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
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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(yīng)用實例。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/255652.htm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便的無線通訊技術(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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備（如掌上電腦、小型照相機、復(fù)印機、手機、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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(guān)閉 | |
| 7 | 5 | SC | 靈敏度控制 | I |
| 8 | 4 | GND | 地線 | |
引腳Ｖｃｃ１／ＳＤ為電源／關(guān)閉引腳，當(dāng)該腳為低電平時，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(shè)計的。
在輸出模式下，ＴＯＩＭ３２３２可把ＲＳ２３２輸出信號轉(zhuǎn)變成符合ＩｒＤＡ標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)位所有的內(nèi)部寄存器，復(fù)位后，默認(rèn)的傳輸速度為9600bit/s，脈沖寬度為1.62μs。 | I | HIGH |
| 2 | BR/D | 當(dāng)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(shè)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(guān)閉控制信號端，可用于關(guān)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(dāng)引腳ＢＲ／Ｄ＝１時，ＴＯＩＭ３２３２把由ＴＤ－２３２傳來的數(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，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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(shè)計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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