紅外通訊有著成本低廉、簡單易用和結(jié)構(gòu)緊湊的特點，因此在小型移動設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，紅外通訊主要應(yīng)用于遙控和 數(shù)據(jù)通信這兩方面。紅外遙控的特點為距離較近，但所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，一般僅為幾個至十幾個字節(jié)的控制碼。而數(shù)據(jù)的紅外通訊乃是最近幾年剛興起的一種較新的技術(shù)，它具有數(shù)據(jù)傳輸量大，傳 輸速率高等特點，IrDA通訊協(xié)議即為此類技術(shù)的一個標準，它的速度選擇很寬，有4種

1)9600bits/s~115.2Kbits SIR)；

2)576Kbits/s~1.152Mbits/sMIR)；

8)4Mbits/s FIR)；

4)16Mbits/s 或更高 VFIR)。

但其有一個弱點即傳輸距離比較近，至多可達到1m。在多功能電表中，紅外遙控器須在10m內(nèi)對多功能電表實施全功能操作。對于這種利用紅外進行較遠距離數(shù)據(jù)傳輸而言，普通的紅外遙控或IrDA 協(xié)議都無法滿足要求，因此要更深刻地研究該領(lǐng)域的技術(shù)。下面我們分別介紹遠距離紅外數(shù)據(jù)通信在多功能電表應(yīng)用中的幾個主要問題。

在遠距離紅外數(shù)據(jù)通信中，要將數(shù)據(jù)脈沖信息調(diào)制后再驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，經(jīng)紅外接收器接收調(diào)制后的紅外光并解調(diào)為數(shù)據(jù)脈沖才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。其信號的調(diào)制特性見圖1。載波頻率為38kHz±1kHz。

在紅外通訊電路中，紅外收發(fā)器件的性能是至關(guān)重要的?，F(xiàn)在市場上的紅外收發(fā)器件無外乎應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信的IrDA器件與遙控器件。鑒于IrDA傳 輸距離近、成本低的特點，在應(yīng)用于遠距離紅外數(shù)據(jù)通信時，一般采用紅外遙控器件來實現(xiàn)紅外通信。通過大量的對比、篩選和實驗，最終我們選擇了VISHAY公司的TSAL6200紅外發(fā)射器和 TSOP1888紅外接收器。

2.1 紅外發(fā)射管TSAL6200

當(dāng)前所采用的發(fā)射器件一般為紅外發(fā)光二極管，它的伏安特性與普通二極管相似。一般小功率管的正向壓降！=1?1.!V,中功率管！"=1.6?1.8V,大 功率管！"！2V，在驅(qū)動電路設(shè)計中應(yīng)注意驅(qū)動電壓大于紅外發(fā)光管的正向壓降!"，以克服死區(qū)電壓產(chǎn)生正向電流If，圖2為TSAL6200紅外發(fā)光二極管 的正向電壓與正向電流的特性曲線。紅外發(fā)光管應(yīng)工作在線性區(qū)，根據(jù)實際需要選 擇IF的大小以滿足通訊距離的要求。由于現(xiàn)在大多 數(shù)紅外發(fā)光二極管為球面透鏡封裝，紅外發(fā)射二極管的發(fā)射指向角較小。為改善發(fā)射光線的指向特性，使之在較寬的偏移距離內(nèi)均能正常工作，應(yīng)采 用多管并發(fā)的方法。在發(fā)射管的選型時應(yīng)注意以下幾個主要參數(shù)：

1)正向工作電流IF

是指紅外發(fā)射二極管長期工作時，允許通過的最大平均正向電流。若紅外發(fā)射二極管長期超過IF運行，會因過熱而燒壞，在這里推薦使用#F=100mA 的紅外發(fā)射二極管作數(shù)據(jù)通訊較為適宜。

2)光功率

是指輸入到發(fā)光二極管的電功率轉(zhuǎn)化為紅外光輸出功率的那一部分。光功率越大，發(fā)射距離越遠。因此，在IF相同水平的紅外發(fā)射二極管中應(yīng)選 用光功率較大的紅外發(fā)射二極管。

8)峰值波長"

是指紅外發(fā)光二極管所發(fā)出近紅外光中光^Pubi尬接收器在其光軸上距接收器表面10mm處紅外光最大值所對應(yīng)的發(fā)光波長。在遠距離紅外通訊中，一般選用波長為940nm或950nm的紅外發(fā)射二極管。

4)反向漏電流IR

是指紅外發(fā)射二極管未被反向擊穿時的反向電流。在選型時應(yīng)選用反向電流小的發(fā)光管。我們選用的德國VISHAY公司的TSAL6200砷化鎵紅外發(fā)射二極管，它為藍灰色塑膠封裝。表1列出了其常用參數(shù)值。

紅外通訊與其它通訊方式一樣，都會受到環(huán)境條件的限制及干擾。紅外通訊的干擾源主要是白熾燈光與太陽光。紅外接收器的輸出電流為

I= !2eSAEn$f式中e—常數(shù)；

S——受光強度；

A受光面積；

En——照度；

$+ 帶寬。

上式表明，使用帶有濾光器的接收器能夠減少光噪聲對輸出電流的影響；上式還表明加大紅外信號的受光面積和受光強度也是提高靈敏度的有效途徑。因而提高紅外發(fā)射二極管的發(fā)射功率及選用帶有透鏡聚焦的接收器是提高抗干擾能力的有效方法。在選型時還必須嚴格注意紅外接收器的以下幾項指標：

1)響應(yīng)頻率/。

是指接收器的光響應(yīng)中心頻率，此頻率應(yīng)與發(fā)射電路脈動光調(diào)制頻率嚴格保持一致。

2)8dB帶寬

是指接收器中的帶通濾波器的帶寬，此帶寬應(yīng)盡可能小，一般在/o±10%內(nèi)為宜。

8)紅外光輻射照度

光輻射照度Ee應(yīng)能滿足如下條件，且盡可能小為宜。

4)光透鏡

指接收器受光面的聚焦濾波透鏡，此透鏡對于提高可靠性、濾除光噪聲至關(guān)重要，故在選型時須注意選用帶光透鏡的產(chǎn)品。

5)光照指向角

此角度越大，可使接收器在越寬的范圍內(nèi)工作，一般應(yīng)選30。以上的接收器。

6)脈沖占空比

是指接收器在接收已調(diào)制的脈沖光信號時，一個最小周期內(nèi)有光時間tp與周期T的比值，此比值對于抗光噪聲干擾有重要的作用。由于光噪聲一般是連續(xù)光或連續(xù)脈沖光。對于連續(xù)光一般接收器中的帶通濾波器能較好地將其濾去。而連續(xù)脈沖光，如不作特殊處理則無法與正常信號區(qū)分開來。一些廠家生產(chǎn)的接收器利用脈沖占空比的方法將連續(xù)脈沖光干擾作了抑制。圖3和圖4為TSOP1838輸出函數(shù)和脈沖占空比與光輻射照度關(guān)系的示意圖。

需的光輻射能量急劇上升，所以已調(diào)制的信號所產(chǎn)生的脈沖光只要符合t/T>0.85這個條件，接收器就可以很好地接收信號，而連續(xù)脈沖光干擾則需要很大的光照能量才能可形成干擾，這一特性對數(shù)據(jù)通 訊的可靠性提供了有力的保證。

2器件的選擇

1遠距離紅外數(shù)據(jù)通信工作原理

我們選用德國VISHAY公司的TSOP1838紅外接收器，為帶濾光器的集成一體化紅外接收模塊，塑料封裝可濾除可見光，檢波輸出信號可直接由微處理器譯碼。其特性參數(shù)如表2所示。

表2 TSOP1838常用參數(shù)值

3紅外接口電路設(shè)計

多功能電能表中紅外接口電路，主要由紅外發(fā)射和紅外接收兩個部分組成?？刂菩酒捎?/span>51系列的89C52單片機，由它來控制調(diào)制后紅外光信號的傳輸、校驗和編解碼處理。在電路設(shè)計時，為提高傳輸速率，方便與異步串口的聯(lián)接及節(jié)省編解碼的開銷，直接將89C52的輸出串口TXD進行38kHz調(diào)制，然后驅(qū)動紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線。接收也是從紅 外接收模塊的輸出直接進入89C52的輸入串口RXD，信息傳輸距離>10m。圖5為紅外發(fā)射電路，振蕩電路由邏輯門與RC阻容元件構(gòu)成，振蕩頻率調(diào) 整在38kHz±1kHz，當(dāng)然頻偏越小越好。雙管串聯(lián)是為了增大發(fā)射指向角，以便使有效接收面積擴大。

圖5紅外發(fā)射電路圖6為紅外接收電路，TSOP1838的輸出端直^所接與單片機的RXD連接用疊層電路基板，以及采用先進的貼裝技術(shù)和微組裝技術(shù)。

導(dǎo)磁性鎳鋅材料、高導(dǎo)磁性鋅錳材料、導(dǎo)電熱塑性塑料、導(dǎo)電熱固性塑料等新型材料在微機化儀器中的使用，也可提高其整體的抗干擾能力，并降低設(shè)計成本。

隨著纖維科學(xué)、集成光學(xué)技術(shù)和全息技術(shù)的發(fā)展，光纖通信已進入實用階段。光纖傳送信號利用了光技術(shù)所具有的高密度傳送信息和電磁高隔離性的特征，從本質(zhì)上可較有效地排除電磁干擾。因此，光技術(shù)的應(yīng)用以及光子計算機的研發(fā)，必將使未來各種先進的微機化儀器的電磁兼容性提高到一個嶄新的水平。

8結(jié)束語

  隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和儀器儀表測量技術(shù)的進一步提高，微機化儀器勢必逐步取代傳統(tǒng)測量儀器。在這類儀器及其系統(tǒng)的設(shè)計過程中，不能再像傳統(tǒng)的電工設(shè)備那樣，直到電磁兼容性問題出現(xiàn)后才提出改進措施，而應(yīng)在生產(chǎn)、構(gòu)建儀器及其系統(tǒng)的前期，就考慮其具有的計算機與測量儀器兩方面的特征，對可能的電磁兼容性問題加以預(yù) 測，之后，采用軟件、硬件和軟硬件相結(jié)合的方法進行電磁兼容性設(shè)計，以切實提高微機化儀器的穩(wěn)定性、可靠性和準確度。