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IrDA红外通信在导航仪中的应用

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    摘要:IrDA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IrDA的有关协议及实现方式,并给出了IrDA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(IrDA)  红外通信  高速红外  4PPM调制  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:PCI总线,IrDA,USB,Ethernet,PC卡及一些传统的I/O。其中可以实现无线通信的只有IrDA。IrDA1.0支持最高115.2Kbps的通信速率,而IrDA1.1可以支持到4Mbps。

    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IrDA协议,就能很快地建立通信链路,实现数据交换。

    现在市场上60%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PC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 IrDA及其通信协议简介

    红外数据协会(IrDA)是1993年6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。IrDA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。

    IrDA数据通信按发送速率分为三大类:SIR,MIR和FIR。串行红外(SIR)速率覆盖了RS-232端口通常所支持的速率(9600 b/s19.2 Kb/s38.4 Kb/s57.6 Kb/s115.2 Kb/s)。MIR指0.576 Mb/s和1.152 Mb/s的速率。高速红外(FIR)通常用于指4 Mb/s的速率,有时也用于指高于SIR的所有速率。

    在IrDA中,物理层、链路接入协议(IrLAP)和链路管理协议(IrLMP)是必需的三个协议层。除此之外,还有一些适用于特殊的应用模式的可选层。

    在基本的IrDA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9.6Kb/s的波特率下进行的。

    IrDA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。

    IrDA协议按层安排,应用程序的数据逐层下传,最终以光脉冲的形式发出。如图1所示,点击浏览下一页IrLAP和IrLMP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IrLAP,它是HDLC(高级数据链路控制)协议的改编,以适应红外传输的要求。IrLAP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。IrLAP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。IrLAP之上的一层是链路管理协议,即IrLMP,它管理IrLAP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、BOF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。

    IrDA物理层协议提出了对工作距离、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IrDA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0~1m,0°~15°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IR噪声源的存在,以及参与IR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接收器的灵敏度,以保证链路能在0~1m的距离内工作。数据速率小于4 Mb/s时使用RZI(归零反转)调制,最大脉冲宽度是位周期的3/16;而4 Mb/s的数据速率使用4PPM(脉冲位置)调制。图1给出了IrDA物理层的方框图。

    IrDA要求的RZI(反相归零)调制的编码效果如图2的IR帧数据所示。这一方案需要的编码/解码器可以集成在I/O芯片中,也可作为一个独立元件。点击浏览下一页

    4PPM调制如图3所示,两个数据位组合在一起,组成一个500ns的“数据码元组”。将这一码元组分为四个125ns的时隙,根据码元组的状态,在不同的时隙放置单脉冲。解调器在对输入位流的相位锁定后,就能根据脉冲在500ns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MCU选用Intel公司的SA1110,它的串口2是特别为IrDA红外通信设计的,内部集成了支持SIR和FIR的两个独立编码/解码模块,能够与市场上IrDA兼容的LED收发器直接相连。

    红外收发器选用HP公司的HSDL-3600,它支持9.6kb/s~4Mb/s的数据传输速率,其典型链路传输距离可大于1.5m。通过管脚FIR_SEL能选择可以接收的数据速率。FIR_SEL设为低时,最高速率可达115.2kb/s;设为高时,最高速率可达4Mb/s。同时,它还有两个管脚MD0和MD1,用来选择发光功率。用户可以根据自己的需要设定,达到在短距离通信情况下省电的目的。从表1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

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最近更新
MD0 MD1 FIR_SEL 接收功能 发射功能
1 0 X 关闭 关闭
0 0 0 SIR 全距离
0 1 0 SIR 2/3距离
1 1 0 SIR 1/3距离
0 0 1 FIR 全距离
0 1 1 FIR 2/3距离
1 1 1 FIR 1/3距离
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