本篇文章给大家谈谈红外通信,以及红外通信的优点对应的知识点,希望对各位有所帮助,不要忘了收藏本站!
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Q1:小区电表间安装红外线通信采集器作用
目的是用无线红外电表采集器来采集小区电表的电能值,无线远传到物业管理中心或供电局。无线红外抄表终端是一款基于红外通讯,GPRS无线传输,直流宽电压供电的通用电表燃气表抄表终端,可采集国网电表的电能数据、电压、电流、功率因数等电参数数据。
红外抄表原理简介:红外光电探头通过红外光口定时读取智能电表的参数信息并上传。红外抄表器具有红外信号调制与解调的功能,将二进制数字信号调制成38KHz 频率的脉冲序列,并驱动红外发射二极管以红外光脉冲的形式发送出去;收发器将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号,经过报文解析后,按照指定格式(如json)发送至服务器。
无线红外抄表终端支持采用GPRS/2G/4G/NB-IOT/LoRa通信方式,大大简化现场部署时间和降低施工费用。本终端支持各种具备红外通信接口的电表、燃气表等仪表的抄表场景,适用于电能表数据采集、智慧城市数据采集、电力监控数据采集、节能减排数据监控系统数据采集、能耗监控系统数据采集、光伏系统数据采集、智能监控数据采集、机器人数据采集、智慧安防系统数据采集、云平台系统数据采集;电能表校验检验测试台;特别适合光伏发电系统电能抄表和供电局国网电表总表铅封完全封闭状态,不可开启任何封印的情况的抄表。
Q2:红外线通信的原理
大气对红外线辐射的吸收,主要是由大气中的水蒸汽、二氧化碳和高层大气中的臭氧分子造成的。这些大气分子的强烈吸收使大气对红外线辐射的大部分区域是不透明的,只有在某些特定的波长区,红外线辐射才能透过。这些特定的波长区称为红外线辐射的“大气窗口”,它们几乎都集中在25μm以下的近红外和中红外区域,即1.15~1.35,1.45~1.8,1.9~2.5,3.05~4.1,4.5~5.5,7.9~13.2、17~28μm。另外,在波长为300、600μm附近区域,大气也呈现出某些透过特性。
散射是大气对红外线辐射的另一种重要作用。散射有两种不同的类型,即瑞利散射和弥散射。瑞利散射是由大气分子引起的,它对红外线辐射的影响并不特别重要,对于波长大于lμm的辐射的影响常可被忽略。弥散射是由大气中的悬浮粒子如雨、雪、雾、云、灰尘和烟的微粒造成的,这对红外线传输过程中的衰减有重要作用。
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体,即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号,通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制(PPM)两种方法。
简而言之,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
红外线通信可用于沿海岛屿间的辅助通信,室内通信,近距离遥控,飞机内广播和航天飞机内宇航员间的通信等。
特点
红外线具有容量大,保密性强,抗电磁干扰性能好,设备结构简单、体积小、重量轻、价格低;但在大气信道中传输时易受气候影响的特点。红外线波长范围为0.70μm~lmm,其中300μm~lmm区域的波也称为亚毫米波。大气对红外线辐射传输的影响主要是吸收和散射。
红外线通信系统
红外线通信系统一般由红外线发射系统和接收系统组成。对于客机内的红外线通信系统,采用低功率的近红外线(波长为0.72~1.5μm)传送信号,对人体健康尤其对人的眼睛无任何伤害作用,也不会干扰飞机与陆地之间的无线电通信。其工作过程是:音频信号先被转换成数字信号,再调制在红外线上,通过特制的红外线发射器,使载有音频信号的红外线充满机舱内的每一个角落。每个座位上备有的一副“耳机”,实际上是一只红外线接收机,它能将红外线信号变为电信号,再进而还原成声音;用电池工作,不需要任何外部连线。旅客只要载上这副“耳机”,开启电源,拨动相应的选择开关,就可收听到各种不同的节目。
技术标准
红外线通讯技术包含下列规格:IrPHY、IrLAP、IrLMP、IrCOMM、TinyTP、IrOBEX、IrLAN以及IrSimple。
IrDA1.0标准简称SIR(SerialInfrared,串行红外协议),它是基于HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式,它以系统的异步通信收发器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter,UART))依托,通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编解码过程(3/16EnDec)实现红外数据传输。SIR的最高数据速率只有115.2kbps。在1996年,发布了IrDA1.1协议,简称FIR(FastInfrared,快速红外协议),采用4PPM(PulsePositionModulation,脉冲相位调制)编译码机制,最高数据传输速率可达到4Mbps,同时在低速时保留1.0标准的规定。之后,IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的VFIR(VeryFastInfrared)技术,并将其作为补充纳入IrDA1.1标准之中。
IrDA标准都包括三个基本的规范和协议:红外物理层连接规范IrPHY(InfraredPhysicalLayerLinkSpecification)、红外连接访问协议IrLAP(InfraredLinkAccessProtoco1)和红外连接管理协议IrLMP(InfraredLinkManagementProtoco1)。IrPHY规范制订了红外通信硬件设计上的目标和要求;IrLAP和IrLMP为两个软件层,负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上,针对一些特定的红外通信应用领域,IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议,如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等等。
IrPHY:是指红外线通信的最低层,物理层。其中重要的规格如下:
距离(标准:1米,低功率传输至低功率:0.2米,标准至低功率:0.3米)
角度(最小圆锥状+-15°)
速度(2.4千位元/秒至16百万位元/秒)
调变(基频带,无载波)
红外线过滤视窗
红外线通信收发器借由一束圆锥状光束范围内的红外线脉波传输,其圆锥状光束自中心算起最小有15度的范围。
红外线通信物理层规范需要至少在一米外还能辨识的光信号的最小光量。
同时,规范中也定义两通讯装置接近时不会过量的最大光量。
在实用阶段,市场上有些装置没有做到一米的传输距离。
同时也有些装置没有预留非常接近时的容忍值。
红外线通信的典型甜区为距离收发器5厘米至60厘米范围之中,在圆锥状光束的中心点处。
红外线通信的资料通讯作动在半双工模式,这是因为装置在发射时会被自己的接收器接收到,因此全双工变得不可行。
两装置间借由快速切换连接便可模拟全双工。
主要装置端控制着连接的时序,但双边可依照实际情况将传输速度切换至最高。
传输速率落在三大分类:SIR、MIR以及FIR。
SIR的速度范围包含了RS-232的速度定义(9600位元/秒,19.2千位元/秒,38.4千位元/秒,57.6千位元/秒,115.2千位元/秒)
装置最常见的传输速率为9600位元/秒,因此此一传输速率为所有在discovery状态与negotiation状态的速率。
MIR(中速率红外线)不是官方名词,有时用来表示0.576百万位元/秒至1.152百万位元/秒的速率范围。
FIR为IrDA物理层标准陈废的名词,虽然如此这个名词却也常用在表示4百万位元/秒速率。
FIR有时也用来表示所有大于SIR标定速率以上的速率。
然而,MIR与FIR使用不同的编码方式,与不同的封包架构。
因此,这两个非官方用词分别了两种不同的物理层实作方式。
未来有更快的传输速率(目前有VFIR),可支援到16百万位元/秒。
有VFIR的商品可用例如TFDU8108可操作在9.6千位元/秒至16百万位元/秒。
UFIR协定正在发展中。此一协定将可支援100百万位元/秒。
Q3:红外通信协议的典型案例
针对便携产品应用的红外数据通信模块(图)
作者:解放军理工大学刘荣何敏 日期:2005-6-1
摘要:红外通信有着成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点,因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。目前大多数作为采样数据的终端希望通过串口或红外接口与移动设备(如掌上电脑等)进行通信。和传统的遥控器中采用的红外相比较,红外数据传输的实现方式是不同的。在笔记本电脑,手机,PDA和数码相机上的红外传输均采用红外数据传输。本文介绍了红外数据通信实现的原理,标准和方法。以实现和PDA(奥克码—桑夏PPC2188型)的红外数据通信为例介绍了该模块的实现原理和方法。关键词:IrDA;红外通信;PDA
---传统的红外通信设备主要是指红外遥控器和早期的PDA中采用的38kHz红外调制和解调方式。这种方式实现简单,但是误码率较高,不适合进行数据传输,特别是数据量大的时候。为此,IrDA组织(InfraredDataAssociation)规定了红外数据传输的标准IrDA,它规定了通过红外设备进行无线传输的方法。1994年,第一个IrDA的红外数据通信标准发布,即IrDA1.0。IrDA规范包含两个设备之间通信的标准以及与其他设备进行通信的协议。IrDA标准包含设备之间通信数据的格式以及与其他设备进行通信的协议。目前符合IrDA的设备有:笔记本电脑,手机,掌上电脑,数码相机等。Linux操作系统支持IrDA。目前,很多公司根据该标准生产了各种用于红外数据传输的芯片,如HP公司生产的HSDL-1000、HSDL-4230、HSDL-4220和HSDL-7000,Zilog生产的ZHX1010、ZHX1210、ZHX1810、ZHX1820。在桑夏公司的奥克码—桑夏PPC2188型PDA上采用的就是ZHX1810芯片。下面分别介绍传统的红外通信和红外数据通信的实现原理和方法。
1传统的红外通信---1.1原理---传统的红外设备传输数据时,可以采用38kHz的载波进行调制和解调。采用调幅的方式对数据进行调制,通过发光二极管将数据发送出去;采用专门的解调芯片接受红外发送来的数据。---1.2实现方法---在终端上实现数据的红外通信中,采用了图1中的电路图。
其中IFR_CLK输出频率为38kHz的方波,TXD为待发送的数据,两个信号通过有MC9013组成的电路进行调制,通过TSAL6200调制过的信号发送出去;---SFH5110—38为载波为38kHz的解调芯片,接受外部来的信号,将解调后的数据送到RXD;---在终端中,采用了以上的电路和单片机进行连接,就可以实现传统的载波(38kHz)调制解调的红外通信。其中TXD和RXD分别接在单片机的串口的发送端和接受端,IFR_CLK接在一般的IO口上。---在单片机的软件实现中,最主要的是在需要发送数据的时候用定时器在IFR_CLK口线上产生38kHz的方波。在这里,串口的速率一般较低。
---1.3缺点---(1)采用调幅进行传输,抗干扰能力差;---(2)在发送数据时,输出的功率一定时,用于信号传输的功率小,接收到的数据的信噪比小,容易误判数据;---(3)受到输出功率的影响,数据传输的距离短,速度慢;---(4)受到传输速率的影响,传输的数据量不能太大;---(5)由于没有相应的协议支持,将接收到的所有数据(包括正常的数据和干扰引起的非正常数据)送到RXD。
2红外数据通信---2.1红外数据通信的速率和物理层的数据帧格式---在红外数据传输中,对串口发送的数据采用脉冲进行调制的方式。在IrDA标准1.0中,脉冲的宽度为3/16的BIT占空比或者为固定的1.63μs的脉冲宽度。IrDA1.0简称为SIR,以系统的异步通信收发器(UART)为依托,由于受到UART通信速率的限制,SIR的最高通信速率只有115.2Kbps,也就是大家熟知的电脑串行端口的最高速率。在图2中给出了脉冲调制前的异步串口UART的数据帧格式和进行脉冲调制后的红外IR帧格式,其中,红外脉冲调制中的没有脉冲代表UART中的“1”,红外脉冲调制中有脉冲代表UART中的“0”;在没有串口数据传送时,红外数据帧中没有脉冲。
---1996年,颁布了IrDA标准1.1,即快速红外通信,简称为FIR。与SIR相比,由于FIR不再依托UART,其最高通信速率有了质的飞跃,可达到4Mbps的水平。FIR采用了全新的4PPM调制解调(PulsePositionModulation),即通过分析脉冲的相位来辨别所传输的数据信息,其通信原理与SIR是截然不同的,但由于FIR在115.2Kbps以下的速率依旧采用SIR的那种编码解码过程,所以它仍可以与支持SIR的低速设备进行通信,只有在通信对方也支持FIR时,才将通信速率提升到更高水平。对4Mbps的速率,需要使用1/4的脉冲的相位进行调制(即所谓的4PPM调制),利用脉冲四个不同的相位(位置)的一个脉冲对两个BIT进行编码。因此,前面利用脉冲有无进行调制,这里利用脉冲及脉冲的位置确定调制和解调的信号。例如,两个BIT00调制为1000(一个BIT,其中第一个1/4BIT时间有脉冲,其他3/4时间无脉冲),两个BIT01调制为0100(一个BIT,其中第二个1/4BIT时间有脉冲,其他3/4时间无脉冲)。这样,用4个脉冲就可以传输一个字节的数据量。
在和终端进行通信的设备中,数据的传输通常以系统的异步通信收发器(UART)为依托,我们只需要采用符合IrDA标准1.0的红外器件。目前,红外数据传输芯片包括两种,一种以HP公司HSDL-1000芯片为代表,HSDL-1000的一端输入为符合IrDA1.0标准的红外数据,一端为异步通信(UART)数据,可以直接用在终端中作为UART和红外数据的转换器。另外一种以Zilog生产的ZHX1810为代表,只是将红外信号转换为电信号,或将电信号转换为红外信号的红外收发器件,这种芯片在终端设备中需要应用时,需要将脉冲转换为异步通信的数据,或将异步通信的数据转换为脉冲信号方可使用。---2.2采用脉冲进行调制的原因---红外接收器需要一种方式来区分周围的干扰,噪声和信号。为了这个目的,通常利用尽可能高的输出功率:高的功率表示在接收器中的大电流,有好的信噪比。然而,IR-LED(红外灯)不可能在全部的时间连续的以高功率进行数据的发送。因此,使用每个BIT只有3/16或1/4脉冲宽度的信号进行传输。这样,输出的功率可以达到IR-LED(红外灯)连续闪烁的最大功率的4~5倍。另外,传输的途径不会携带直流成分(由于接收器连续的适应周围的环境,只检测环境变化),这样必须利用脉冲调制。---2.3红外数据通信的协议---在红外数据通信中,很容易受到外界的干扰,只有符合一定格式的数据才是正确的数据。为此,IrDA标准指定三个基本的规范和协议,包括:物理层规范(PhysicalLayerLinkSpecification),连接建立协议(LinkAccessProtocol:IrLAP)和连接管理协议(LinkManagementProtocol:IrLMP)。物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求,IrLAP和IrLMP为两个软件层,负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上,针对一些特定的红外通信应用领域,IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议,如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P等。它们之间的关系如图3所示。
---奥克码—桑夏PPC2188型PDA的操作系统为桑夏2000操作系统,该操作系统为嵌入式的中文操作系统,其中有支持红外通信的IrDA红外通信协议栈。终端需要和PDA进行红外通信的时候,也需要有支持红外通信的IrDA红外通信协议栈。有了支持红外通信的IrDA红外通信协议栈,终端不仅可以和PDA进行通信,也可以同带有红外通信口的笔记本电脑、手机、掌上电脑、数码相机等进行红外通信。
3实现终端与PDA的红外通信---在终端设备中,要实现和PDA的红外通信,除了要实现将红外数据转换为UART数据,还需要编制IrLAP和IrLMP层的协议。为了降低成本,我们直接采用了红外收发器件ZiLOG生产的红外收发器作为物理层的部分器件,而将脉冲和UART之间的数据转换用软件来实现。目前,实现了以下的硬件和软件的研制和测试,这种终端与PDA的红外通信是可靠的。---3.1ZHX1810
---ZiLOG为OEM客户和最终用户提供了完整的红外数据收发方案。ZiLOG的红外收发器被广泛的应用于各种PDA产品,移动电话以及相关领域中。---最新公布的几款红外收发器ZHX1403,ZHX3403,以及ZHX1203,他们都具有极小巧的外型尺寸,ZiLOG称之为Ultraslim结构。此外ZHX1403和ZHX3403还具有AlwaysOn技术,使得长时间的红外功能开启成为了可能,这无疑为红外设备的应用增加了更多的可能性。---在本系统的设计中,采用了ZiLOG的ZHX1810。由于红外收发器也可以接收到自己发出的数据,实现的红外数据通信是半双工的。---在图4中给出了ZHX1810的内部结构。---LEDA:通过一个外接的电阻接到电源上,给LED提供电流。---TXD:用来传输串行数据。通过一个电阻接到地上,当关闭模式时处于开路状态。---RXD:用来接收串行数据(在关闭模式时处于三态),不需要外接电阻。---SD:用来将内部的电路控制在关闭模式。---在Vcc和GND之间接一个0.33μF的电容。---3.2硬件组成---为了使终端的功能和红外通信之间相对独立,我们利用了单独的单片机AT89C2051实现红外协议栈中的相关协议。AT89C2051接收到TXD发来的数据,进行处理之后将UART数据转换为对应的脉冲数据,通过ZHX1810发送出去;AT89C2051接收到ZHX1810发送来的脉冲数据,根据IrDA的相关协议栈进行解释后,将数据通过RXD以UART数据形式发送出去。从而实现红外通信。---图5中的硬件电路是实现红外通信的最低硬件配置。如果需要适应不同的波特率,需要在硬件图中加跳线来识别。如果需要实现完整的IrDA协议栈,需要在电路中加上IIC总线的存储单元;或者采用带有数据总线和地址总线的单片机,加上RAM(如HM6116)来实现。---在这里,由于桑夏公司的奥克码—桑夏PPC2188型PDA可以跳过IrDA协议栈中的连接建立协议层和连接管理协议层,只需要实现物理层的部分功能,终端采用如下的电路图就可以实现和奥克码—桑夏系列的PDA之间的红外通信。
---3.3软件实现的功能和流程---软件实现的功能如下。---软件的编写是终端和PDA进行红外通信的重点,考虑到软件的可移植性和程序执行的速度,采用了C语言进行编写,主要需要实现的功能如下:---(1)根据跳线识别不同的波特率,支持的波特率的传输范围为1200bps~57600bps;---(2)由于设置红外默认的状态为接收状态;---(3)物理层判断红外口有无接收到脉冲数据,将接收到的脉冲进行解释后送到红外数据接收缓存区;---(4)实现连接建立协议层IrLAP,和PDA建立连接;注意,这种建立的连接是单工的,只有在该次通信完成时才建立下次的连接;---(5)实现连接管理协议层IrLMP的功能;---(6)将从红外接收的数据通过RXD送到终端的异步串口接收端;---(7)从终端的异步串口发送端接收数据,根据IrDA协议栈,和PDA建立连接后,将从终端接收到的数据通过红外发送到PDA;---在软件的实现中,对终端的数据传输而言,数据是进行半双工的透明的传输。---软件的流程如图6所示。
4总结---为了便于将这样的模块应用于各种带有红外的移动终端设备的红外数据通信,我们采用了单独的MCU来实现串口数据和红外数据之间的转换。由于波特率的传输范围为1200~57600bps,我们只实现了目前广泛使用的SIR标准通信。该模块已经应用在和PDA红外通信的电路中,性能稳定。
参考文献1何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社,19982InfraredDataAssociationSerialInfraredPhysicalLayerSpecification3ZHX1810SlimLine(tm)SIRTransceiver
Q4:红外线通信的介绍
红外线通信是一种利用红外线传输信息的通信方式。可传输语言、文字、数据、图像等信息。传输角度有一定限制
Q5:什么是红外线通信?
利用红外线来传输信号的通信方式,叫红外线通信。由于红外线能像可见光一样集中成很窄的一束发射出去,因此红外线通信有两个最突出的优点:①不易被人发现和截获,保密性强;②几乎不会受到电气、天电、人为干扰,抗干扰性强。此外,红外线通信机体积小,重量轻,结构简单,价格低廉。但是它必须在直视距离内通信,且传播受天气的影响。在不能架设有线线路,而使用无线电又怕暴露自己的情况下,使用红外线通信是比较好的。
Q6:智能电表的红外通信
红外线发射是利用单片机SSU7301的串行数据发送口TXD(P3.1)控制驱动三极管BG1进行二进制数据“0”和“1”的传输(数据由串行发送缓冲器SBUF中送出),以及利用P3.4口控制驱动三极管BG2进行高频38.4kHz调制(高频驱动信号由定时器/计数器T0的方式2自动重装模式产生),从而可靠地实现了红外发射管D1在传输数据“0”时进行高频红外发射和数据“1”时被截止的发射功能。状态关系见表1。
采用51系列单片机,亿光生产超毅电子供应的红外接收器和红外发射管,以及单片机串行口、2个定时器/计数器可以有效地实现红外通信功能。
智能电表上装的都是红外接口,也是智能电能表中使用最为普遍的通信方式,能够有效的实现抄表、编程、校时、数据管理等功能,拥有可靠、直观、简便、廉价的各种优点。
关于红外通信和红外通信的优点的介绍到此就结束了,不知道你从中找到你需要的信息了吗?如果你还想了解更多这方面的信息,记得收藏关注本站。
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