IrDA红外通信在导航仪中的应用

1、    IrDA红外通信在导航仪中的应用    IrDA红外通信在导航仪中的应用    类别：通信网络      作者：北京航空航天大学电子工程系（10083）     张文峥 李先亮 张其善    来源：电子技术应用          &

2、#160;                         摘要：红外通信是一种低价的、适应性广的短距离无线通信技术。介绍的有关协议及实现方式，并给出了红外通信在导航仪中的应用设计实例。     关键词：红外数据协会（）    红外通信 高速红外 调制 

3、60;  高速串行并行接口         导航仪是车载或手持的路径引导装置。要准确、快速、成功地实现路径引导，必须有大量的、并能不断更新的地理信息数据支持，这就要求它具有与其他设备通信并交换数据的功能。作为嵌入式设备的一员，可以选用的通信方案有：总线，卡及一些传统的。其中可以实现无线通信的只有。支持最高的通信速率，而可以支持到。     无线通信的好处是可以去除设备对线缆和连接器的依赖，只要通信双方都支持协议，就能很快地建立通信链路，实现数据交换。

4、60;    现在市场上的笔记本电脑都支持红外传输，红外接口也成为几乎所有的掌上电脑的必配标准件。而现在生产的机主板上也大都预留了红外接口，只要选配合适的红外收发模块就能实现红外无线数据通信。可见，红外技术的迅速普及，使我们能够最终突破数字终端之间连线的限制。    1 及其通信协议简介     红外数据协会（）是年月成立的一个独立组织，它为短距离红外无线数据通信制定了一系列开放的标准。的目标是制定能以合理且较小的代价实现的标准和协议，以推进红外通信的发展。  &#

5、160;  数据通信按发送速率分为三大类：，和。串行红外（）速率覆盖了端口通常所支持的速率（             ）。指    和    的速率。高速红外（）通常用于指    的速率，有时也用于指高于的所有速率。     在中，物理层、链路接入协议（）和链路管理协议（）是必需的三个协议层。除此之外，还有一

6、些适用于特殊的应用模式的可选层。     在基本的应用模式中，设备分为主设备和从设备。主设备探测它的可视范围，寻找从设备。然后从那些响应它的设备中选择一个，试图建立连接。在建立连接的过程中，两个设备彼此协调，按照它们共同的最高通信能力确定最后的通信速率。以上的“寻找”和“协调”过程都是在的波特率下进行的。     数据通信工作在半双工模式，因为发射时，接收器会被它自己的发射器的光芒所屏蔽。通信的两个设备通过快速转向链路来模拟全双工通信，由主设备负责控制链路的时序。     协

7、议按层安排，应用程序的数据逐层下传，最终以光脉冲的形式发出。如图所示，和是协议中物理层之外所需的两个软件层。在物理层上的第一层是链路接入协议，它是（高级数据链路控制）协议的改编，以适应红外传输的要求。层的功能是进行链路初始化、设备地址寻找和解决冲突、启动连接、数据交换、断开连接和链路关闭。指定红外数据包的帧和字节结构，以及红外通信的错误检测方法。之上的一层是链路管理协议，即，它管理所提供的链路连接中的链路功能和应用程序。它评估设备上的服务，并管理如数据速率、的数量（帧的开始）、及连接换向时间等参数的协调，以及数据的纠错传输。     物理层协议提出了对工

8、作距离、工作角度（视角）光功率、数据速率和不同品牌设备互联时抗干扰能力的建议。    2 导航仪中红外通信的设计与实现    2.1 物理层协议的实现    这一协议的设计保证了，°°的轴线偏离角的无错通信。其中包括了调制、视角、光功率、数据速率和噪声去除的规范，以保证不同品牌和类型的设备之间的物理互连性。协议也考虑了周围的光照或其他噪声源的存在，以及参与通信的设备间的干扰。     协议要求合理选择发射器的光强度和

9、接收器的灵敏度，以保证链路能在的距离内工作。数据速率小于    时使用（归零反转）调制，最大脉冲宽度是位周期的；而    的数据速率使用（脉冲位置）调制。图给出了物理层的方框图。     要求的（反相归零）调制的编码效果如图的帧数据所示。这一方案需要的编码解码器可以集成在芯片中，也可作为一个独立元件。     调制如图所示，两个数据位组合在一起，组成一个的“数据码元组”。将这一码元组分为四个的时隙，根据码元组的状态，在不同的时隙放置单脉

10、冲。解调器在对输入位流的相位锁定后，就能根据脉冲在周期中的位置来解出数据。    2.2 硬件电路的设计     导航仪的核心选用公司的，它的串口是特别为红外通信设计的，内部集成了支持和的两个独立编码解码模块，能够与市场上兼容的收发器直接相连。     红外收发器选用公司的，它支持的数据传输速率，其典型链路传输距离可大于。通过管脚能选择可以接收的数据速率。设为低时，最高速率可达；设为高时，最高速率可达。同时，它还有两个管脚和，用来选择发光功率。用户可以根据自己的需要设定，达到

11、在短距离通信情况下省电的目的。从表所示的收发器控制真值表中，可以清楚地看到功能选择的组合。     表1 收发器控制真值表        MD0     MD1     FIR_SEL     接收功能     发射功能     1    

12、 0     X     关闭     关闭     0     0     0     SIR     全距离     0     1     0 

13、    SIR     2/3距离     1     1     0     SIR     1/3距离     0     0     1     FIR 

14、    全距离     0     1     1     FIR     2/3距离     1     1     1     FIR     1/3距离 

15、        图是的功能方框图，它给出了的管脚说明及典型外围电路。其中取，取，取。在应用时，管脚和与的、分别直接相连。而的位数据线中的三根通过锁存器接到，和上，这样就能通过软件控制的工作模式。    2.3 红外通信的数据流     的红外通信端口（）既支持，也支持。     在模式下，所有在管脚和的之间传送的串行数据都根据    标准调制解调。逻辑由一个位宽或宽的

16、光脉冲代表（是最高位速率    的位宽的）。位的开始对应脉冲的上升沿。逻辑由无光脉冲代表。字节首先从开始发送。每帧由起始位、位数据、停止位组成，无奇偶校验。     而在模式下，通信过程就复杂得多。所有在管脚和的（高速串行并行）接口之间传送的串行数据，都是根据    标准来调制解制。编码时，把一个字节分为四个单独的码元组（位一对），最低的码元组首先传送，但每个码元组不重新排序。这样，一个字节由四个“片”（每片）组成，每个“片”分为四个时隙（每个时隙）。  

17、  中用高速串行并行（）接口来实现特殊的协议。的串行帧格式如表所示。     表2 用于IrDA传送（4Mbps)的高速串行帧格式        引导标志 起始标志     地址     控制（可选）     数据     CRC-32     停止标志

18、60;         引导标志 1000000010100000-重复16次    起始标志 00001100000011000110000001100000    停止标志 00001100000011000000011000000110         引导标志用于接收同步，接收开始时，使用一个串行移位寄存器从管脚接收四个片，一次锁存并解码这些片。如果这些片不能

19、解码为正确的引导标志，时隙计数延迟，并重复以上过程，直到辨认出引导标志，则标志时隙计数器同步。引导标志最少重复次，在空闲时（无发送数据）不断重复。所以在个引导标志传送完后的任何时候，都可能接收到起始标志。     接收到片长的起始标志后，将它与标准编码比较。如果起始标志的任一部分和标准编码不一样，则告知一个帧错误，并且再一次开始寻找帧引导标志。一旦正确的起始标志被验证，接下来的每组片就被解码为一个数据字节，并放入字节的临时寄存器中。当临时被填满后，数据值便被一个接一个地推入接收。     一帧的第一个数据字节是位的地址区，它是在一对多通信时用来指定接收器的。最多允许个独立地址（）。为通用地址，用于对所有站广播信息。接收地址匹配可以激活或禁止。如果接收地址匹配激活，收到的地址将和地址匹配值比较，如果两个值相等或输入地址是通用地址，所有的数据字节，包括地址字节，都将存储在接收中。如果值不相符，则不把任何数据存储到接收，并忽略帧的余下部分，开始寻找下一个引导标志。     一帧的第二个数据字节可能包括一个可选的由用户定义的位控制区，它