CN204305007U - 一种手持设备红外通讯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种手持设备红外通讯系统、交换机、嵌入式接口板，其中，所述系统包括一个或多个包含红外无线接收装置的通信设备、一个或多个包含红外无线发射装置的手持设备，包含红外无线接收装置的通信设备嵌入有红外无线接收模块以接收包含红外无线发送装置的手持设备发送的配置管理信息，并且，在包含红外无线发送装置的手持设备和包含红外无线接收装置的通信设备上运行红外通讯协议。通过本实用新型，可以通过包含红外无线发射装置的手持设备对所有包含红外无线接收装置的通信设备进行无线方式的配置管理。

Description

一种手持设备红外通讯系统

技术领域

本实用新型涉及一种手持设备使用红外无线通讯的系统。

背景技术

目前,许多交换机通信系统在进行配置调试的过程都建立在有线的网络环境之中，如console口或者telnet,由于在现场施工过程中受到各种条件的限制,比如现场施工及设备安装导致的配置口无法通过有线的方式进行配置,或者交换机设备安装在比较危险的环境下,交换机设备很难通过有线的方式进行配置管理。因此,采用一种通过手持设备红外无线通讯对交换机进行无线方式的配置管理的系统成为本领域技术人员致力于解决的课题。

实用新型内容

本实用新型针对上述背景技术中存在的技术问题，提出了一种手持设备使用红外无线通讯的系统。

本实用新型的技术方案如下：

一种手持设备红外通讯系统，该系统包括一个或多个包含红外无线接收装置的通信设备、一个或多个包含红外无线发射装置的手持设备；其特征在于，所述包含红外无线接收模块的通信设备用于接收从包含无线发射装置的手持设备发出的配置管理信息，其包括电源模块、中央处理模块、存储模块、红外无线接收模块装置；所述包含红外无线发射装置的手持设备用于发送配置管理信息，其包括电源模块、中央处理模块、存储模块，红外无线发送模块装置。

所述接包含红外无线接收装置的通信设备的中央处理模块运行处理从手持设备发送的配置管理信息的软件模块。

所述的手持设备产生包含红外无线接收装置的通信设备所使用的配置管理报文。

所述含红外无线接收装置的通信设备有用于从发送设备获取的配置管理报文装置的接口，可以方便实现接收通信设备上进行拔插。

所述包含红外无线接收装置的通信设备接收手持设备发送的管理配置报文。

所述包含红外无线接收装置的通信设备可以是交换机、或路由器。

所述无线接收装置由cpu、红外接收模块、flash、SDRAM、网络接口组成。

所述手持设备由红外无线发送装置、cpu、flash、电源模块等组成。

所述手持设备的红外无线发送装置由cpu控制红外发送模块，其用来接收和发送红外通信协议报文。

所述接收通信设备是含红外无线接收装置的通信设备。

所述发送通信设备是包含红外无线发送装置的手持设备。

一种应用于上述红外通讯系统的交换机，所述交换机适用于组建千兆或百兆主干冗余环网，其具有3个8端口的快速以太网接口模块插槽和4个百/千兆以太网光电复用端口。

一种应用于上述红外通讯系统的嵌入式接口板，包括核心处理器即CPU、存储电路、网络接口电路、红外接收模块，其中红外通讯模块通过RMII接口总线与CPU处理器相连，把从红外发送模块接收到的控制报文发送给CPU处理器。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型在接收通信设备嵌入红外接收装置，接收用于配置管理接收通信设备的报文，在接收通信设备和发送通信设备上使用红外通讯协议，在接收通信设备和发送通信设备上运行的红外通讯软件。发送通信设备通过红外通讯系统配置管理接收通讯设备。

本实用新型将红外接收装置、红外通讯协议的装置集成在通信设备中，通过软件控制，达到每个接收通信设备在接收到发送通信设备发送的配置管理指令，以满足接收通信设备在对系统环境要求比较高的情况下正常运行。

本实用新型红外接收设备装置尺寸小，节省空间，并且方便连接和嵌入到其它通信设备；并降低成本。

 附图说明

图1是本实用新型实施例的系统连接示意图。

图2是本实用新型实施例的嵌入式接口板硬件框图。

图3是本实用新型实施例的红外信号的组成示意图。

图4是本实用新型实施例的TL0038与cpu连接电路示意图。

图5是本实用新型实施例的M34280波形示意图。

图6是本实用新型实施例的红外通讯协议层示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例进行详细描述，以使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚，明确。此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本系统包含硬件部分和软件两大部分，下面分别对这两大部分进行说明。

第一 硬件部分

如图1所示，一种手持设备红外通讯系统，该系统包括一个包含红外无线接收装置的通信设备、一个或多个包含红外无线发射装置的手持设备设备；其特征在于，所述包含红外无线接收模块的接收通信设备用于接收从包含无线发射装置的手持设备设备，其包括电源模块、中央处理模块、存储模块、红外无线接收模块装置；所述包含红外无线发射装置的只能手机设备用于发送控制命令，其包括电源模块、中央处理模块、存储模块，红外无线发送模块装置。在红外无线发射通信设备和红外无线接收通信设备上运行红外通讯协议。

支持红外无线通讯协议嵌入式接口板设计   根据红外无线通讯协议框架，支持红外无线通讯协议的嵌入式接口板硬件框图如图2所示。其包括：系统总线连接的FLASH、SDRAM、CPU处理器，红外无线处理芯片，网络接口；所述红外无线处理芯片与CPU处理器之间通过MII总线连接。

红外无线处理芯片

红外信号接收部分使用TL0038一体化红外线接收器进行接收解码，TL0038一体化红外线接收器的特点有：优秀的抗光干扰性能,高灵敏度,支持高速数据传输,TTL和CMOS均适配,最低可适配：6 cycles/10 burst。

具体电路设计

1 红外控制信号串的产生

当红外发送通讯设备按键按下后，即有红外控制码发出，所按的键不同红外控制码也不同。“0”和“1”组成的16位或32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制，然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。一般红外控制编码是连续的16位或32位二进制码组，其中前面为用户识别码，能区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码互相干扰。后8位为操作码，指定不同的操作。

在具体实现过程中，首先我们设置一个标志位P0_1，它代表了P0_1口的输出。再用P0_1口置高置低驱动红外发射灯实现红外线的发射。我们用cpu通过TC定时器完成红外控制信号串的产生 。首先发射引导码，8.44ms的高电平再接4.22ms的低电平，然后发射8位用户码，先发射0.528ms的高电平，然后再判断该位是0还是1，若是0则P0_1置低0.528ms，若是1则P0_1置高1.582ms。然后再发射过渡码，0.528ms的高电平接4.22ms的低电平，作为用户码和操作码间的过渡。最后发射8位操作码，同样先发射0.528ms的高电平，然后再判断该位是0还是1，若是0则P0_1置低0.528ms，若是1则P0_1置高1.582ms。再发送完第一个周期后，间隔63.4ms继续循环发射第二个周期。

2 红外调制信号的产生

555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，应用十分广泛。

用555时基电路产生38kHz占空比1：3的方波，通过调整电阻电容的值可产生不同频率，不同占空比的载波，方便易用。而且采用555时基电路不占用CPU时间，电路简单，性能稳定，产生的载波精确，稳定，很好的满足了本实验的需要。

3 红外控制信号的发射

红外控制信号串和用555时基电路产生38kHz占空比1：3的方波进行两路叠加后通过红外发射电路驱动红外二极管产生红外线向空间发射实现红外信号的发射。

4 控制信号和调制信号叠加

由cpu产生的红外控制信号和555时基电路产生的38kHz占空比1：3的方波需要先进行两路信号叠加，叠加后的红外波才能由红外发射电路进行发射。

在实验中我们采用4组两路与芯片74LS08实现控制信号和调制信号的叠加。

5 红外控制信号发射电路

由cpu计时器产生的红外控制信号和555时基电路产生的38kHz占空比1：3的方波由74LS08进行两路信号叠加后就可以由红外发射模块的红外二极管向空间进行红外发射了。

在实际测试中我们发现红外二极管输出功率太小，只能控制几厘米的距离。所以我们用三极管9013放大通过红外二极管的电流，9013是一个NPN型的晶体管，它有基极、发射极、集电极三极，基极接收叠加后的红外脉冲，配合发射极、集电极将输出电流放大，去冬红外灯向空间发射。其中的电阻起到了限流和分压的作用。

发射电路经三极管9013放大后，把红外二极管有效控制范围扩大到一米以上，基本满足了实验的需要。

6 红外控制信号串的接收

 (1) 红外信号的解调

从红外发送通讯设备发出的红外控制信号是红外编码串和38KHz占空比为1：3的调制信号两路叠加而成。所以，红外信号处理的方法是对红外发送设备发射的红外信号，先进行解调，再进行解码，然后把得到的红外编码进行存储。

红外信号接收部分使用TL0038一体化红外线接收器进行接收解码，TL0038一体化红外线接收器的特点有：优秀的抗光干扰性能 ；高灵敏度；支持高速数据传输 ；TTL和CMOS均适配 ；最低可适配：6 cycles/10 burst。

当一体化红外线接收器TL0038接收到38kHz红外信号时，输出端输出低电平，否则为高电平。如图3所示，TL0038一体化红外线接收器的三个管脚分别连接cpu的电源，地线和外部中断输入（INT0）。当没有载波为38kHz的红外信号射向TL0038一体化红外线接收器的接收面时，输出端P0保持低电平，当有38kHz红外信号射向TL0038一体化红外线接收器的接收面时，输出端P0变为低电平，由于P0管脚连接着cpu的外部中断输入（INT0），引发了cpu的外部中断。cpu启动内部计时器开始计时，直到没有38kHz红外信号射向一体化红外线接收器的接收面，P0又变为高电平，INT0也随之置为高电平，cpu内部计时器计时结束，并把相应的计时时间存储起来。当整个红外控制信号发送完成时，cpu就记录了完整的红外控制信号高低时序。

 (2) 红外信号的解码

要了解一个未知的红外无线发送设备，首先要分析其脉冲流，从而了解其脉冲波形特征（以何种方式携带“0”、“1”信息），进而了解其编码规律。

在实验中，我们对三菱的M34280 码型进行了自学习。M34280 码型的一帧数据为16 位，8 位用户编码（C7-C0：11011000（D8H）），8 位键数据编码（D0-D7）。

一帧完整的发射码有引导码、用户编码和键数据码三部分组成。引导码由一个8.44ms的高电平脉冲及4.22ms的低电平脉冲组成；八位用户编码与八位的键数据码之间有一4.22ms的低电平间隔。在连续发射波形时，重复码波形与第一次发射的波形相同，“1”和“0”也采用脉冲位置调制方式（PPM），如图4所示。

脉冲流的分析应从分析脉冲的高、低电平宽度入手。本系统用软件的方法实现了对脉冲流的分析。如果没有红外遥控信号到来，接收器的输出端口PO保持高电平；当接收到红外遥控信号时，接收器件信号转换成脉冲序列加到CPU的中断输入引脚（INT0），引发了cpu的外部中断。用软件测试引脚的逻辑电平，同时启动TC计时器开始对输入的脉冲序列计时 。直到没有38kHz红外信号射向一体化红外线接收器的接收面，P0又变为高电平，INT0也随之置为高电平，cpu内部计时器计时结束，把测量到的该引脚逻辑“0”和逻辑“1”情况下的时间值，存储起来，然后进行处理、分析。

首先接收到的应为8.44ms的引导码，软件测试如果输入时间在8.2ms到8.6ms之间则认为接收正确，后面的脉冲串即为红外编码串。然后是4.22ms的高电平，对应引导码后面的4.22ms低脉冲。然后的脉冲串应是8位用户码，无论是“1”还是“0”，其高电平部分宽度相同，都为0.528ms。所以必须通过低电平的宽度来区分“1”和“0”。具体的方法是：若低电平宽度小于0.6ms，则该码位记为“0”，若低电平宽度大于1.3ms，则该码位记为“1” ，若低电平宽度小于1.3ms大于0.6ms，则该码错误。接收分析完成8位用户码后是一个周期的过渡码，0.528ms的高电平，接4.22ms的低电平。过渡码后是8位操作码。分析方法与8位用户码相同。在63.4ms后一个周期结束，继续接收码型相同的第二个周期，如图5所示。

系统很好的完成了对该码型的解码，准确稳定。

(3) 红外信号的分析与存储

分析出红外脉冲串的用户码和操作码后，还要对其进行存储，才能在需要时按原码型发射红外波控制相应红外接收通讯设备。具体的方式是存储于红外接收通讯设备的一张红外信号表中。当系统分析出一条红外命令的用户码和操作码后，就会在红外信号表中自动增加一条记录，其Data字段就记录了该命令的具体用户码和操作码。Id字段是系统自动生成的，唯一标识一条红外信号数据。而Info字段代表红外信号名称及功能描述，由用户在红外发送通讯设备上输入，描述该控制信号的功能。当系统要发射红外控制信号控制某个红外接收通讯设备时，就会查这张表，获得相应的红外信号数据，通过红外信号发射模块发射，控制相应红外接收通讯设备。

第二 软件部分

1 红外通讯协议实现原理     红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。

IRDA标准包括三个基本的规范和协议：物理层规范(Physical Layer Link Specification)、链接建立协议(LinkAccess Protocol:IrLAP)和链接管理协议（Link Management Protocol:IrLMP)。物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对链接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IRDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、 IrCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等等（见图6）。

红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，其频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼眼看不到的光线。目前无线电波和微波已被广泛应用在长距离的无线通信中，但由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通信场合点。

对点的直接线数据传输。为了使各种设备能够通过一个红外接口进行通信，红外数据协议（InfraredDataAssociation，简称IRDA）发布了一个关于红外的统一的软硬件规范，也就是红外数据通讯标准红外数据通讯标准包括基本协议和特定应用领域的协议两类。类似于TCP-IP协议，它是一个层式结构，其结构形成一个栈。其中基本的协议有三个：①物理层协议（IrPHY），制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，包括红外的光特性、数据编码、各种波特率下帧的包括格式等。为达到兼容，硬件平台以及硬件接口设计必须符合红外协议制定的规范。②连接建立协议（IrLAP）层制定了底层连接建立的过程规范，描述了建立一个基本可靠连接的过程和要求。③连接管理协议（IrLMP）层制定了在单位个IrLAP连接的基础上复用多个服务和应用的规范。在IrLMP协议上层的协议都属于特定应用领域的规范和协议。④流传输协议（TingTP）在传输数据时进行流控制。制定把数据进行拆分、重组、重传等的机制。⑤对象交换协议（IrOBEX）制定了文件和其他数据对象传输时的数据格式。⑥模拟串口层协议（IrCOMM）允许已存在的使用串口通信的应用象使用串口那样使用红外进行通信。⑦局域网访问协议（IrLAN）允许通过红外局域网络唤醒笔记本电脑等移动设备，实际远程摇控等功能。整个红外协议栈比较庞大复杂，在嵌入式系统中，由于微处理器速度和存储器容量等限制，不可能也没必要实现整个的红外协议栈。一个典型的例子就是 TinyTP协议中数据的拆分和重组。它采用了信用片（creditcard）机制，这极大地增加了代码设计的复杂性，而实际在红外通信中一般不会有太大数据量的传输，尤其在嵌入式系统中完全可以考虑将数据放入单个数据包进行传输，

用超时和重发机制保证传输的可靠性。因此可以将协议栈简化，根据实际需求，有选择地实现自己需要的协议和功能即可。 系统软件设计

2 软件实现的功能如下。

软件的编写是红外接收通讯设备和红外发送通讯设备进行红外通信的重点，考虑到软件的可移植性和程序执行的速度，采用c语音编写，主要需要实现的功能如下：

（1）根据跳线识别不同的波特率，支持的波特率的传输范围为1200bps～57600bps；

（2）由于设置红外默认的状态为接收状态；

（3）物理层判断红外口有无接收到脉冲数据，将接收到的脉冲进行解释后送到红外数据接收缓存区；

（4）实现连接建立协议层IrLAP，和红外发送通讯设备建立连接；注意，这种建立的连接是单工的，只有在该次通信完成时才建立下次的连接；

（5）实现连接管理协议层IrLMP的功能；

（6）将从红外接收的数据通过RXD送到终端的异步串口接收端；

（7）从终端的异步串口发送端接收数据，根据IrDA协议栈，和红外发送通讯设备建立连接后，将从终端接收到的数据通过红外发送到红外发送手持通讯设备；

在软件的实现中，对终端的数据传输而言，数据是进行半双工的透明的传输。

Claims (7)

1.一种手持设备红外通讯系统，该系统包括一个包含红外无线接收装置的通信设备、一个或多个包含红外无线发射装置的手持设备；其特征在于，所述包含红外无线接收模块的通信设备用于接收从包含无线发射装置的手持设备发送的配置管理信息，其包括电源模块、中央处理模块、存储模块、红外无线接收模块装置；所述包含红外无线发射装置的手持设备用于发送配置管理信息，其包括电源模块、中央处理模块、存储模块，红外无线发送模块装置。

2.根据权利要求1所述的手持设备红外通讯系统，其特征在于，所述包含红外无线发送装置的手持设备的中央处理模块生成用于红外接收处理模块所使用的报文。

3.根据权利要求1所述的手持设备红外通讯系统，其特征在于，所述包含红外无线发送装置的手持设备的中央处理模块和包含红外无线接收装置的通信设备的中央处理模块运行红外通信协议。

4.根据权利要求1所述的手持设备红外通讯系统，其特征在于，所述红外接收通信设备有用于红外接收处理装置和红外通讯协议处理装置的接口，可以方便实现从通信设备上进行拔插。

5.根据权利要求1所述的手持设备红外通讯系统，其特征在于，所述包含红外无线接收装置的通信设备接收从包含无线发射装置的手持设备发送的红外通讯协议报文。

6.根据权利要求1所述的手持设备红外通讯系统，其特征在于，所述包含红外无线接收装置的通信设备可以是交换机、或路由器。

7.根据权利要求1所述的手持设备红外通讯系统，其特征在于，所述红外无线发送装置由cpu、红外处理芯片、flash、SDRAM、网络接口组成，红外无线发送装置由cpu控制红外处理芯片，其用来接收和发送红外通讯协议报文。