龔思揚(yáng)

（煙臺(tái)大學(xué) 山東 煙臺(tái) 264005）

紅外收發(fā)模塊在家用水表中的應(yīng)用

龔思揚(yáng)

（煙臺(tái)大學(xué) 山東 煙臺(tái) 264005）

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。

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)備多為單向無線控制，比如電視和空調(diào)遙控等。Vishay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 Mbit/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[1]有：

1）小尺寸（2.7 mm×3.33 mm×7.98 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)射的陽極，該引腳通過一個(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[2-3]。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。

圖1 紅外管連接圖Fig.1 Principle diagram of TFBS6614

TFBS6614收發(fā)的數(shù)據(jù)僅為2 μs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)可以用來檢測(cè)紅外管是否在正常工作。

圖2 5 V轉(zhuǎn)LOGIC電壓Fig.2 Generating voltage LOGIC by 5 V

圖3 發(fā)送信號(hào)波形Fig.3 Waveform of sending signals

圖4 回聲信號(hào)波形Fig.4 Waveform of echo signals

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)[4]。TOIM4232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，可通過控制引腳S1和S2來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)閉紅外傳輸過程。

圖5 調(diào)制解調(diào)芯片連接圖Fig.5 Principle diagram of TOIM4232

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[5]，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。

圖6 拉長(zhǎng)的信號(hào)波形Fig.6 Waveform of stretching signals

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，工作人員即可通過一個(gè)帶有相應(yīng)紅外功能的手持裝備在不超過1 m處與水表通信來獲取所需信息。單片機(jī)通過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)通過紅外將水量等信息發(fā)送出去[6]。應(yīng)用框圖如圖8所示。

圖7 縮短的信號(hào)波形Fig.7 Waveform of shortening signals

圖8 紅外模塊與水表連接圖Fig.8 Diagram of connection with infrared module and water meter

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。

圖9 手持設(shè)備程序流程圖Fig.9 Program flow chart of hand device

5 結(jié) 論

圖10 水表模塊程序流程圖Fig.10 Program flow chart of water meter module

本設(shè)計(jì)通過單片機(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)，可以用來實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備電氣化、數(shù)字化和無線化，這將成為未來家庭設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)。

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Application of infrared transceiver module in the household water meters

GONG Si-yang
（Yantai University，Yantai264005，China）

For realizing the function of getting the information of water meter system at a distance，the design of remote communications with infrared transceiver module and the hardware and software design of the system are proposed.The infrared part of the hardware uses the infrared transceiver module TFBS6614 and endec IC TOIM4232.The program is completed with the software ICC AVR.The waveform of signals can be got rightly.The system is characterized by operating simply and communicating exactly after practice.The system is suitable for the design.

infrared communication；TFBS6614；TOIM4232；household water meter

TN911

A

1674－6236（2012）04-0130-03

2011-12-12 稿件編號(hào)：201112069

龔思揚(yáng)（1987—），男，山西朔州人，碩士研究生。研究方向：信號(hào)與信息處理。