红外收发模块在家用水表中的应用

摘要：为了实现远程获取水表系统中的信息，提出了使用红外收发模块远程通信的设计方案，并完成系统的软硬件设计。硬件中红外部分采用串行红外收发模块TFBS6614及其调制解调模块TOIM4232，软件采用ICC AVR编程，能够得到正确的信号波形。实际应用表明，该系统具有操作简便、通信准确的特点，达到了设计要求。
关键词：红外通信；TFBS6614；TOIM4232；家用水表

    随着电子技术的发展，家用设备也在不断更新，无线设备的出现为使用者提供了很多的便利，但现用家庭设备多为单向无线控制，比如电视和空调遥控等。Vislaay公司研制的红外收发模块TFBS6614将接收与发送功能集成到一个模块，将其装在家用设备比如水电表上即可获取或发送相应的数据和指令。下面详细介绍之。

1 TFBS6614串行红外收发模块
    TFBS6614是vishay公司推出的低剖面(2．7 mm)串行红外收发模块。波特率可选2 400 bit／s～4 Mbi／s。内置一个光电二极管、一个红外发射器和一个低压控制集成电路。该模块可应用在PDAs、手机、笔记本、台式机、数码相机、外部红外适配器(电子狗)、诊断系统、医疗和工业数据收集器和GPS等产品上。
    TFBS6614的主要特性有：
    1)小尺寸(2．7 mmx3．33 mmx7．98 mm)
    2)典型的m连接长度，远程控制范围为20 m
    3)电池和电源管理特性：
    ①接收时典型电流为2 mA
    ②关闭时典型电流为10 nA
    ③红外发射二极管独立供电
    ④宽范围供电电压2．7～5．5 V
    ⑤高电压下噪声抑制大于100 mVPP
    4)允许发送回声
    5)对荧光噪声和交流磁场有很高的免疫力，不需要额外的保护
    6)高直流环境抑制--可在户外工作
    TFBS6614原理图如图1所示，引脚Vcc2A为红外发射的阳极，该引脚通过一个外接电阻与Vcc相接。引脚Cathode为红外发射的阴极，在模块内部与输出驱动相连。引脚TxD与RxD分别为串行数据输出与输入接口。引脚SD为关闭引脚，该引脚默认高电平，当其为低电平时，红外传输模块关闭。

    引脚VLOGIC为红外管独立供电，产生电压VLOGIC电路图如图2所示。

    TFBS6614收发的数据仅为2μs的脉冲，如图3所示，图中以TFBS6614一直发送0XEB为例，在红外管发送数据时其接收引脚会产生回声信号，如图4所示。由于此红外管对焊接温度要求较高，所以设定回声信号可以用来检测红外管是否在正常工作。

2 TOIM4232调制解调模块
    当使用单片机与TFBS6614直接相连时接收不到红外信号。因此需要一个能将红外管的信号转换成单片机能够处理的信号。TFOIM4232是vishay公司针对其本公司的红外管研制的一款解码集成电路芯片。在发送数据到红外管时，TOIM4232将RS232信号压缩到适合红外管接收的脉冲。在接收红外管数据时，TOIM4232根据工作波特率将接收到的红外脉冲拉长至合适的宽度。另外，TOIM4232需要一个3．686 4的晶振提供时钟，使用2．7～3．6 V电压供电，但其引脚能承受5 V的信号输入。

    TOIM4232原理图如图5所示，引脚RESET高电平使能，复位所有内部寄存器，复位后，传输速度为9 600 bit／s，脉冲宽度为1．627 μs。引脚BR／D为波特率控制／数据引脚，当该引脚为1时，TOIM4232处于编程模式，可通过控制引脚S1和S2来控制波特率和脉冲宽度，当其为0时，TOIM4232处于数据通信模式，即实现调制解调功能。引脚VCC_SD为模块关闭控制信号端，可用于关闭红外传输过程。
    TOIM4232使用3．3 V供电。当其两端即单片机与红外管均为5 V供电时，则中间不需要电平转换，直接相连即可。TOIM4232左侧的RD232和TD232分别与单片机的串口引脚RXD和TXD相接，右侧的RDIR和TDIR分别于红外管的RxD和TxD相接，实现调制解调功能。根据实际测试，单片机与红外的通信波特率采用默认速率9 600 bit／s满足项目数据传输速度的要求。

    同样以一直收发数据0XEB为例，在TOIM4232与单片机和红外管相连一端的波形分别如图6和7所示。

3 在水表中的应用
    现用家庭水表经常会因为有淤泥进入表盘中或者水表安装在角落或井中而造成读表不方便。将红外模块嵌入水表中，工作人员即可通过一个带有相应红外功能的手持装备在不超过1 m处与水表通信来获取所需信息。单片机通过AD功能获取水表上的信息。每个水表都设有一个标识，在接收到手持装备发送的正确标识后水表中的单片机通过红外将水量等信息发送出去。应用框图如图8所示。

4 软件设计
    水表模块中的红外管一直保持接收状态，当接收到手持设备发送的特定标识码后两者开始通信。另外为防止红外管的回声功能对其接收的数据产生影响，红外管在发送数据时要关闭其接收功能，其他时刻保持接收。本设计分为手持设备和水表模块两部分，程序流程图分别如图9和10所示。

5 结论
    本设计通过单片机与红外模块及其调制解调模块实现了红外水表系统，为人们生活提供了方便。使用此模块开发一个系统具有周期短、通用性强、数据处理准备简单、数据传输快、易于操作等优点。红外模块抗噪声能力强，可以用来实现家庭设备电气化、数字化和无线化，这将成为未来家庭设备发展的趋势。