紅外通訊有著成本低廉、簡(jiǎn)單易用和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，因此在小型移動(dòng)設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，紅外通訊主要應(yīng)用于遙控和 數(shù)據(jù)通信這兩方面。紅外遙控的特點(diǎn)為距離較近，但所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，一般僅為幾個(gè)至十幾個(gè)字節(jié)的控制碼。而數(shù)據(jù)的紅外通訊乃是最近幾年剛興起的一種較新的技術(shù)，它具有數(shù)據(jù)傳輸量大，傳 輸速率高等特點(diǎn)，IrDA通訊協(xié)議即為此類(lèi)技術(shù)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，它的速度選擇很寬，有4種

1)9600bits/s~115.2Kbits SIR)；

2)576Kbits/s~1.152Mbits/sMIR)；

8)4Mbits/s FIR)；

4)16Mbits/s 或更高 VFIR)。

但其有一個(gè)弱點(diǎn)即傳輸距離比較近，至多可達(dá)到1m。在多功能電表中，紅外遙控器須在10m內(nèi)對(duì)多功能電表實(shí)施全功能操作。對(duì)于這種利用紅外進(jìn)行較遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸而言，普通的紅外遙控或IrDA 協(xié)議都無(wú)法滿足要求，因此要更深刻地研究該領(lǐng)域的技術(shù)。下面我們分別介紹遠(yuǎn)距離紅外數(shù)據(jù)通信在多功能電表應(yīng)用中的幾個(gè)主要問(wèn)題。

在遠(yuǎn)距離紅外數(shù)據(jù)通信中，要將數(shù)據(jù)脈沖信息調(diào)制后再驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，經(jīng)紅外接收器接收調(diào)制后的紅外光并解調(diào)為數(shù)據(jù)脈沖才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。其信號(hào)的調(diào)制特性見(jiàn)圖1。載波頻率為38kHz±1kHz。

在紅外通訊電路中，紅外收發(fā)器件的性能是至關(guān)重要的。現(xiàn)在市場(chǎng)上的紅外收發(fā)器件無(wú)外乎應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信的IrDA器件與遙控器件。鑒于IrDA傳 輸距離近、成本低的特點(diǎn)，在應(yīng)用于遠(yuǎn)距離紅外數(shù)據(jù)通信時(shí)，一般采用紅外遙控器件來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外通信。通過(guò)大量的對(duì)比、篩選和實(shí)驗(yàn)，最終我們選擇了VISHAY公司的TSAL6200紅外發(fā)射器和 TSOP1888紅外接收器。

2.1 紅外發(fā)射管TSAL6200

當(dāng)前所采用的發(fā)射器件一般為紅外發(fā)光二極管，它的伏安特性與普通二極管相似。一般小功率管的正向壓降！=1?1.!V,中功率管！"=1.6?1.8V,大 功率管！"！2V，在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意驅(qū)動(dòng)電壓大于紅外發(fā)光管的正向壓降!"，以克服死區(qū)電壓產(chǎn)生正向電流If，圖2為TSAL6200紅外發(fā)光二極管 的正向電壓與正向電流的特性曲線。紅外發(fā)光管應(yīng)工作在線性區(qū)，根據(jù)實(shí)際需要選 擇IF的大小以滿足通訊距離的要求。由于現(xiàn)在大多 數(shù)紅外發(fā)光二極管為球面透鏡封裝，紅外發(fā)射二極管的發(fā)射指向角較小。為改善發(fā)射光線的指向特性，使之在較寬的偏移距離內(nèi)均能正常工作，應(yīng)采 用多管并發(fā)的方法。在發(fā)射管的選型時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)主要參數(shù)：

1)正向工作電流IF

是指紅外發(fā)射二極管長(zhǎng)期工作時(shí)，允許通過(guò)的最大平均正向電流。若紅外發(fā)射二極管長(zhǎng)期超過(guò)IF運(yùn)行，會(huì)因過(guò)熱而燒壞，在這里推薦使用#F=100mA 的紅外發(fā)射二極管作數(shù)據(jù)通訊較為適宜。

2)光功率

是指輸入到發(fā)光二極管的電功率轉(zhuǎn)化為紅外光輸出功率的那一部分。光功率越大，發(fā)射距離越遠(yuǎn)。因此，在IF相同水平的紅外發(fā)射二極管中應(yīng)選 用光功率較大的紅外發(fā)射二極管。

8)峰值波長(zhǎng)"

是指紅外發(fā)光二極管所發(fā)出近紅外光中光^Pubi尬接收器在其光軸上距接收器表面10mm處紅外光最大值所對(duì)應(yīng)的發(fā)光波長(zhǎng)。在遠(yuǎn)距離紅外通訊中，一般選用波長(zhǎng)為940nm或950nm的紅外發(fā)射二極管。

4)反向漏電流IR

是指紅外發(fā)射二極管未被反向擊穿時(shí)的反向電流。在選型時(shí)應(yīng)選用反向電流小的發(fā)光管。我們選用的德國(guó)VISHAY公司的TSAL6200砷化鎵紅外發(fā)射二極管，它為藍(lán)灰色塑膠封裝。表1列出了其常用參數(shù)值。

紅外通訊與其它通訊方式一樣，都會(huì)受到環(huán)境條件的限制及干擾。紅外通訊的干擾源主要是白熾燈光與太陽(yáng)光。紅外接收器的輸出電流為

I= !2eSAEn$f式中e—常數(shù)；

S——受光強(qiáng)度；

A受光面積；

En——照度；

$+ 帶寬。

上式表明，使用帶有濾光器的接收器能夠減少光噪聲對(duì)輸出電流的影響；上式還表明加大紅外信號(hào)的受光面積和受光強(qiáng)度也是提高靈敏度的有效途徑。因而提高紅外發(fā)射二極管的發(fā)射功率及選用帶有透鏡聚焦的接收器是提高抗干擾能力的有效方法。在選型時(shí)還必須嚴(yán)格注意紅外接收器的以下幾項(xiàng)指標(biāo)：

1)響應(yīng)頻率/。

是指接收器的光響應(yīng)中心頻率，此頻率應(yīng)與發(fā)射電路脈動(dòng)光調(diào)制頻率嚴(yán)格保持一致。

2)8dB帶寬

是指接收器中的帶通濾波器的帶寬，此帶寬應(yīng)盡可能小，一般在/o±10%內(nèi)為宜。

8)紅外光輻射照度

光輻射照度Ee應(yīng)能滿足如下條件，且盡可能小為宜。

4)光透鏡

指接收器受光面的聚焦濾波透鏡，此透鏡對(duì)于提高可靠性、濾除光噪聲至關(guān)重要，故在選型時(shí)須注意選用帶光透鏡的產(chǎn)品。

5)光照指向角

此角度越大，可使接收器在越寬的范圍內(nèi)工作，一般應(yīng)選30。以上的接收器。

6)脈沖占空比

是指接收器在接收已調(diào)制的脈沖光信號(hào)時(shí)，一個(gè)最小周期內(nèi)有光時(shí)間tp與周期T的比值，此比值對(duì)于抗光噪聲干擾有重要的作用。由于光噪聲一般是連續(xù)光或連續(xù)脈沖光。對(duì)于連續(xù)光一般接收器中的帶通濾波器能較好地將其濾去。而連續(xù)脈沖光，如不作特殊處理則無(wú)法與正常信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)。一些廠家生產(chǎn)的接收器利用脈沖占空比的方法將連續(xù)脈沖光干擾作了抑制。圖3和圖4為TSOP1838輸出函數(shù)和脈沖占空比與光輻射照度關(guān)系的示意圖。

需的光輻射能量急劇上升，所以已調(diào)制的信號(hào)所產(chǎn)生的脈沖光只要符合t/T>0.85這個(gè)條件，接收器就可以很好地接收信號(hào)，而連續(xù)脈沖光干擾則需要很大的光照能量才能可形成干擾，這一特性對(duì)數(shù)據(jù)通 訊的可靠性提供了有力的保證。

2器件的選擇

1遠(yuǎn)距離紅外數(shù)據(jù)通信工作原理

我們選用德國(guó)VISHAY公司的TSOP1838紅外接收器，為帶濾光器的集成一體化紅外接收模塊，塑料封裝可濾除可見(jiàn)光，檢波輸出信號(hào)可直接由微處理器譯碼。其特性參數(shù)如表2所示。

表2 TSOP1838常用參數(shù)值

3紅外接口電路設(shè)計(jì)

多功能電能表中紅外接口電路，主要由紅外發(fā)射和紅外接收兩個(gè)部分組成。控制芯片采用51系列的89C52單片機(jī)，由它來(lái)控制調(diào)制后紅外光信號(hào)的傳輸、校驗(yàn)和編解碼處理。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，為提高傳輸速率，方便與異步串口的聯(lián)接及節(jié)省編解碼的開(kāi)銷(xiāo)，直接將89C52的輸出串口TXD進(jìn)行38kHz調(diào)制，然后驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線。接收也是從紅 外接收模塊的輸出直接進(jìn)入89C52的輸入串口RXD，信息傳輸距離>10m。圖5為紅外發(fā)射電路，振蕩電路由邏輯門(mén)與RC阻容元件構(gòu)成，振蕩頻率調(diào) 整在38kHz±1kHz，當(dāng)然頻偏越小越好。雙管串聯(lián)是為了增大發(fā)射指向角，以便使有效接收面積擴(kuò)大。

圖5紅外發(fā)射電路圖6為紅外接收電路，TSOP1838的輸出端直^所接與單片機(jī)的RXD連接用疊層電路基板，以及采用先進(jìn)的貼裝技術(shù)和微組裝技術(shù)。

導(dǎo)磁性鎳鋅材料、高導(dǎo)磁性鋅錳材料、導(dǎo)電熱塑性塑料、導(dǎo)電熱固性塑料等新型材料在微機(jī)化儀器中的使用，也可提高其整體的抗干擾能力，并降低設(shè)計(jì)成本。

隨著纖維科學(xué)、集成光學(xué)技術(shù)和全息技術(shù)的發(fā)展，光纖通信已進(jìn)入實(shí)用階段。光纖傳送信號(hào)利用了光技術(shù)所具有的高密度傳送信息和電磁高隔離性的特征，從本質(zhì)上可較有效地排除電磁干擾。因此，光技術(shù)的應(yīng)用以及光子計(jì)算機(jī)的研發(fā)，必將使未來(lái)各種先進(jìn)的微機(jī)化儀器的電磁兼容性提高到一個(gè)嶄新的水平。

8結(jié)束語(yǔ)

  隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和儀器儀表測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步提高，微機(jī)化儀器勢(shì)必逐步取代傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器。在這類(lèi)儀器及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不能再像傳統(tǒng)的電工設(shè)備那樣，直到電磁兼容性問(wèn)題出現(xiàn)后才提出改進(jìn)措施，而應(yīng)在生產(chǎn)、構(gòu)建儀器及其系統(tǒng)的前期，就考慮其具有的計(jì)算機(jī)與測(cè)量?jī)x器兩方面的特征，對(duì)可能的電磁兼容性問(wèn)題加以預(yù) 測(cè)，之后，采用軟件、硬件和軟硬件相結(jié)合的方法進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)，以切實(shí)提高微機(jī)化儀器的穩(wěn)定性、可靠性和準(zhǔn)確度。