42444

Устройство инфракрасного интерфейса IrDA

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Предварительные сведения Как работает IrD IrD относится к категории wireless беспроводных внешних интерфейсов однако в отличие от радиоинтерфейсов канал передачи информации создается с помощью оптических устройств. Протокол IrD Infr red Dt ssotition позволяет соединяться с периферийным оборудованием без кабеля при помощи ИКизлучения с длиной волны 880nm. Порт IrD позволяет устанавливать связь на коротком расстоянии до 1 метра в режиме точкаточка.

Русский

2013-10-29

230 KB

30 чел.

Лабораторная работа №4

1 Цель работы: ознакомление с устройством инфракрасного интерфейса IrDA и моделирование работы его приемо-передающей части с помощью программы Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies Ltd.

2 Предварительные сведения

Как работает IrDA?

IrDA относится к категории wireless (беспроводных) внешних интерфейсов, однако в отличие от радио-интерфейсов, канал передачи информации создается с помощью оптических устройств. Опыт показывает, что среди других беспроводных линий передачи информации инфракрасный (ИК) открытый оптический канал является самым недорогим и удобным способом передачи данных на небольшие расстояния (до нескольких десятков метров).

Протокол IrDA (Infra red Data Assotiation) позволяет соединяться с периферийным оборудованием без кабеля при помощи ИК-излучения с длиной волны 880nm. Порт IrDA позволяет устанавливать связь на коротком расстоянии до 1 метра в режиме точка-точка. IrDA намерено не пытался создавать локальную сеть на основе ИК-излучения, поскольку сетевые интерфейсы очень сложны и требуют большой мощности, а в цели IrDA входили низкое потребление и экономичность. Интерфейс IrDA использует узкий ИК-диапазон (850-900 nm с 880nm "пиком") с малой мощностью потребления, что позволяет создать недорогую аппаратуру и не требует сертификации FCC (Федеральной Комиссии по Связи).

Устройство инфракрасного интерфейса подразделяется на два основных блока: преобразователь (модули приемника-детектора и диода с управляющей электроникой) и кодер-декодер. Блоки обмениваются данными по электрическому интерфейсу, в котором в том же виде транслируются через оптическое соединение, за исключением того, что здесь они пакуются в кадры простого формата - данные передаются 10bit символами, с 8bit данных, одним старт-битом в начале и одним стоп-битом в конце данных.

Сам порт IrDA основан на архитектуре коммуникационного СОМ-порта ПК, который использует универсальный асинхронный приемо-передатчик UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) и работает со скоростью передачи данных 2400-115200 bps.

Связь в IrDA полудуплексная, т.к. передаваемый ИК-луч неизбежно засвечивает соседний PIN-диодный усилитель приемника. Воздушный промежуток между устройствами позволяет принять ИК-энергию только от одного источника в данный момент. 

Физические основы IrDA

Передающая часть

Байт, который требуется передать, посылается в блок UART из CPU командой записи ввода-вывода. UART добавляет старт-стоп биты и передает символ последовательно, начиная с младшего значения бита. Стандарт IrDA требует, чтобы все последовательные биты кодировались таким образом: логический "О" передается одиночным ИК-импульсом длиной от 1.6ц s до 3/16 периода передачи битовой ячейки, а логическая "1" передается как отсутствие ИК-импульса. Минимальная мощность потребления гарантируется при фиксированной длине импульса 1.6ц s.

По окончании кодирования битов необходимо возбудить один или несколько ИК-светодиодов током соответствующего уровня, чтобы выработать ИК-импульс требуемой интенсивности. Стандарт IrDA требует, чтобы интенсивность излучения в конусе ± 30° была в диапазоне 40-50 ц W/Sr, причем ИК-светодиод должен иметь длину волны 880шп, как уже отмечалось ранее. Радиальная чувствительность приемника и длины связи диктуются, исходя из требований самой спецификации IrDA.

Приемная часть

Переданные ИК-импульсы поступают на PIN-диод, преобразующий импульсы света в токовые импульсы, которые усиливаются, фильтруются и сравниваются с пороговым уровнем для преобразования в логические уровни. ИК-импульс в активном состоянии генерирует "0", при отсутствии света генерируется логическая "1". Протокол IrDA требует, чтобы приемник точно улавливал ИК-импульсы мощностью от 4ц W/sm2 до 500mW/sm2 в угловом диапазоне ± 15°.

Для ИК-излучения существуют два источника интерференции (помех), основным из которых является солнечный свет, но к счастью в нем преобладает постоянная составляющая. Правильно спроектированные приемники должны компенсировать большие постоянные токи через PIN-диод. Другой источник помех - флуорисцентные лампы - часто применяются для общего освещения. Хорошо спроектированные приемники должны иметь полосовой фильтр для снижения влияния таких источников помех. Вероятность ошибок связи будет зависеть от правильного выбора мощности передатчика и чувствительности приемника. В IrDA выбраны значения, гарантирующие, что описанные выше помехи не будут влиять на качество связи.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема инфракрасного порта IrDA.

Рисунок 1. Схема инфракрасного порта IrDA

Примеры схем IrDA-интерфейса

В общем виде схема организации IrDA - канала выглядит примерно так, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Типовая блок-схема организации IrDA-канала

Канал передачи данных состоит из двух основных элементов: микросхемы, обеспечивающей
модуляцию и демодуляцию поступающего двоичного сигнала согласно определенного
алгоритма, и инфракрасного (ИК-) приемно-передающего модуля.

В  настоящей   статье   мы   рассмотрим   SIR-стандарт,   обеспечивающий   скорость   передачи

информации 115,2kb/s. В данном стандарте используется так называемая модуляция "3/16". Принцип данного вида модуляции проиллюстрирован на рисунке 3. Длительность   импульса,   подаваемого   на   приемно-передающий   модуль   равна   3/16   от длительности номинального бита данных. Кроме того, при SIR-модуляции используется инверсия бита данных. Эти преобразования обеспечиваются первым основным элементом схемы - модулирующей микросхемой. В зависимости от используемого интерфейса (шины данных) применяются различного рода чипы.

Рисунок 3. Принцип модуляции "3/16", используемый в SIR-стандарте.

3 Экспериментальная часть

3.1  Выяснить принципы работы приемо-передающей части инфракрасного порта интерфейса IrDA  на основе принципиальной схемы (Рис. 1).

3.2 С помощью программы Electronics Workbench смоделировать работу приемо-передающей части интерфейса IrDA. Убедившись в работоспособности модели, составить таблицу истинности.

3.3   Полученные результаты оформить в виде отчета.

4 Содержание отчета

4.1   Краткое описание исследуемого интерфейса.

4.2   Принципиальная схема интерфейса, смоделированная с помощью Electronics Workbench.

4.3   Выводы.

5  Контрольные вопросы

5.1   Области применения интерфейса IrDА.

5.2   Физика работы приемо-передающей части инфракрасного порта.

5.3   Ограничения в использовании интерфейса IrDA.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Инфракрасная техника

   С появлением быстродействующих инфракрасных излучателей, прежде всего - ИК диодов, быстро растет интерес к спектру электромагнитных колебаний, имеющих длину волны /.=0,8.. .1,3 мкм. Важной особенностью ИК диода является то, что он способен сконцентрировать в короткой вспышке мощность Римп, в сотни раз превышающую мощность непрерывного его излучения Рнепр. С соответствующим (в Римп /Рнепр раз) увеличением его «дальнобойности». ИК излучение может быть пространственно преобразовано, сжато в узкий пучок, сфокусировано, отражено, изогнуто и др. самыми обычными оптическими средствами -линзами, зеркалами, световодами. Важно и то, что в этом диапазоне электромагнитных излучений земная атмосфера сохраняет достаточно высокую прозрачность. ИК - свободный диапазон. Работа в нем не требует от кого-то - разрешения, кому-то -оплаты и др. В отличие от СВЧ радиодиапазонов, имеющих тот же характер распространения волн, но уже поделенных между старыми и новыми «хозяевами». Все это может оказаться существенным и при обычном, традиционном использовании электромагнитного излучения - для нужд связи, например, но особенно - в новых приложениях. Владельцы современных телевизоров, видеомагнитофонов, кондиционеров и др. уже познакомились с инфракрасной техникой: пульты дистанционного управления многими бытовыми аппаратами используют кодированное ИК излучение. Но это - лишь одно из его применений.

Устройство невидимого ИК барьера, пересечение которого будет зафиксировано охранной системой, показано на рис. 4. В него входит ИЗ - импульсный генератор-излучатель и ПР -фотоприемник, реагирующий лишь на его импульсы.

Рис. 4   ИК барьер

                         Простой ИК генератор

Принципиальная схема генератора приведена на рис. 5. На элементах DD1.1, DD1.2 собран мультивибратор, возбуждающийся на частоте F=30...35 Гц (F=1/2R2*C1). Дифференцирующая цепочка R3C2 и элементы DD1.4...DD1.6 формируют в базе нормально закрытого транзистора VT1 импульс тока длительностью tимп = 10 мкс (tимп = R3*C2), возбуждающий включенный в его коллектор ИК диод VD1. В таблице 5 приведена зависимость амплитуды тока в ИК диоде Iимп и потребляемого генератором тока Iпотр от напряжения источника питания Uпит.

В качестве примера на рис. 5  приведена зависимость относительной мощности излучения ИК диода АЛ402 от прямого импульсного тока 1пр.и.

Таблица 5

Рис. 5. Зависимость относительной мощности излучения от прямого импульсного тока

Рис.6. Генератор ИК импульсов

  1.  Выяснить принципы работы генератор ИК импульсов на основе принципиальной схемы (Рис. 6).
  2.  С помощью программы Electronics Workbench смоделировать работу генератора ИК импульсов.
  3.  Полученные результаты оформить в виде приложения к отчету.

PAGE  5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71177. ПЕРСПЕКТИВИ ВИРІШЕННЯ ПРОБЛЕМ СТАЛОГО РОЗВИКУ КРАЇН ЗОНИ ЄВРО 482.9 KB
  У багатьох людей, саме словосполучення «сталий розвиток» викликає багато питань. Дійсно, не можна привести жодного прикладу сталого розвитку як якого-небудь об’єкта. Більш того, немає такого фізичного закону, на якому можна було б побудувати теорію сталого розвитку.
71179. Совершенствование уровня профессиональной культуры как фактора повышения эффективности труда персонала на предприятии ООО «Бауцентр Рус» 95.65 KB
  Многие ученые, философы, психологи, культурологи посвятили свои работы изучению профессиональной культуры. Для определения сущности профессиональной культуры необходимо выявить, что скрывается за общественным явлением.
71180. Раскрытие особенностей производства по делам лиц, обладающих привилегиями и иммунитетом от уголовного преследования в рамках Таможенного союза 119.16 KB
  Иммунитет от уголовного преследования является экстра гарантией неприкосновенности лиц которые являются представителями соответствующих ветвей власти. Такие инструменты законодательного характера направлены на построение эффективно работающей системы уголовного производства.
71181. Организация учета расчетов с работниками по оплате труда ОАО «ПРП-станции» 294.5 KB
  Объект исследования – производственно-ремонтное предприятие, которое является филиалом ОАО «Амурэнерго». Организация оказывает услуги по проведению ремонтов теплоэнергетического оборудования, изготовлению продукции для ремонтных целей в энергосистеме, прочим предприятиям, населению.
71183. Создание базы данных для хранения информации о файловой системе 430.04 KB
  Запустив это приложение без параметров, мы имеем только права на чтение. Т.е. никаких изменений в базе данных мы сделать не можем. Это связано с тем, что при запуске этой сессии мы не передавали никаких учетных данных.