空调器在生产线装配完成后，都要上检测线检测致冷、致热功能的各项技术指标，这些主要的检测项目有温度、压力、电耗等。空调器在检测线上是边前进边检测，每一空调器在空运行、制冷、制热一定时间后都要在设定的位置将运行的温度、压力、电耗等检测数据以及空调器的产品序号在行进中通过无线通信" title="无线通信">无线通信方式传送给数据管理主计算机。由于空调器的生产量很大、因而产生的数据量也很大，这就要求检测线上的随行自动检测装置能够准确、快速、成功地实现与数据管理的计算机无线通信和交换数据。无线通信的好处是可以却除设备对线缆和连接器的依赖，空调器自动检测可连续进行，只要通信双方都支持一定的协议，就能很快地建立通信链路，并实现数据交换。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线接口，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，其成本甚至低于线缆通信。

实现无线数据通讯有多种方式，当前流行的主要是蓝牙技术和红外通信技术。而IrDA" title="IrDA">IrDA红外通信是一种价格较低、适应性广的短距离无线通讯技术。

1 IrDA及其通信协议

IrDA即红外数据协会，全称The Infrared Data Association，是1993年6月成立的一个国际性组织，专司制订和推进能共同使用的低成本红外数据互连标准，支持点对点的工作模式。由于标准的统一和应用的广泛，更多的公司开始开发和生产IrDA模块，技术的进步也使得IrDA模块的集成越来越高，体积也越来越小。IrDA1.0可支持最高115.2kbps的通信速率，而IrDA1.1可以支持的通信速率达到4Mbps。

IrDA(红外数据协会)的宗旨是制订以合理的代价实现的标准和协议，以推动红外通信技术的发展。

IrDA数据通信按发送速率分为三大类：SIR、MIR和FIR。串行红外（SIR）的速率覆盖了RS-232端口通常支持的速率（9600b/s～115.2kb/s）。MIR可支持0.576Mb/s和1.152Mb/s的速率；高速红外（FIR）通常用于4Mb/s的速率，有时也可用于高于S1R的所有速率。

在IrDA中，物理层、链路接入协议（Irlan）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。主设备用于探测它的可视范围，寻找从设备，然后从那响应它的设备中选择一个并试图建立连接。在建立连接的过程中，两个设备彼引协调，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的波特下进行的。

IrDA数据通信工作在半双工模式，因为在发射时，接收器会被发射的光芒所屏蔽。这样，通信的两个设备将通过快速转和链路来模拟全双工通信，并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。IrLAJ和lrLMP是协议中牧师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层的工进行链路初始化、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等。IrLAP用于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，主要用于管理IrLAP所提供的链路连接中的链路功能和应用程序以及评估设备上的服务，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等。

IrDA物理层协议提出了对工作距离、工作角度（视角）、光功率、数据速率不同品牌设备互联时抗干扰能力的建议。当前红外通讯距离最长为3米，接收角度为30度。

2 空调检测线IrDA设计与实现

2.1 物理层协议的实现

IrDA物理层协议的设计保证了0～1米范围内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，以保证检测线上随行数据采集" title="数据采集">数据采集装置和固定数据管理计算机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IR通信的一些检测设备间的干扰。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0～1米的距离内工作。

图1给出了IrDA物理层的方框图。数据速率小于4Mb/s时，使用RZI（归零反转）调制，最大脉冲宽度是位周期的3/16；而在4Mb/s的数据速率时，使用4PPM（脉冲位置）调制。IrDA要求的RZI（反相归零）调制的编码效果如图2中的IR帧数据所示。4PPM调制如图3所示。两个数据位组合在一起可组成一个500ns的“数据码元组”。这一码元组可分为四个125ns的时隙。并可根据码元组的状态在不同的时隙放置单脉冲。解调器在将输入位流的相位锁定后，即可根据脉冲在500ns周期中的位置来解出数据。这一方案需要的编码/解码器可以集成在1/0芯片中，也可作为一个独立元件。空调器检测线采用安捷伦红外通信器件，此产品在耗电、体积、和价格方面都有很大优势，在小型移动电话、传呼机，笔记本电脑、台式PC机、视窗CE掌上产品、个人数字助理（PDA）和数字影象产品中广泛采用。

2.2 硬件电路的设计

空调器检测线随行数据采集装置的核心MCU可选用ATMEL公司的RISC单片机90S2313，它的串口能够支持与IrDA兼容的LED收发器，并且可以直接与之相连。

红外收发器选用AGILENT公司的HDSL-3201和HDSL-3600。2.5毫米高的HDSL-3201的代电电压范围为2.7V到3.6V，但LED驱动电流应从内部补偿恒定32mA，以保证符合IrDAr DATA1.2(低功耗" title="低功耗">低功耗)物理层协议指标的要求。该产品的传输距离一般为30厘米，可支持9.6kb/s～115.2kb/s的数据传输速率。4毫米高的HDSL-3600的典型链路传输距离可大于1.5米，通过管脚FIP-SEL能选择可以接收的数据速率。当FIR-SEL设为低电平时，最高速率为115.2kb/s；设为高电平时，最高速率可达4Mb/s。同时，还有两个管脚MDO和MD1用来选择发光功率。用户可以根据自己的需要来设定，以达到在短距离通信情况下省电的目的。图4给出了HSDL-3600的管脚说明及典型外围电路。

2.3 IrDA红外通信的数据流

空调器检测装置工作在SIR模式下，所有在TXD/RXD管脚和90S2313的UART之间传送的串行数据都是根据SIR IrDA标准来调制/解调。逻辑0由一个3/16位宽或1.6μs宽的光脉冲代表（1.6μs是最高位速率115.2kbps的位宽的3/16）。0位的开始对应脉冲的上升沿。逻辑1由无光脉冲代表。字节首先从LSB开始发送。每帧由起始位、8位数据、停止位组成，无奇偶校验。

由于空调器检测装置的通信数据量不大，因此，采用SIR模式即可满足要求。而在FIR模式下，通信过程就复杂多了，所有在TXD/RXD管脚和微处理器的HSSP（高速串行/并行）接口之间传送的串行数据都是根据4PPM IrDA标准来调制/解制的。编码时，把一个字节分为四个单独的码元组（2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，一个字节就被分成了四个“片”（每片500ns），每个“片”分为四个时隙（每个时隙125ns）。

可用微处理器中的高速串行/并行（HSSP）接口来实现特殊的4Mb/s协议。其串行帧格式为：

引导标志

起始标志

地址

控制（选）

数据

CRC-32

停止位

引导标志用来接收同步。接收开始时，使用串行移位寄存器从RxD2管脚接收四个4PPM片，然后一次锁存并解码这些片。如果这些片不能解码为正确的引导标志，则时隙计数将延迟1，并重复以上过程，直到辨认出引志标志并使标志时隙计数器同步为止。引导标志最少重复16次。由于空闲时（无发送数据）的不断重复，因此在16个引导标志传送完成后的任何时候都可能收到起始标志。

当接收到8片长的起始标志后，系统将它与标准编码进行比较。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4片就被解码为一个数据字节，并放入5字节的临时FIFO寄存器中。当临时FIFO被填满后，数据值便被一个接一个地推入到接收FIFO。

一帧数据的第一个字节是8位的地址区，它是在一对多通信时用来指定接收器的。地址区最多能容纳255个独立地址（00000000～11111110）。11111111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F1FO中。如果不相符，任何数据都不能存储到51接收FIFO，这样，系统将忽略帧的余下部分，并开始寻找下一个引导标志。

一祯的第二个数据字节可能包括一个由用户定义的8位可选控制区，它必须由软件解码，因为在HSSP中它被视为普通的数据。一祯可以包含不大于2047字节的任何多个8位数据（包括地址数据字节的能力）。其数据长度不超过CRC校验能检测传输中所有错误时的最大数据量。

3 前景与展望

随着红外通信技术的发展，其通信速率也将不断提高，今年IrDA将推出16Mbps的甚高速红外（VFIR）标准。IrDA红外通信的作用距离也将从1米扩展到几十米。近两年兴起的蓝牙无线通信技术具有距离离远、无角度限制等优点，但数据速率较低且成本高，误码率和保密性也不如红外通信，因此蓝芽无线通信技术还未达到完全替代红外通信的程度。

对于空调器随行检测数据采集这样的小型设备，IrDA红外通信确为一种可靠、方便、快捷的与主计算机交换数据的低成本方案。