CN114978325A - 自由空间的高频红外光通讯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自由空间的高频红外光通讯装置及其通讯系统,该红外光通讯系统包括多路红外光发射电路、多路红外光接收电路、通讯解析控制电路及外部通讯接口电路,其中,通讯解析控制电路与红外光发射电路连接,通讯解析控制电路用于将红外发射驱动信号发送至红外光发射电路,红外发射电路用于根据红外发射驱动信号发射多路发射信号,红外接收电路用于接收多路接收信号,并将接收的多路信号发送至通讯解析控制电路,通讯解析控制电路包括多路解析电路,通讯解析控制电路还用于根据多路接收信号,输出目标接收信号,如此,有利于减少电路间的相互干扰,增加通讯空间面积,增强大角度通讯的稳定,确保信号传输的准确性,确保自由空间红外通讯的可靠度。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路及单片机技术领域,具体而言涉及一种自由空间的高频红外光通讯技术。
背景技术
红外线通信是一种利用红外线传输信息的通信方式。可传输语言、文字、数据、图像等信息。红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体,即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号,通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制(PPM)两种方法。简而言之,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
但是现有的红外线通信对传输角度有一定限制,存在受视距影响其传输距离短、要求通信设备的位置固定,且其点对点的传输连接,无法灵活地组成网络等缺陷。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷,为解决红外光大多用于低频低速通讯领域的问题、高频红外通讯角度较小距离较短的问题以及高频红外高频通讯无法实现大距离大角度通讯的问题,本发明提供一种自由空间的高频红外光通讯装置,包括通讯装置本体;
红外发射电路片,设置于所述通讯装置本体的顶端,并与所述通讯装置本体可拆卸连接;
外部通讯接口,设置于所述通讯装置本体上,用于实现多接口和接口协议的转接;
红外接收电路片,被设置于所述通讯装置本体顶端中间位置处;
其中,所述红外发射电路片被设置成十一组,分布在所述通讯装置本体的顶端,构成一个红外信号辐射空间为高约三米,母线约九米的锥形辐射空间,所述红外接收电路片被设置成四组,每组所述红外接收电路片的最大覆盖度,构成一个整体呈半球形的接收空间。
进一步地,包括安装在所述通讯装置本体内的通讯解析控制电路,与设置于所述红外发射电路片上的多路红外发射电路连接,用于将红外发射驱动信号发送至所述多路红外发射电路,所述多路红外发射电路用于根据红外发射驱动信号发射多路发射信号。
进一步地,还包括设置于所述红外接收电路片上的多路红外接收电路,用于接收多路接收信号,并将接收的多路信号发送至通讯解析控制电路。
进一步地,所述通讯解析控制电路包括多路解析电路,可用于根据多路接收信号,输出目标接收信号。
进一步地,所述通讯解析控制电路与所述外部通讯接口连接。
进一步地,所述多路红外发射电路采用多路发射管串联方式驱动,采用高频红外发射管IR1-IR12作为发射。
进一步地,所述多路红外接收电路采用高速雪崩二极管RD1-RD4作为接收。
进一步地,所述通讯解析控制电路由供电电路、输出驱动电路、MCU电路、通讯接口电路组成。
进一步地,所述供电电路由JP2插座输入,供电范围为DC12-36V。
进一步地,所述多路红外发射电路的发射数据由所述通讯解析控制电路中的MCU电路产生,JP6~JP18与所述通讯解析控制电路连接,用于接入红外发射驱动信号。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
采用多角度覆盖发射及多角度接收,扩大红外光通讯的有效空间体积,实现红外光的自由空间通讯;采用高频红外发射及接收电路实现兆级速率的数据传输,大大提高通讯速率,解决红外通讯速度问题以实现高速通讯;多路信号接收并独立放大调理,采用MCU多路独立解析,有利于解决红外光的多径传输干扰问题,以提高通讯稳定性;设置外部通讯接口电路实现多接口和接口协议的转接,可适应不同通讯接口和协议的要求,增加设备的适应性。
应当理解,前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外,所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见,或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中,在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见,在每个图中,并非每个组成部分均被标记。现在,将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例,其中:
图1是本发明实施例所示的通讯装置原理结构示意图;
图2是本发明实施例所示通讯装置外形的正视结构示意图;
图3是本发明实施例所示通讯装置外形的顶视结构示意图;
图4是本发明实施例所示的通讯装置应用结构示意图;
图5是本发明实施例所示的红外发射电路结构示意图;
图6是本发明实施例所示的一种红外接收电路结构示意图;
图7是本发明实施例所示的另一种红外接收电路结构示意图;
图8是本发明实施例所示的通讯解析控制电路结构示意图;
图9是本发明实施例所示的发射程序流程示意图;
图10是本发明实施例所示的接收程序流程示意图。
图中,10、通讯装置本体;20、红外发射电路片;210、多路红外发射电路;30、外部通讯接口;40、红外接收电路片;410、多路红外接收电路;50、通讯解析控制电路;A、第一设备;B、第二设备。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面,附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解,上面介绍的多种构思和实施例,以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意自由空间的高频红外光通讯装置来实施,这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外,本发明公开的一些方面可以单独使用,或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
本发明所示的自由空间的高频红外光通讯装置
结合图1-10所示,一种自由空间的高频红外光通讯装置,包括通讯装置本体10;
红外发射电路片20,设置于通讯装置本体10的顶端,并与通讯装置本体10可拆卸连接;
如图2和图3所示,在优选的实施例中,红外发射电路片20被设置成十一组,分布在通讯装置本体10的顶端,构成一个红外信号辐射空间为高约三米,母线约九米的锥形辐射空间,以保证在该空间内实现可靠通讯。
外部通讯接口30,设置于通讯装置本体10上,用于实现多接口和接口协议的转接;
红外接收电路片40,设置于通讯装置本体10顶端中间位置处,被设置成四组,每组红外接收电路片40的最大覆盖120度,构成一个整体呈半球形的接收空间,以满足在任何角度都能相互数据通讯的目的。
如此,采用高频红外发射及接收电路实现兆级速率的数据传输,大大提高通讯速率,解决红外通讯速度问题,将接收与发射电路置于同一个通讯设备中,实现了双向高速通讯。
结合图1所示,一种高频红外光通讯装置的通讯系统,包括安装在通讯装置本体10内的通讯解析控制电路50,与设置于红外发射电路片20上的多路红外发射电路210连接,用于将红外发射驱动信号发送至多路红外发射电路210,多路红外发射电路210用于根据红外发射驱动信号发射多路发射信号,还包括设置于红外接收电路片40上的多路红外接收电路410,用于接收多路接收信号,并将接收的多路信号发送至通讯解析控制电路50。
如图1所示,通讯解析控制电路50与外部通讯接口30连接,可实现红外通讯数据与其它接口协议的转接;如此,有利于减少电路间的相互干扰,增加通讯空间面积,增强大角度通讯的稳定,确保信号传输的准确性,确保自由空间红外通讯的可靠度。
其中,多路红外发射电路210采用多路发射管串联方式驱动,采用高频红外发射管IR1-IR12作为发射。如图5所示,IR1-IR4、IR5-IR8、IR9-IR12各串联为一路,调节限流电阻R2-R4来调节发射功率,在发射电路中,与设备中心线安装角度越大的发射管采用较小的限流电阻,角度越小限流电阻越大,即R2<R3<R4,这样有利于均衡发射功率,保证通讯稳定性的同时,减小发射功率,以达到光功率安全标准;Q1与Q2为发射驱动三极管,双管并联驱动有利于提高顺时驱动功率,以提高发射强度,R6-R8为驱动三极管提供偏置电流,C1构成隔直电路,有效导通信号的同时,可以有效保护驱动管与和红外发射管,不会长期导通发射引起过热。
具体的,发射数据由通讯解析控制电路50中MCU产生,JP2与通讯解析控制电路50连接,接入驱动信号,采用多路功率推动同步发射的方式控制。
在优选的实施例中,多路红外接收电路410采用高速雪崩二极管RD1-RD4作为接收,通过跨阻放大,带通滤波与自动增益放大,经滤波器,比较器将信号解调出来,输出到通讯解析控制电路50进行解析校验,并转发。
具体的,该电路可采用两种形式,如图6所示,U1~U4为红外接收电路,内部已经集成了放大电路,带通滤波电路,解调电路及比较输出电路,可做到体积较小、输出稳定,但灵敏度不可调,有一定局限性。
其次,如图7所示,采用分立电路来放大、滤波、解调,可做到输出稳定,灵敏度可调,带宽选择性较好,但体积较大,集成度较低,暂以一路输入为例,RD1为接收管,通过U4跨阻放大电路,将光电流信号放大为电压信号,经过CR1窄带滤波器滤波,再经U3和U5两级放大以及一级CR2窄带滤波器滤波,两级的放大倍数由R3、R5以及R17、R18来调节,将信号放大的U1解调电路允许的信号强度,U2内部进行滤波放大、比较、解调、推动Q1输出有效信号,D10与D11为高速钳位二极管,用于保护U1的输入。
在优选的实施例中,通讯解析控制电路50由供电电路、输出驱动电路、MCU电路、通讯接口电路组成。
如图8所示,供电由JP2插座输入,供电范围DC12~36V,本电路采用DC24V供电,内部电路需要两组电源,其中5V用于为接收和MCU提供供电,9V为红外驱动和发射电路供电,U7及外围电路将24V稳压到5V,U8及外围电路将24V稳压到9V,由于9V为发送电路提高电源,在发射时提供较高的瞬时电流,要求U8输出电流不小于3A,电感L4采用环形线绕电感,以保障在发射时提供稳定的功率输出;U9为MCU,用于调制红外信号输出和接收信号解调,U12为前置驱动电路,将MCU产生的发射信号,输入到U12,由U12输出推动Q1~Q5,再由Q1~Q5推动各发射板的驱动三极管输入,组成多级功率推动电路。JP6~JP18用于通讯解析控制电路50与多路红外发射电路210之间的连接。同时U9连接多路红外接收电路410,将接收信号输入到IO,内部运行软件解析程序,解调并校验,输出正确的通讯数据,并通过接口电路转发,也可以采用FPGA完成红外数据的调制和解调,驱动外部接口与外部设备进行数据交互;该设备中提供了CAN总线通讯和以太网通讯接口,MCU内部集成CAN通讯控制器,电路中U11及外围电路组成CAN驱动电路,R18为CAN总线负载电阻,VD1和VD2为TVS二极管对驱动芯片U11起到保护作用,该CAN接口支持CANOPEN和自由协议;以太网为10M/100M兼容接口,支持TCPServer、TCP Client、UDP Server、UDP Client协议,实现与外部设备进行高速通讯,JP3为以太网两级模块通讯解析控制电路50包括多路解析电路,可用于根据多路接收信号,输出目标接收信号。
具体的,多路红外发射电路210的发射数据由通讯解析控制电路50中的MCU电路产生,JP2与通讯解析控制电路50连接,用于接入红外发射驱动信号。
如图9和图10所示,本实施例中红外光通讯编码及解析控制程序如下:
红外光通讯采用2Mbps的波特率进行数据发射和接收,编码采用4PPM调制方式,MCU输入接收电路数据,判断是否为该接收设备ID,如果接收到本机ID,接收一帧数据,并校验,校验CRC16方式,校验通过后,通过CAN总线或以太网接口发送到外部设备。
在具体的实施例中,如图4所示,第一设备A安装于屋顶,第二设备B在其下3m垂直距离内,第一设备A与第二设备B在直径约15m的范围内可以相互通讯,只要不对其进行遮挡,第一设备A和第二设备B之间通讯无需考虑对准发射和接收的问题,即可在该空间内自由通讯。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种自由空间的高频红外光通讯装置,其特征在于:
包括通讯装置本体(10);
红外发射电路片(20),设置于所述通讯装置本体(10)的顶端,并与所述通讯装置本体(10)可拆卸连接;
外部通讯接口(30),设置于所述通讯装置本体(10)上,用于实现多接口和接口协议的转接;
红外接收电路片(40),被设置于所述通讯装置本体(10)顶端中间位置处;
其中,所述红外发射电路片(20)被设置成十一组,分布在所述通讯装置本体(10)的顶端,构成一个红外信号辐射空间为高约三米,母线约九米的锥形辐射空间,所述红外接收电路片(40)被设置成四组,每组所述红外接收电路片(40)的最大覆盖120度,设置于多组所述红外接收电路片(40)中间位置处,构成一个整体呈半球形的接收空间。
2.根据权利要求1所述的自由空间的高频红外光通讯装置的通讯系统,其特征在于,包括安装在所述通讯装置本体(10)内的通讯解析控制电路(50),与设置于所述红外发射电路片(20)上的多路红外发射电路(210)连接,用于将红外发射驱动信号发送至所述多路红外发射电路(210),所述多路红外发射电路(210)用于根据红外发射驱动信号发射多路发射信号。
3.根据权利要求2所述的自由空间的高频红外光通讯装置的通讯系统,其特征在于,还包括设置于所述红外接收电路片(40)上的多路红外接收电路(410),用于接收多路接收信号,并将接收的多路信号发送至通讯解析控制电路(50)。
4.根据权利要求3所述的自由空间的高频红外光通讯装置的通讯系统,其特征在于,所述通讯解析控制电路(50)包括多路解析电路,可用于根据多路接收信号,输出目标接收信号。
5.根据权利要求4所述的自由空间的高频红外光通讯装置的通讯系统,其特征在于,所述通讯解析控制电路(50)与所述外部通讯接口(30)连接。
6.根据权利要求5所述的自由空间的高频红外光通讯装置的通讯系统,其特征在于,所述多路红外发射电路(210)采用多路发射管串联方式驱动,采用高频红外发射管IR1-IR12作为发射。
7.根据权利要求6所述的自由空间的高频红外光通讯装置的通讯系统,其特征在于,所述多路红外接收电路(410)采用高速雪崩二极管RD1-RD4作为接收。
8.根据权利要求7所述的自由空间的高频红外光通讯装置的通讯系统,其特征在于,所述通讯解析控制电路(50)由供电电路、输出驱动电路、MCU电路、通讯接口电路组成。
9.根据权利要求8所述的自由空间的高频红外光通讯装置,其特征在于,所述供电电路由JP2插座输入,供电范围为DC12-36V。
10.根据权利要求8所述的自由空间的高频红外光通讯装置,其特征在于,所述多路红外发射电路(210)的发射数据由所述通讯解析控制电路(50)中的MCU电路产生,JP2与所述通讯解析控制电路(50)连接,用于接入红外发射驱动信号。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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