红外通讯技术及其应用
摘要：红外通讯技术是一种新兴通讯技术，因拥有成本低、传输速率高、安全可靠等优点而被大范围使用在个人电脑和计算机外围设备以及工业设备和医疗设备。本文从红外通讯技术的基本原理出发，阐述了红外发射技术的电路组成、数据编码方式和红外接收技术的电路组成以及解码方式。且将红外通讯技术与当下流行的蓝牙技术的做以区分，明确了蓝牙技术与红外通讯技术在载体、技术特点以及应用上的不同。再对当下红外技术应用较为广泛的单片机通讯技术、数据通讯技术以及在红外遥控通讯方面的应用加以介绍。
关键词：红外通讯；红外发射；红外接收；单片机；检测
1.前言
红外通讯技术是一种点对点的数据传输协议。是传统设备之间连接线缆的一种替代。它的通讯距离一般在0-lm之间。传输速率最快可达16Mbps。红外通讯技术通常被应用在笔记本电脑、台式电脑和手持电脑、打印机、键盘鼠标等计算机外围设备。以及电话机、移动电话、计算器、游戏机、机顶盒、手表、工业设备和医疗设备。红外通讯技术已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用。目前，各主流软件和硬件平台均提供了对它的支持。红外技术已被广泛应用在移动计算和移动通讯等设备中。而且巨大的装机量使红外无线通讯技术有了庞大的用户群。在红外通讯中，最多应用的即是在单片机、遥控技术方面的应用。
2.红外通讯技术
2.1 红外通讯技术原理简介
红外通讯以红外线作为信息传播的载体，也就是信息通道。红外线是一种特定波长的电磁波，其波长在750nm到1mm之间，是一种不可见光。红外通讯中数据传输利用的是红外波段内的近红外线，这类近红外线的波长在0.75m到25m内。简单的讲，红外数据传输的基本原理是：由发送端把二进制数字信号转变为某一频率的脉冲序列，再通过红外发射管，将脉冲序列以光脉冲的形式进行发射，而接收端收到来自发射端的光脉冲信号时，再将其转化为电信号，并经过一系列的滤波、方法处理后，将其传输给解调电路，转化为二进制数字信号并实现输出[[]]。通过其传输原理可以看出，红外数据传输的本质是二进制数字信号与光脉冲信号之间的调制与解调，这一过程实现了以红外线为载体的数据传输。
2.2 红外发射
红外发射电路包括以下组成部分：发光二极管、调制电路、驱动电路如图1所示。实现红外发射是要将传输数据通过编码的方式加载到红外信号中。通常，这种编码主要包括频率调制(FM)以及脉宽调制。其中，脉宽调制所采用的通讯码结构也存在差异，主要包括以下两种：一种是一组通讯码发出后，就不断发出一组高低电平的重复码；另一种是一组通讯码发出之后，间隔一段时间再发出重复的通讯码。一组通讯码主要由由引导码、系统码、数据码、奇偶校验位和结束码这几类部分组成[[]]，其组成格式如图2所示。
以上各种信号的功能不同：引导码主要用于标识信号的开始，系统码用于区别于其他的通讯系统，数据码用于控制各项功能操作，奇偶校验位主要用于校对信号在传输过程中的错差，结束码用于标识信号的结束[[]]。
图1红外发射电路
2.3 红外接收
红外接收的作用是接收来自发射电路的信号，并将其通过放大、滤波、解调，转化为原始信号，再传输到单片机进行后续操作。以往，红外接收电路主要由红外接收二极管和放大电路两部分组成，这种接收电路体积较大，使用不够灵活和方便。如今，红外接收多采用PICl018SCL接头，其作为一种小型化、高灵敏、低成本的红外接收装置而深受欢迎，并广泛应用于红外接收设计中。PICl018SCL接头使用十分简便，只需保证2.4V到6.5V的工作电压，即可使之成为一个完整的红外信号接收装置[[]]。它具方法、选频率和解调功能，其输出电平兼容TTL和CMOS，有着良好的性能和广阔的应用空间。
图2 红外接收电路
2.4 红外通讯与蓝牙的区别
由于红外通讯和蓝牙在无线短距离通讯上都有很多相似点，而容易将其两者混为一谈。首先,都作为短距离通讯技术,蓝牙技术和红外无线接入技术有着非常多的共同优点,比如安全、可靠、低功耗等,并且它们都可以传输数据等文件。但是在技术特点上,红外通信技术与蓝牙技术却完全不一样, 所以他们俩在各个方面都有着自身独具的优点,使得他们的应用领域也不太一样。
（1）红外通讯与蓝牙借助的载体不同：红外通讯技术主要借助红外线进行数据传输，而蓝牙则是借助一定频率的微波来进行数据传输。这种微波不仅可以实现信息安全的传输，同时还可以穿透建筑物，此外，更能够在同一时间内实现多个通讯对象的连接[[]]。
（2）红外通讯与蓝牙借助在技术特点上的不同：红外通信技术在实现无线的数据接受和发送上, 主要是让数据电脉冲和红外光脉冲相互转换, 它是一种点对点的数据传输协议, 虽然代替了用线缆将设备与设备连接起来的装置,可是并没有改变方式点对点的传输方式,而且他的通讯距离在 0~1m 之间,也算是比较小的范围了,传输速率最快大概能够达到 16Mbps,红外通讯技术发展到现在阶段已经算是成熟了,也得到了在各个地方的应用。蓝牙技术也是一种短距离数据通讯技术, 但是它和红外通讯技术不一样的地方是它采用了无线的传输形式,而且它不仅仅能够点对点传输,还实现了一点对多点的传输,数据和声音的传输都可以。蓝牙技术的传输带宽能够达到 1Mbps。而且蓝牙技术的传输距离能达到10m 远,比红外通讯技术远了很多[[]]。
（3）红外通讯与蓝牙在应用领域上的不同：红外线通讯技术起步和发展都比较早,它的技术已经成熟了,所以在应用上也比较全面了,除了最开始的各种电脑,现在手机、相机、游戏机、工业设备、医疗设备等都开始使用。蓝牙技术大多数的应用还是在电子类产品上, 与红外通讯技术比起来应用范围还差得很多[[]]。
综上所述，因为蓝牙技术和红外无线接入技术都是短距离无线通信技术, 所以在许多方面都有近似的地方。不过由于两种技术特点的不一样,所以在应用上还是不一样的。比如,蓝牙技术因为有穿透力,所以比较适合于有障碍物等的环境中,但是在一些特定的环境中,红外线技术就能做到满足技术要求的基础上还能降低成本。所以这两者必定在各自的领域各自发光。
3.红外通讯技术的应用
3.1红外通讯技术在数据通讯上的应用
目前，符合红外通信标准要求的个人数字数据助力设备、笔记本和打印机已推向市场，然而红外通信技术的潜力将通过个人通信系统（PCS）和全球移动通讯系统（GSM）网络的建立而充分显示出来。
由于红外连接本身是数字式的。所以笔记本电脑中不需要解调器。便携式PC机由一个任选的扩展式插槽，可插入新式PCS数据卡。PCS数据卡配电话使用，建立和保持对无线PCS系统的连接；扩展电缆的红外端口使得在PCS电话系统和笔记本计算机之间容易实现无线通信。由于PCS、数字电话系统和笔记本之间的连接是通过标准的红外端口实现的，所以PCS数字电话系统可在任何一种PC机上使用，包括各种新潮笔记本计算机以及手持式计算机，以提供红外数据通讯[[ ]]。
由于该系统不要求在计算机中使用调制解调器，所以过去不可能维持高性能PC卡调制解调器运行所需要电压的手持式计算机，现在也能以无线方式进行通信。红外通信标准的开发者还在设想机场饭店登记点使用不行传真机和打印机，在这些地方，掌上计算机用户可以利用这些外设而无需电缆。银行的ATM（柜员机）也可以采用红外接口装置。
3.2 红外通讯技术在单片机通讯上的应用
红外通信方式实现了模拟信号和数字信号的发射与接收系统，且该系统是在单片机红外光通信的基础上形成的。单片机间的通讯可以综合模拟信号和数字信号，经过PWM调制放大信号然后再单独发射，发射后的信号，经过光敏三极管接收后，再放大滤波。使用特殊设备采集测量信号，同时用单片机进行编码，再用多路选择器调制与载波信号再调制，综合调制后进行发射，同样再接收放大后的滤波，就可以解调出发射的测量信号。最后再使用单片机进行输入捕捉，最终投显在显示屏上[[]]。利用单片机内部的随机存储器和只读存储器(ROM)及其引脚资源，外接红外接收发送装置，液晶显示模块(LCM)，键盘输入等实现数据的处理传输和显示，基本上能实现设计指标。
图3 以单片机为核心的红外收发装置示意图
3.3 红外通讯技术在遥控方面的应用
随着时代的发展，在各种无线遥控中，红外遥控以其体积小，功耗低，功能强，成本低等特点，而成为目前使用最为广泛的一种遥控手段，同时也广泛应用于各种家用电器产品、金融和商业设施中。此外，在有高压、辐射、有毒气体和粉尘等环境下的工业设备中，红外遥控也以其可靠和隔离电气干扰等特性而深受设计者的喜爱。
红外遥控系统是由红外遥控信号编码发送器、红外信号接收器和外围电路等三部分组成。红外遥控信号编码发送器有 8 键、32 键、64 键输入等多种型号。实际使用中常用 10 个左右的按键输入，因为采用 32 键以上的红外遥控信号编码发送器具有价格高、功耗大、芯片外型尺寸大等缺点。8 键输入的风扇发射芯片电路经过改造后，可方便地用于 10 键输入[[]]。
在接收红外线中，线大都采用成品的红外接头，HS0038是用于红外遥控接收的小型一体化接收头。集成红外线的接收、放大、解调，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收输出与TTL电瓶信号兼容的所有工作。而体积和普通的塑封三极管大小一样。它适合于各种红外遥控和红外数据传输，中心频率38.0kHz[[]]。
4.总结
红外连接能适应不同的操作系统和大范围的传输速率红外连接比有线连接更安全可靠。它避免了因线缆和连接器磨损和断裂造成的检修。通常两个红外设备必须在视线上直接对准，才能进行数据交换，这就提供了一个固有的安全品质保证。不像无线电频率。红外光不会穿墙而过，因而在一个封闭的区域内，红外光是一种安全的传输的媒介。而近年来，红外技术持续发展，其在通讯，医疗，工业等方面的应用也是越来越广泛。而在红外通讯中，最多应用的即是在单片机、遥控技术方面的应用。
参考文献
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