| 摘要：ＩｒＤＡ紅外通信是一種低價的、適應性廣的短距離無線通信技術。介紹ＩｒＤＡ的有關協(xié)議及實現(xiàn)方式,并給出了ＩｒＤＡ紅外通信在導航儀中的應用設計實例。 關鍵詞：紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（ＩｒＤＡ） 紅外通信 高速紅外 ４ＰＰＭ調制 高速串行／并行接口 導航儀是車載或手持的路徑引導裝置。要準確、快速、成功地實現(xiàn)路徑引導,必須有大量的、并能不斷更新的地理信息數(shù)據(jù)支持,這就要求它具有與其他設備通信并交換數(shù)據(jù)的功能。作為嵌入式設備的一員,可以選用的通信方案有：ＰＣＩ總線,ＩｒＤＡ,ＵＳＢ,Ｅｔｈｅｒｎｅｔ,ＰＣ卡及一些傳統(tǒng)的Ｉ／Ｏ。其中可以實現(xiàn)無線通信的只有ＩｒＤＡ。ＩｒＤＡ１．０支持最高１１５．２Ｋｂｐｓ的通信速率,而ＩｒＤＡ１．１可以支持到４Ｍｂｐｓ。 無線通信的好處是可以去除設備對線纜和連接器的依賴,只要通信雙方都支持ＩｒＤＡ協(xié)議,就能很快地建立通信鏈路,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 現(xiàn)在市場上６０％的筆記本電腦都支持紅外傳輸,紅外接口也成為幾乎所有的掌上電腦的必配標準件。而現(xiàn)在生產(chǎn)的ＰＣ機主板上也大都預留了紅外接口,只要選配合適的紅外收發(fā)模塊就能實現(xiàn)紅外無線數(shù)據(jù)通信�？梢�,紅外技術的迅速普及,使我們能夠最終突破數(shù)字終端之間連線的限制。 1 ＩｒＤＡ及其通信協(xié)議簡介 紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（ＩｒＤＡ）是１９９３年６月成立的一個獨立組織,它為短距離紅外無線數(shù)據(jù)通信制定了一系列開放的標準。ＩｒＤＡ的目標是制定能以合理且較小的代價實現(xiàn)的標準和協(xié)議,以推進紅外通信的發(fā)展。 ＩｒＤＡ數(shù)據(jù)通信按發(fā)送速率分為三大類：ＳＩＲ,ＭＩＲ和ＦＩＲ。串行紅外（ＳＩＲ）速率覆蓋了ＲＳ－２３２端口通常所支持的速率（９６００ ｂ／ｓ１９．２ Ｋｂ／ｓ３８．４ Ｋｂ／ｓ５７．６ Ｋｂ／ｓ１１５．２ Ｋｂ／ｓ）。ＭＩＲ指０．５７６ Ｍｂ／ｓ和１．１５２ Ｍｂ／ｓ的速率。高速紅外（ＦＩＲ）通常用于指４ Ｍｂ／ｓ的速率,有時也用于指高于ＳＩＲ的所有速率。 在ＩｒＤＡ中,物理層、鏈路接入?yún)f(xié)議（ＩｒＬＡＰ）和鏈路管理協(xié)議（ＩｒＬＭＰ）是必需的三個協(xié)議層。除此之外,還有一些適用于特殊的應用模式的可選層。 在基本的ＩｒＤＡ應用模式中,設備分為主設備和從設備。主設備探測它的可視范圍,尋找從設備。然后從那些響應它的設備中選擇一個,試圖建立連接。在建立連接的過程中,兩個設備彼此協(xié)調,按照它們共同的最高通信能力確定最后的通信速率。以上的“尋找”和“協(xié)調”過程都是在９．６Ｋｂ／ｓ的波特率下進行的。 ＩｒＤＡ數(shù)據(jù)通信工作在半雙工模式,因為發(fā)射時,接收器會被它自己的發(fā)射器的光芒所屏蔽。通信的兩個設備通過快速轉向鏈路來模擬全雙工通信,由主設備負責控制鏈路的時序。 ＩｒＤＡ協(xié)議按層安排,應用程序的數(shù)據(jù)逐層下傳,最終以光脈沖的形式發(fā)出。如圖１所示, ＩｒＬＡＰ和ＩｒＬＭＰ是協(xié)議中物理層之外所需的兩個軟件層。在物理層上的第一層是鏈路接入?yún)f(xié)議ＩｒＬＡＰ,它是ＨＤＬＣ（高級數(shù)據(jù)鏈路控制）協(xié)議的改編,以適應紅外傳輸?shù)囊�。ＩｒＬＡＰ層的功能是進行鏈路初始化、設備地址尋找和解決沖突、啟動連接、數(shù)據(jù)交換、斷開連接和鏈路關閉。ＩｒＬＡＰ指定紅外數(shù)據(jù)包的幀和字節(jié)結構,以及紅外通信的錯誤檢測方法。ＩｒＬＡＰ之上的一層是鏈路管理協(xié)議,即ＩｒＬＭＰ,它管理ＩｒＬＡＰ所提供的鏈路連接中的鏈路功能和應用程序。它評估設備上的服務,并管理如數(shù)據(jù)速率、ＢＯＦ的數(shù)量（幀的開始）、及連接換向時間等參數(shù)的協(xié)調,以及數(shù)據(jù)的糾錯傳輸。 ＩｒＤＡ物理層協(xié)議提出了對工作距離、工作角度（視角）光功率、數(shù)據(jù)速率和不同品牌設備互聯(lián)時抗干擾能力的建議。 2 導航儀中ＩｒＤＡ紅外通信的設計與實現(xiàn) 2.1 物理層協(xié)議的實現(xiàn) 這一協(xié)議的設計保證了０～１ｍ,０°～１５°的軸線偏離角的無錯通信。其中包括了調制、視角、光功率、數(shù)據(jù)速率和噪聲去除的規(guī)范,以保證不同品牌和類型的設備之間的物理互連性。協(xié)議也考慮了周圍的光照或其他ＩＲ噪聲源的存在,以及參與ＩＲ通信的設備間的干擾。 協(xié)議要求合理選擇發(fā)射器的光強度和接收器的靈敏度,以保證鏈路能在０～１ｍ的距離內工作。數(shù)據(jù)速率小于４ Ｍｂ／ｓ時使用ＲＺＩ（歸零反轉）調制,最大脈沖寬度是位周期的３／１６;而４ Ｍｂ／ｓ的數(shù)據(jù)速率使用４ＰＰＭ（脈沖位置）調制。圖１給出了ＩｒＤＡ物理層的方框圖。 ＩｒＤＡ要求的ＲＺＩ（反相歸零）調制的編碼效果如圖２的ＩＲ?guī)瑪?shù)據(jù)所示。這一方案需要的編碼／解碼器可以集成在Ｉ／Ｏ芯片中,也可作為一個獨立元件。 ４ＰＰＭ調制如圖３所示,兩個數(shù)據(jù)位組合在一起,組成一個５００ｎｓ的“數(shù)據(jù)碼元組”。將這一碼元組分為四個１２５ｎｓ的時隙,根據(jù)碼元組的狀態(tài),在不同的時隙放置單脈沖。解調器在對輸入位流的相位鎖定后,就能根據(jù)脈沖在５００ｎｓ周期中的位置來解出數(shù)據(jù)。 2.2 硬件電路的設計 導航儀的核心ＭＣＵ選用Ｉｎｔｅｌ公司的ＳＡ１１１０,它的串口２是特別為ＩｒＤＡ紅外通信設計的,內部集成了支持ＳＩＲ和ＦＩＲ的兩個獨立編碼／解碼模塊,能夠與市場上ＩｒＤＡ兼容的ＬＥＤ收發(fā)器直接相連。 紅外收發(fā)器選用ＨＰ公司的ＨＳＤＬ－３６００,它支持９．６ｋｂ／ｓ～４Ｍｂ／ｓ的數(shù)據(jù)傳輸速率,其典型鏈路傳輸距離可大于１．５ｍ。通過管腳ＦＩＲ＿ＳＥＬ能選擇可以接收的數(shù)據(jù)速率。ＦＩＲ＿ＳＥＬ設為低時,最高速率可達１１５．２ｋｂ／ｓ;設為高時,最高速率可達４Ｍｂ／ｓ。同時,它還有兩個管腳ＭＤ０和ＭＤ１,用來選擇發(fā)光功率。用戶可以根據(jù)自己的需要設定,達到在短距離通信情況下省電的目的。從表１所示的收發(fā)器控制真值表中,可以清楚地看到功能選擇的組合。
表1 收發(fā)器控制真值表 |
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