紅外收發(fā)模塊在家用水表中的應用

摘要：為了實現(xiàn)遠程獲取水表系統(tǒng)中的信息，提出了使用紅外收發(fā)模塊遠程通信的設計方案，并完成系統(tǒng)的軟硬件設計。硬件中紅外部分采用串行紅外收發(fā)模塊TFBS6614及其調制解調模塊TOIM4232，軟件采用ICC AVR編程，能夠得到正確的信號波形。實際應用表明，該系統(tǒng)具有操作簡便、通信準確的特點，達到了設計要求。
關鍵詞：紅外通信；TFBS6614；TOIM4232；家用水表

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

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。內置一個光電二極管、一個紅外發(fā)射器和一個低壓控制集成電路。該模塊可應用在PDAs、手機、筆記本、臺式機、數碼相機、外部紅外適配器(電子狗)、診斷系統(tǒng)、醫(yī)療和工業(yè)數據收集器和GPS等產品上。
    TFBS6614的主要特性有：
    1)小尺寸(2．7 mmx3．33 mmx7．98 mm)
    2)典型的m連接長度，遠程控制范圍為20 m
    3)電池和電源管理特性：
    ①接收時典型電流為2 mA
    ②關閉時典型電流為10 nA
    ③紅外發(fā)射二極管獨立供電
    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)對熒光噪聲和交流磁場有很高的免疫力，不需要額外的保護
    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，該引腳通過一個外接電阻與Vcc相接。引腳Cathode為紅外發(fā)射的陰極，在模塊內部與輸出驅動相連。引腳TxD與RxD分別為串行數據輸出與輸入接口。引腳SD為關閉引腳，該引腳默認高電平，當其為低電平時，紅外傳輸模塊關閉。

    引腳VLOGIC為紅外管獨立供電，產生電壓VLOGIC電路圖如圖2所示。

    TFBS6614收發(fā)的數據僅為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)送數據時其接收引腳會產生回聲信號，如圖4所示。由于此紅外管對焊接溫度要求較高，所以設定回聲信號可以用來檢測紅外管是否在正常工作。

2 TOIM4232調制解調模塊
    當使用單片機與TFBS6614直接相連時接收不到紅外信號。因此需要一個能將紅外管的信號轉換成單片機能夠處理的信號。TFOIM4232是vishay公司針對其本公司的紅外管研制的一款解碼集成電路芯片。在發(fā)送數據到紅外管時，TOIM4232將RS232信號壓縮到適合紅外管接收的脈沖。在接收紅外管數據時，TOIM4232根據工作波特率將接收到的紅外脈沖拉長至合適的寬度。另外，TOIM4232需要一個3．686 4的晶振提供時鐘，使用2．7～3．6 V電壓供電，但其引腳能承受5 V的信號輸入。

    TOIM4232原理圖如圖5所示，引腳RESET高電平使能，復位所有內部寄存器，復位后，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／數據引腳，當該引腳為1時，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，當其為0時，TOIM4232處于數據通信模式，即實現(xiàn)調制解調功能。引腳VCC_SD為模塊關閉控制信號端，可用于關閉紅外傳輸過程。
    TOIM4232使用3．3 V供電。當其兩端即單片機與紅外管均為5 V供電時，則中間不需要電平轉換，直接相連即可。TOIM4232左側的RD232和TD232分別與單片機的串口引腳RXD和TXD相接，右側的RDIR和TDIR分別于紅外管的RxD和TxD相接，實現(xiàn)調制解調功能。根據實際測試，單片機與紅外的通信波特率采用默認速率9 600 bit／s滿足項目數據傳輸速度的要求。

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

3 在水表中的應用
    現(xiàn)用家庭水表經常會因為有淤泥進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帶有相應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。單片機通過AD功能獲取水表上的信息。每個水表都設有一個標識，在接收到手持裝備發(fā)送的正確標識后水表中的單片機通過紅外將水量等信息發(fā)送出去。應用框圖如圖8所示。

4 軟件設計
    水表模塊中的紅外管一直保持接收狀態(tài)，當接收到手持設備發(fā)送的特定標識碼后兩者開始通信。另外為防止紅外管的回聲功能對其接收的數據產生影響，紅外管在發(fā)送數據時要關閉其接收功能，其他時刻保持接收。本設計分為手持設備和水表模塊兩部分，程序流程圖分別如圖9和10所示。

5 結論
    本設計通過單片機與紅外模塊及其調制解調模塊實現(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)一個系統(tǒng)具有周期短、通用性強、數據處理準備簡單、數據傳輸快、易于操作等優(yōu)點。紅外模塊抗噪聲能力強，可以用來實現(xiàn)家庭設備電氣化、數字化和無線化，這將成為未來家庭設備發(fā)展的趨勢。