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基于IrDA标准的红外无线数字通信及应用


信息技术
Information Technology

                               2005 年第 3 期  

基于 IrDA 标准的红外无线数字通信及应用
马静波
( 哈尔滨无线电监测站 , 哈尔滨 150040)

摘   : 概述了红外无线通信的概

念 , 介绍了 IrDA 通信协议 , 在此基础上设计了一种基于单片 要 机的通用红外通信接口模块 , 它支持 IrDA 协议 , 采用串行输入输出 , 可以做为附加通信模块方 便地集成到各种设备和仪器仪表中 。 关键词 : 红外无线通信 ; IrDA 协议 ; 通用红外通信接口 中图分类号 : TN92    文献标识码 :A    文章编号 :1009 - 2552 ( 2005) 03 - 0046 - 02

The application of IrDA - based infrared digital wireless telecommunication
(H arbin Radio Monitoring Station , H arbin 150040 , China)

Abstract :This paper introduces the concept of infrared wireless communication and IrDA protocol , according to this a kind of general infrared communication interface module is designed ,which supports IrDA protocol , adopts serial input and output , can be easily integrated with devices and instruments. Key words :wireless infrared communication ; IrDA protocol ; general infrared communication interface

0  红外无线通信概述

红外无线通信技术提供了一种低成本 、 短距离 、 高速率的无线通信方式 ,采用红外线作为通信载体 , μ 一般采用 0. 9 m 波长左右的红外线 。调制方式一 般采用 ASK ,QPSK , PPM 等 , 传输速率为 2. 4kbps ~ 16Mbps 。

1  IrDA 协议

lrDA 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

门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。lrDA 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。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 。 1. 1  IrDA 数据协议 IrDA 数据协议有物理层 、 连路接入层 、 连路管 理层三个基本层协议组成 , 另外为了满足各种上层 应用的需要 , 还扩展一些接口协议 , 其中包括 : Tiny TP , IrCOMM ,OBEXTm , IrDA Lite , IrTran - P , IrMC , Ir2 LAN 等 ,基本结构如表 1 所示 。 — 46 —

MA Jing2bo

表 1  IrDA 数据协议栈
OBEXTm LM - IAS IrLAN IrCOMM IrMC

IrTran - P

Tiny Transport Protocol - Tiny TP

Ir Link Mgmt - MUX - IrLMP Ir Link Access Protocol - IrLAP Async Serial - IR 1. 152Mb/ s Sync 4PPM 4Mb/ s

Async Serial - IR 9600b/ s - 115. 2kb/ s

1. 2  IrDA 红外串行物理层协议 IrPHY定义了 4Mb/ s 以下速率的半双工连接标

准。 IrDA 物理层中 ,将数据通信按发射速率分为三 在 大类 : SIR , MIR 和 FIR 。串 行 红 外 的 速 率 覆 盖 了 RS - 232端口 ,通常支持的速率 9600bps~115. 2k bps 。 MIR 可支持 0. 576Mbps 和1. 152Mbps的速率 ;高速红外 ( FIR) 通常用于 4Mbps 的速率 ,有时也可用于高于 SIR 的所有速率。4Mb/ s 连接使用 4PPM 编码 ,1. 152Mb/ s 连接使用归零 OOK 编码 ,编码脉冲的占空比为 0. 25 。 115. 2kb/ s 及以下速率的连接使用占空比为 0. 1875 的 归零 OOK 编 码。IrDA 兼 容 的 发 射 器 发 射 波 长 为
收稿日期 :2004 - 10 - 09 作者简介 : 马静波 (1969 - ) ,男 ,毕业于哈尔滨工业大学 , 现工作于哈 尔滨无线电监测站 ,工程师 。

850~900nm ,接收器的视场 ( FOV) 至少大于 15° 。大多

2. 1   硬件设计 GIRCI 模块框图如图 1 , 主要由 AT89C55 、 红外

数的 IrDA 接收器的 FOV 比较大 ,所以多数的 IrDA 链 路采用半定向 LOS 式。IrDA 协议规定误码率不超过
10 - 9 (4Mb/ s 时不超过 10 - 8 ) 的连接距离达到 1 米以

通信模块和串行口三个部分构成 , 其中红外通信模 块 由 HSDL7001 和 HSDL3600 组 成 , HSDL7001 和
AT89C55 通过串口相连 ,从 AT89C55 的 P0 口扩展一

上 ,很多连接能达到 3 米。
1. 3  IrLAP 红外链路接入协议 IrLAP 定义了链路初始化 、 设备地址发现 、 建立

片 8251 用做 GIRCI 的输入输出口 。

连接 ( 其中包括比特率的统一 ) 、 数据交换 、 切断连 接、 链路关闭以及地址冲突解决等操作过程 。它是 从异步数据通信标准高级数据链路控制 ( HDLC) 协 议演化而来的 。IrLAP 使用了 HDLC 中定义的标准 帧类型 , 可用于点对点和点对多的应用 。IrLAP 的 最大特点是由一种协商机制来确定一个设备为主设 备 ,而其它的成为从设备 。主设备探测它的可视范 围 ,寻找从设备 ,然后从响应的设备中选择一个并试 图建立连接 。在建立连接过程中 , 两个设备彼此协 调 ,按照共同的最高通信能力确定最后的通信速率 。 以上的 “寻找” “协调” 和 过程都是在 9. 6kbps 的波特 率下进行的 。
IrDA 数据通信工作在半双工模式 , 因为在发射
图 1  GIRCI 模块框图

HSDL7001 是一片符合 IrDA1. 0 协议的红外编

解码芯片 , 提供标准的 16650 UART 接口 , 可以和一 片有串口功能的微控制器结合使用 ,可驱动 IrDA1. 0
DL3600 是符合 IrDA1. 1 中 IrPHY 协议的红外收发模

2. 2   软件设计

时 ,接收器会被发射器的光芒所屏蔽 。通信的两个 设备将通过快速转向链路来模拟全双工通信 , 并有 主设备负责控制链路的时序 。
1. 4  IrLMP 红外链路管理协议 IrLMP 是 IrLAP 之上的一层链路管理协议 ,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 、 的数量 ( 帧的开始 ) 及连接换向时间等参数 BOF 的协调 、 数据的纠错传输等 。
1. 5  IrDA 控制协议 ( IrDA Control Protocol ) IrDA 控制协议是一种用于低速外围设备如键

盘、 鼠标 、 游戏杆 、 打印机等与 PC 、 游戏机 、 电视机 、 机顶盒等主机的连接标准 。它由物理层 、 MAC 层和
LLC 层组成 。

2  通用红外通信接口
tion Interface , 简称 GIRCI) , 是以一片 MCS51 单片机

为主空器 ,配以红外收发器件和串口控制器构成的 通信模块 。它具有以下特点 : 支持 IrDA 协议 ; 具有 串行接口 ,可方便地添加到其它客户系统中 ,特别适 外通信接口 。

合为智能仪器或其它嵌入式系统提供方便可靠的红

通用红外通信接口 ( General Infrared Communica2

兼容的收发器 , 最高传输速率达到 115. 2kbit/ s ; HS2 块 ,支持 9. 6kbps - 4Mbps 的传输速率 ,SIR ,FIR 两种 模式 ( 本文使用 SIR 模式) 。
GIRCI 主控 软 件 流 程 图 如 图 2 , GIRCI 主 控 程

序 ,系统开始运行 。

图 2  GIRCI 主控软件流程图

       

( 下转第 51 页)

— 47



  capSetUserData ( cam [ num ] . hWndC , ( long) capture ) ;    / 设置视频帧回调函数 ,根据不同的应用 , / 编写不同的回调函数   capSetCallbackOnFrame ( cam [ num ] . hWndC , MyFrameCallbackProc ) ;    / 由捕获窗获取视频捕获的缺省设置 /    CAPTUREPARMS Param ;     capCaptureGetSetup ( cam [ num ] . hWndC , &Param ,sizeof ( CAPTUREPARMS) ) ;    / 设置捕获窗的参数 /    Param. dwRequestMicroSecPerFrame = 66667/ 2 ;    capCaptureSetSetup ( cam [ num ] . hWndC , &
Param ,sizeof ( CAPTUREPARMS) ) ;

   / 设置捕获窗的显示模式和显示速率 /    capPreviewRate ( cam[ num] . hWndC , 66) ;    capPreview ( cam[ num] . hWndC , 1 ) ;   }
} ( 3) 双目视频图像的捕获 BOOL StereoVideoCapture ( CamCapture 3 capture) { } ( 4) 终止捕获并断开与视频设备的连接 ( 1) 8251 和 HADL7001 编码模块 。 ( 2) 初始化 89c55 的串口 。

( 上接第 47 页)

(3) 初始化状态机接口 。分配一个先进先出的

环形队列 Event Queue ( 接收缓冲队列 ) , 用于存放 所有与状态机运行相关的数据包 ; 分配两个发送缓 冲队列 Txup Quene ( 上行队列 ) ,Txdown Queue ( 下 行队列) ,用于存放给客户端和红外发射端的包 ; 使 用两个全局变量 CURR - STAT 和 GIRCI 主控程序的 状态 , CURR - STAT 初始值为 GIRCIDNM , GIRCI STAT 初始值为 NORMAL ; 初始化所有的全局变量 ;

  IplImage 3 frameL ;  ……

  IplImage 3 frameR ;   InitialCameras ( capture ,2) ;

   / 获取左图像的指针 /    frameL = GrabImage ( cam[ 0 ] . hWndC) ;    / 获取右图像的指针 /    frameR = GrabImage ( cam[ 1 ] . hWndC) ;

   / 取消登记的回调函数 /    capSetCallbackOnFrame ( capture - > cap2 Wnd , NULL ) ;    / 终止窗口 /    DestroyWindow ( capture - > capWnd) ;    / 断开与驱动程序的连接 /    capDriverDisconnect ( capture - > capWnd) ;
}

到的标定模板的左右两幅图像 。

4  结束语

VC ++ 6. 0为开发工具 ,用纯软件的方式编程实现了双

目视频图像的实时捕获。希望通过本文的介绍能够 对从事视频应用程序研究和开发的人员有所帮助。 参 考 文 献:

[1 ]   清汉计算机工作室 . Visual C ++ 6. 0多媒体开发实例 [ M] . 北京 :

[2 ]   王华 . Visual C ++ 6. 0编程实例与技巧 [M] . 北京 : 机械工业出版

[3 ]   马颂德 ,张正友 . 计算机视觉 —— — 理论与算法基础 [ M] . 北京 :

将回调函数指针告诉状态机 ; ( 4) 循环检查 Event Queue 是否为空 ,如果不为

空则向下层状态机分发 。 主控软件还包括三个中断服务子程序 ( ISR) 、 分 别为 两 个 外 部 中 断 ( 8251 的 TxRDY 中 断 INT1 , RxRDY 中断 INT0 ) 和串口中断 , INT1 的 ISR 负责将 发送 Txup Quene 中的包 ; INT0 的 ISR 负责将接收 缓冲区的客户端请求放入 Event Queue 中 ; 串口中 断服务程序负责发送 Txdown Queue 中的包和接收 缓冲区的包放入 Event Queue 中 。
责任编辑 : 姚彦茹

   void CloseCameras ( CamCapture 3 capture)
{

   / 停止捕获 /

   capCaptureAbort ( capture - > capWnd) ;

图 2 是在摄像机标定模块中利用该捕获程序得

图2  捕获程序捕获的双目视频图像

利用 VFW 提供与设备无关的 A VICap 窗口类 ,以

机械工业出版社 ,2000. 社 ,1999.

科学出版社 ,1998.

责任编辑 : 张荣香

— 51




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