串行紅外收發(fā)模塊及其控制器在紅外抄表系統(tǒng)中的應用
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摘要：詳細介紹了Ｖｉｓｈａｙ公司先進的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)中的應用實例。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/255652.htm關鍵詞：紅外通信 串行通信 ＴＦＤｘ４ｘｘｘ ＴＯＩＭ３２３２ 電子抄表系統(tǒng)
隨著電子技術的飛速發(fā)展，各種體積小、功能強的便攜式電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。為了便于控制設備以及和網(wǎng)絡連接，紅外通訊作為一種簡便的無線通訊技術在電子設備中得到了廣泛的應用。作者在設計樓宇自動抄表系統(tǒng)時，利用Ｖｉｓｈａｙ公司先進的ＴＦＤｘ４ｘｘｘ系列串行紅外收發(fā)器及其控制器ＴＯＩＭ３２３２實現(xiàn)了電子式記表器與手持式抄表機之間的紅外串行通訊。下面簡單介紹之。
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：ＴＦＤＵ４１００、ＴＦＤＳ４５００和ＴＦＤＴ４５００。三種模塊均為低功耗、符合ＩｒＤＡ１．２串行紅外傳輸標準的紅外收發(fā)模塊，其最高的紅外傳輸速度可達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)今市場上最小的紅外發(fā)射模塊。該模塊在小型便攜設備（如掌上電腦、小型照相機、復印機、手機、家電產(chǎn)品等）上有著廣泛的應用空間。
ＴＦＤｘ４ｘｘｘ紅外收發(fā)模塊的特性有：
·符合ＩｒＤＡ１．２標準（傳輸速度高達１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ）
·大范圍的工作電壓（２．７Ｖ～５．５Ｖ）
·通過Ｖｃｃ１／ＳＤ端可控制模塊進入低功耗休眠狀態(tài)
·模塊具有很大的傳輸范圍（在１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ時可達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)部帶有過壓保護裝置，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、名稱、功能等的介紹見表１。
引腳ＳＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ控制接收模塊的靈敏度，當ＳＣ引腳接高電平時，模塊的靈敏度提高，模塊可以感測到非常弱的紅外信號，這樣可以擴大紅外信號的傳輸距離，但是模塊的抗干擾能力也被降低；當ＳＣ引腳接低電平時，模塊的靈敏度降低，但是模塊的抗干擾能力有所提高；當傳輸距離不是太遠或者在強亮光環(huán)境下使用時，通常情況下建議把ＳＣ腳懸空或者接地。
表 1
| 引腳號 | 名稱 | 功能 | I/O | |
| 普通式和頂式封裝 | 側(cè)式封裝 | |||
| 1 | 8 | IRED Anode | 紅外發(fā)射的陽極， 該引腳通過一個外接電阻與Vcc2相接 | |
| 2 | 1 | IRED Cathode | 紅外發(fā)射的陰極，該 引腳在模塊內(nèi)部與輸出驅(qū)動相連 | |
| 3 | 7 | Txd | 串行數(shù)據(jù)輸出接口 | I |
| 4 | 2 | Rxd | 串行數(shù)據(jù)輸入接口 | O |
| 5 | 6 | NC | 不相連 | |
| 6 | 3 | Vcc1/SD | 電源/關閉 | |
| 7 | 5 | SC | 靈敏度控制 | I |
| 8 | 4 | GND | 地線 | |
引腳Ｖｃｃ１／ＳＤ為電源／關閉引腳，當該腳為低電平時，紅外傳輸模塊關閉。
２ 串行紅外傳輸控制器ＴＯＩＭ３２３２
根據(jù)ＩｒＤＡ紅外傳輸標準，串行紅外傳輸采用特定的脈沖編碼標準，該標準與ＲＳ２３２串行傳輸標準不同。若兩設備之間進行串行紅外通訊，就需要一個傳輸控制器，以進行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)器而設計的。
在輸出模式下，ＴＯＩＭ３２３２可把ＲＳ２３２輸出信號轉(zhuǎn)變成符合ＩｒＤＡ標準的信號以驅(qū)動紅外發(fā)射器；在接收模式下，ＴＯＩＭ３２３２可把ＩｒＤＡ輸入信號轉(zhuǎn)變成符合ＲＳ２３２標準的信號；ＴＯＩＭ３２３２的紅外傳輸速度范圍為２．４Ｋｂｉｔ／ｓ～１１５．２Ｋｂｉｔ／ｓ。ＴＯＩＭ３２３２內(nèi)部有一個３．６８６４ＭＨｚ的晶振，用以實現(xiàn)脈沖的擴張和壓縮。該時鐘信號既可以由內(nèi)部晶振產(chǎn)生也可用外部時鐘實現(xiàn)。該控制器可通過ＲＳ２３２口進行編程控制，其輸出脈沖寬度可程控為１．６２７μｓ或３／１６位長。
表 2
| 引腳號 | 名稱 | 功能 | I/O | 使能態(tài) |
| 1 | RESET | 復位所有的內(nèi)部寄存器，復位后，默認的傳輸速度為9600bit/s，脈沖寬度為1.62μs。 | I | HIGH |
| 2 | BR/D | 當BR/D=0時，由引腳RD-232輸入的串行數(shù)據(jù)信號被轉(zhuǎn)換成紅外輸出控制信號給引腳TD-TR；同時，由引腳RD-TR輸入的紅外串行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成RS/D=1時，由RS232口輸入的為控制命令，控制命令用來控制傳輸速度為脈沖寬度，由命令設定的參數(shù)在BR/D為低時立刻有效。 | I | |
| 3 | RD-232 | 接收RS232信號 | O | HIGH |
| 4 | TD-232 | 發(fā)送RS232信號 | I | HIGH |
| 5 | Vcc-SD | 模塊關閉控制信號端，可用于關閉紅外傳輸過程 | O | LOW |
| 6 | X1 | 晶振端 | I | |
| 7 | X2 | 晶振端 | I | |
| 8 | GND | 接地端 | ||
| 9 | TD-LED | 發(fā)送指示燈驅(qū)動 | O | LOW |
| 10 | RD-LED | 接收指示燈驅(qū)動 | O | LOW |
| 11 | NC | 懸空 | ||
| 12 | S1 | 用戶程控位 | O | LOW |
| 13 | S2 | 用戶程控位 | O | LOW |
| 14 | TD-IR | 串行紅外信號輸出端 | O | HIGH |
| 15 | RD-IR | 串行紅外信號輸入端 | I | LOW |
| 16 | Vcc | 電源 | I |
ＴＯＩＭ３２３２的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示，各引腳符號、功能等見表２。
當引腳ＢＲ／Ｄ＝１時，ＴＯＩＭ３２３２把由ＴＤ－２３２傳來的數(shù)據(jù)的低７位認為是命令字。當引腳ＢＲ／Ｄ恢復低電平時，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：
| 第1字符 | 第2字符 | ||||||
| X | S2 | S1 | S0 | B3 | B2 | B1 | B0 |
其中，Ｘ：沒定義
Ｓ１，Ｓ２：用戶自定義位，用以控制輸出引腳Ｓ１和Ｓ２
Ｓ０：ＩｒＤＡ標準脈沖選擇
Ｓ０＝１時選擇１．６２７μｓ輸出脈沖
Ｓ０＝０時選擇３／１６位長輸出脈沖（功耗較大，建議不使用）
Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３：波特率選擇字（見表３）。
表 3
| 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 紅外抄表系統(tǒng)的實現(xiàn)
紅外抄表系統(tǒng)的原理圖如圖３所示，電子式多用戶電度表用以完成用戶用電量的計量，其通過精密分壓電阻、精密電流互感器及采樣電阻將用戶用電的電壓信號和電流信號轉(zhuǎn)換成小的交流電壓信號，作為采樣信號輸入到計量模塊；計量模塊根據(jù)采樣信號的變化計算出電量，并將用戶用電量轉(zhuǎn)換成計算機能處理的脈沖信號和直接驅(qū)動機電計度器的驅(qū)動信號；這兩路脈沖信號經(jīng)過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)動顯示模塊；ＣＰＵ模塊對輸入到Ｉ／Ｏ端口的脈沖信號進行累計和運算，得到相應用戶的用電量、最大用電量（可按月、季統(tǒng)計）及最大用電電流等用電信息，并將這些數(shù)據(jù)隨時加以更新和保持。為了便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計，系統(tǒng)設計了一串行紅外傳輸模塊，用以和帶有標準紅外串行通訊口的手持式抄表電腦進行通訊，以便于抄表員利用手持抄表器對整棟大樓進行用電量的統(tǒng)計。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實現(xiàn)與手持式電腦的串行紅外通訊。實驗證明，抄表系統(tǒng)的紅外通訊性能良好，抗干擾能力滿足實際需求。
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