紅外收發(fā)模塊在家用水表中的應(yīng)用

摘要：為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程獲取水表系統(tǒng)中的信息，提出了使用紅外收發(fā)模塊遠(yuǎn)程通信的設(shè)計(jì)方案，并完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。硬件中紅外部分采用串行紅外收發(fā)模塊TFBS6614及其調(diào)制解調(diào)模塊TOIM4232，軟件采用ICC AVR編程，能夠得到正確的信號(hào)波形。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、通信準(zhǔn)確的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：紅外通信；TFBS6614；TOIM4232；家用水表

    隨著電子技術(shù)的發(fā)展，家用設(shè)備也在不斷更新，無(wú)線設(shè)備的出現(xiàn)為使用者提供了很多的便利，但現(xiàn)用家庭設(shè)備多為單向無(wú)線控制，比如電視和空調(diào)遙控等。Vislaay公司研制的紅外收發(fā)模塊TFBS6614將接收與發(fā)送功能集成到一個(gè)模塊，將其裝在家用設(shè)備比如水電表上即可獲取或發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)和指令。下面詳細(xì)介紹之。

1 TFBS6614串行紅外收發(fā)模塊
    TFBS6614是vishay公司推出的低剖面(2．7 mm)串行紅外收發(fā)模塊。波特率可選2 400 bit／s～4 Mbi／s。內(nèi)置一個(gè)光電二極管、一個(gè)紅外發(fā)射器和一個(gè)低壓控制集成電路。該模塊可應(yīng)用在PDAs、手機(jī)、筆記本、臺(tái)式機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、外部紅外適配器(電子狗)、診斷系統(tǒng)、醫(yī)療和工業(yè)數(shù)據(jù)收集器和GPS等產(chǎn)品上。
    TFBS6614的主要特性有：
    1)小尺寸(2．7 mmx3．33 mmx7．98 mm)
    2)典型的m連接長(zhǎng)度，遠(yuǎn)程控制范圍為20 m
    3)電池和電源管理特性：
    ①接收時(shí)典型電流為2 mA
    ②關(guān)閉時(shí)典型電流為10 nA
    ③紅外發(fā)射二極管獨(dú)立供電
    ④寬范圍供電電壓2．7～5．5 V
    ⑤高電壓下噪聲抑制大于100 mVPP
    4)允許發(fā)送回聲
    5)對(duì)熒光噪聲和交流磁場(chǎng)有很高的免疫力，不需要額外的保護(hù)
    6)高直流環(huán)境抑制--可在戶外工作
    TFBS6614原理圖如圖1所示，引腳Vcc2A為紅外發(fā)射的陽(yáng)極，該引腳通過(guò)一個(gè)外接電阻與Vcc相接。引腳Cathode為紅外發(fā)射的陰極，在模塊內(nèi)部與輸出驅(qū)動(dòng)相連。引腳TxD與RxD分別為串行數(shù)據(jù)輸出與輸入接口。引腳SD為關(guān)閉引腳，該引腳默認(rèn)高電平，當(dāng)其為低電平時(shí)，紅外傳輸模塊關(guān)閉。

    引腳VLOGIC為紅外管獨(dú)立供電，產(chǎn)生電壓VLOGIC電路圖如圖2所示。

    TFBS6614收發(fā)的數(shù)據(jù)僅為2μs的脈沖，如圖3所示，圖中以TFBS6614一直發(fā)送0XEB為例，在紅外管發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)其接收引腳會(huì)產(chǎn)生回聲信號(hào)，如圖4所示。由于此紅外管對(duì)焊接溫度要求較高，所以設(shè)定回聲信號(hào)可以用來(lái)檢測(cè)紅外管是否在正常工作。

2 TOIM4232調(diào)制解調(diào)模塊
    當(dāng)使用單片機(jī)與TFBS6614直接相連時(shí)接收不到紅外信號(hào)。因此需要一個(gè)能將紅外管的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的信號(hào)。TFOIM4232是vishay公司針對(duì)其本公司的紅外管研制的一款解碼集成電路芯片。在發(fā)送數(shù)據(jù)到紅外管時(shí)，TOIM4232將RS232信號(hào)壓縮到適合紅外管接收的脈沖。在接收紅外管數(shù)據(jù)時(shí)，TOIM4232根據(jù)工作波特率將接收到的紅外脈沖拉長(zhǎng)至合適的寬度。另外，TOIM4232需要一個(gè)3．686 4的晶振提供時(shí)鐘，使用2．7～3．6 V電壓供電，但其引腳能承受5 V的信號(hào)輸入。

    TOIM4232原理圖如圖5所示，引腳RESET高電平使能，復(fù)位所有內(nèi)部寄存器，復(fù)位后，傳輸速度為9 600 bit／s，脈沖寬度為1．627 μs。引腳BR／D為波特率控制／數(shù)據(jù)引腳，當(dāng)該引腳為1時(shí)，TOIM4232處于編程模式，可通過(guò)控制引腳S1和S2來(lái)控制波特率和脈沖寬度，當(dāng)其為0時(shí)，TOIM4232處于數(shù)據(jù)通信模式，即實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)功能。引腳VCC_SD為模塊關(guān)閉控制信號(hào)端，可用于關(guān)閉紅外傳輸過(guò)程。
    TOIM4232使用3．3 V供電。當(dāng)其兩端即單片機(jī)與紅外管均為5 V供電時(shí)，則中間不需要電平轉(zhuǎn)換，直接相連即可。TOIM4232左側(cè)的RD232和TD232分別與單片機(jī)的串口引腳RXD和TXD相接，右側(cè)的RDIR和TDIR分別于紅外管的RxD和TxD相接，實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)功能。根據(jù)實(shí)際測(cè)試，單片機(jī)與紅外的通信波特率采用默認(rèn)速率9 600 bit／s滿足項(xiàng)目數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。

    同樣以一直收發(fā)數(shù)據(jù)0XEB為例，在TOIM4232與單片機(jī)和紅外管相連一端的波形分別如圖6和7所示。

3 在水表中的應(yīng)用
    現(xiàn)用家庭水表經(jīng)常會(huì)因?yàn)橛杏倌噙M(jìn)入表盤中或者水表安裝在角落或井中而造成讀表不方便。將紅外模塊嵌入水表中，工作人員即可通過(guò)一個(gè)帶有相應(yīng)紅外功能的手持裝備在不超過(guò)1 m處與水表通信來(lái)獲取所需信息。單片機(jī)通過(guò)AD功能獲取水表上的信息。每個(gè)水表都設(shè)有一個(gè)標(biāo)識(shí)，在接收到手持裝備發(fā)送的正確標(biāo)識(shí)后水表中的單片機(jī)通過(guò)紅外將水量等信息發(fā)送出去。應(yīng)用框圖如圖8所示。

4 軟件設(shè)計(jì)
    水表模塊中的紅外管一直保持接收狀態(tài)，當(dāng)接收到手持設(shè)備發(fā)送的特定標(biāo)識(shí)碼后兩者開(kāi)始通信。另外為防止紅外管的回聲功能對(duì)其接收的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，紅外管在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)要關(guān)閉其接收功能，其他時(shí)刻保持接收。本設(shè)計(jì)分為手持設(shè)備和水表模塊兩部分，程序流程圖分別如圖9和10所示。

5 結(jié)論
    本設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)與紅外模塊及其調(diào)制解調(diào)模塊實(shí)現(xiàn)了紅外水表系統(tǒng)，為人們生活提供了方便。使用此模塊開(kāi)發(fā)一個(gè)系統(tǒng)具有周期短、通用性強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)備簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳輸快、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。紅外模塊抗噪聲能力強(qiáng)，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備電氣化、數(shù)字化和無(wú)線化，這將成為未來(lái)家庭設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)。