理想的效果。這樣，遙控器或控制終端可以對(duì)家中的所有電器設(shè)備進(jìn)行控制。例如，可對(duì)智能家居系統(tǒng)編制情景功能如“夜間模式”，即可自動(dòng)關(guān)閉窗簾，開(kāi)啟客廳燈光，打開(kāi)電視機(jī)、空調(diào)、音響，并將家庭報(bào)警設(shè)備設(shè)置為主人在家的模式，防止誤報(bào)——無(wú)需繁瑣地逐個(gè)操作各種電器及設(shè)備。