空調器在生產線裝配完成后，都要上檢測線檢測致冷、致熱功能的各項技術指標，這些主要的檢測項目有溫度、壓力、電耗等。空調器在檢測線上是邊前進邊檢測，每一空調器在空運行、制冷、制熱一定時間后都要在設定的位置將運行的溫度、壓力、電耗等檢測數據以及空調器的產品序號在行進中通過無線通信方式傳送給數據管理主計算機。由于空調器的生產量很大、因而產生的數據量也很大，這就要求檢測線上的隨行自動檢測裝置能夠準確、快速、成功地實現與數據管理的計算機無線通信和交換數據。無線通信的好處是可以卻除設備對線纜和連接器的依賴，空調器自動檢測可連續進行，只要通信雙方都支持一定的協議，就能很快地建立通信鏈路，并實現數據交換。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。而現在生產的PC機主板上也大都預留了紅外線接口，只要選配合適的紅外收發模塊就能實現紅外無線數據通信，其成本甚至低于線纜通信。

實現無線數據通訊有多種方式，當前流行的主要是藍牙技術和紅外通信技術。而IrDA紅外通信是一種價格較低、適應性廣的短距離無線通訊技術。

1、IrDA及其通信協議

IrDA即紅外數據協會，全稱The Infrared Data Association，是1993年6月成立的一個國際性組織，專司制訂和推進能共同使用的低成本紅外數據互連標準，支持點對點的工作模式。由于標準的統一和應用的廣泛，更多的公司開始開發和生產IrDA模塊，技術的進步也使得IrDA模塊的集成越來越高，體積也越來越小。IrDA1.0可支持最高115.2kbps的通信速率，而IrDA1.1可以支持的通信速率達到4Mbps。

IrDA（紅外數據協會）的宗旨是制訂以合理的代價實現的標準和協議，以推動紅外通信技術的發展。

IrDA數據通信按發送速率分為三大類：SIR、MIR和FIR。串行紅外（SIR）的速率覆蓋了RS-232端口通常支持的速率（9600b/s～115.2kb/s）。MIR可支持0.576Mb/s和1.152Mb/s的速率；高速紅外（FIR）通常用于4Mb/s的速率，有時也可用于高于S1R的所有速率。

在IrDA中，物理層、鏈路接入協議（Irlan）和鏈路管理協議（IrLMP）是必需的三個協議層。除此之外，還有一些適用于特殊應用模式的可選層。

在基本的IrDA應用模式中，設備分為主設備和從設備。主設備用于探測它的可視范圍，尋找從設備，然后從那響應它的設備中選擇一個并試圖建立連接。在建立連接的過程中，兩個設備彼引協調，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“協調”過程都是在9.6kb/s的波特下進行的。

IrDA數據通信工作在半雙工模式，因為在發射時，接收器會被發射的光芒所屏蔽。這樣，通信的兩個設備將通過快速轉和鏈路來模擬全雙工通信，并由主設備負責控制鏈路的時序。

IrDA協議按層安排，應用程序的數據逐層下傳，最終以光脈沖的形式發出。IrLAJ和lrLMP是協議中牧師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協議（IrLAP），它是HDLC（高級數據鏈路控制）協議的改編，以適應紅外傳輸的要求。IrLAP層的工進行鏈路初始化、設備地址尋找和解決沖突、啟動連接、數據交換、斷開連接和鏈路關閉等。IrLAP用于指定紅外數據包的幀和字節結構，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議，即IrLMP，主要用于管理IrLAP所提供的鏈路連接中的鏈路功能和應用程序以及評估設備上的服務，并管理如數據速率、BOF的數量（幀的開始）及連接換向時間等參數的協調，以及數據的糾錯傳輸等。

IrDA物理層協議提出了對工作距離、工作角度（視角）、光功率、數據速率不同品牌設備互聯時抗干擾能力的建議。當前紅外通訊距離最長為3米，接收角度為30度。

2、空調檢測線IrDA設計與實現

2.1 物理層協議的實現

IrDA物理層協議的設計保證了0～1米范圍內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、數據速率和噪聲去除的規范，以保證檢測線上隨行數據采集裝置和固定數據管理計算機的設備之間的物理互連性。協議也考慮了周圍的光照或其他噪聲源的存在以及參與IR通信的一些檢測設備間的干擾。協議要求合理選擇發射器的光強度和接收器的靈敏度，以保證鏈路能在0～1米的距離內工作。

圖1給出了IrDA物理層的方框圖。數據速率小于4Mb/s時，使用RZI（歸零反轉）調制，最大脈沖寬度是位周期的3/16；而在4Mb/s的數據速率時，使用4PPM（脈沖位置）調制。IrDA要求的RZI（反相歸零）調制的編碼效果如圖2中的IR幀數據所示。4PPM調制如圖3所示。兩個數據位組合在一起可組成一個500ns的“數據碼元組”。這一碼元組可分為四個125ns的時隙。并可根據碼元組的狀態在不同的時隙放置單脈沖。解調器在將輸入位流的相位鎖定后，即可根據脈沖在500ns周期中的位置來解出數據。這一方案需要的編碼/解碼器可以集成在1/0芯片中，也可作為一個獨立元件。空調器檢測線采用安捷倫紅外通信器件，此產品在耗電、體積、和價格方面都有很大優勢，在小型移動電話、傳呼機，筆記本電腦、臺式PC機、視窗CE掌上產品、個人數字助理（PDA）和數字影象產品中廣泛采用。

2.2 硬件電路的設計

空調器檢測線隨行數據采集裝置的核心MCU可選用ATMEL公司的RISC單片機90S2313，它的串口能夠支持與IrDA兼容的LED收發器，并且可以直接與之相連。

紅外收發器選用AGILENT公司的HDSL-3201和HDSL-3600。2.5毫米高的HDSL-3201的代電電壓范圍為2.7V到3.6V，但LED驅動電流應從內部補償恒定32mA，以保證符合IrDAr DATA1.2（低功耗）物理層協議指標的要求。該產品的傳輸距離一般為30厘米，可支持9.6kb/s～115.2kb/s的數據傳輸速率。4毫米高的HDSL-3600的典型鏈路傳輸距離可大于1.5米，通過管腳FIP-SEL能選擇可以接收的數據速率。當FIR-SEL設為低電平時，最高速率為115.2kb/s；設為高電平時，最高速率可達4Mb/s。同時，還有兩個管腳MDO和MD1用來選擇發光功率。用戶可以根據自己的需要來設定，以達到在短距離通信情況下省電的目的。圖4給出了HSDL-3600的管腳說明及典型外圍電路。

2.3 IrDA紅外通信的數據流

空調器檢測裝置工作在SIR模式下，所有在TXD/RXD管腳和90S2313的UART之間傳送的串行數據都是根據SIR IrDA標準來調制/解調。邏輯0由一個3/16位寬或1.6μs寬的光脈沖代表（1.6μs是最高位速率115.2kbps的位寬的3/16）。0位的開始對應脈沖的上升沿。邏輯1由無光脈沖代表。字節首先從LSB開始發送。每幀由起始位、8位數據、停止位組成，無奇偶校驗。

由于空調器檢測裝置的通信數據量不大，因此，采用SIR模式即可滿足要求。而在FIR模式下，通信過程就復雜多了，所有在TXD/RXD管腳和微處理器的HSSP（高速串行/并行）接口之間傳送的串行數據都是根據4PPM IrDA標準來調制/解制的。編碼時，把一個字節分為四個單獨的碼元組（2位一對），最低的碼元組首先傳送，但每個碼元組不重新排序。這樣，一個字節就被分成了四個“片”（每片500ns），每個“片”分為四個時隙（每個時隙125ns）。

可用微處理器中的高速串行/并行（HSSP）接口來實現特殊的4Mb/s協議。其串行幀格式為：

引導標志用來接收同步。接收開始時，使用串行移位寄存器從RxD2管腳接收四個4PPM片，然后一次鎖存并解碼這些片。如果這些片不能解碼為正確的引導標志，則時隙計數將延遲1，并重復以上過程，直到辨認出引志標志并使標志時隙計數器同步為止。引導標志最少重復16次。由于空閑時（無發送數據）的不斷重復，因此在16個引導標志傳送完成后的任何時候都可能收到起始標志。

當接收到8片長的起始標志后，系統將它與標準編碼進行比較。如果起始標志的任一部分和標準編碼不一樣，則告知一個幀錯誤，并且再一次開始尋找幀引導標志。一旦正確的起始標志被驗證，接下來的每組4片就被解碼為一個數據字節，并放入5字節的臨時FIFO寄存器中。當臨時FIFO被填滿后，數據值便被一個接一個地推入到接收FIFO。

一幀數據的第一個字節是8位的地址區，它是在一對多通信時用來指定接收器的。地址區最多能容納255個獨立地址（00000000～11111110）。11111111為通用地址，用于對所有站廣播信息。接收地址匹配可以激活或禁止。如果接收地址匹配激活，收到的地址將和地址匹配值比較，如果兩個值相等或輸入地址是通用地址，所有的數據字節（包括地址字節）都將存儲在接收F1FO中。如果不相符，任何數據都不能存儲到51接收FIFO，這樣，系統將忽略幀的余下部分，并開始尋找下一個引導標志。

一禎的第二個數據字節可能包括一個由用戶定義的8位可選控制區，它必須由軟件解碼，因為在HSSP中它被視為普通的數據。一禎可以包含不大于2047字節的任何多個8位數據（包括地址數據字節的能力）。其數據長度不超過CRC校驗能檢測傳輸中所有錯誤時的最大數據量。

3、前景與展望

隨著紅外通信技術的發展，其通信速率也將不斷提高，今年IrDA將推出16Mbps的甚高速紅外（VFIR）標準。IrDA紅外通信的作用距離也將從1米擴展到幾十米。近兩年興起的藍牙無線通信技術具有距離離遠、無角度限制等優點，但數據速率較低且成本高，誤碼率和保密性也不如紅外通信，因此藍芽無線通信技術還未達到完全替代紅外通信的程度。

對于空調器隨行檢測數據采集這樣的小型設備，IrDA紅外通信確為一種可靠、方便、快捷的與主計算機交換數據的低成本方案。

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