关键词： 远红外，收发器，通信协议，透明通道， 主叫帧，应答帧，光交叉干扰，接下来我们就来聊聊关于红外收发器工作原理 远红外收发器及其应用?以下内容大家不妨参考一二希望能帮到您!
红外收发器工作原理 远红外收发器及其应用
关键词： 远红外，收发器，通信协议，透明通道， 主叫帧，应答帧，光交叉干扰。
摘要：本文简要介绍了远红外收发器的功能、应用过程，以及在应用场景中常见问题的处理。 对应用远红外通信的工程技术人员、 现场施工人员以及采购人员有一定的参考作用。
撰稿人： 王景公 、丛琳琳、贺志刚
1 原理和功能
远红外收发器是利用波长 800~1000nm 之间的调制红外 光进行点对点通信的小设备， 调制频率一般是 38（ ±1） kHz， 调制方式是 OOK。当通信时，发送端的每位（bit） 的‘0’ 信号（电平） 被转化为 38k 的调制红外光发出， 而‘1’信号 则不发送任何光；在接收端，有红外调制光的时片会被解调 出‘0’信号，没有红外调制光的时候解调器输出‘1’电平 （信号或者空闲状态）。这就是物理层的过程。至于信号电平 的宽度和幅度， 空闲时间（不通信）的宽度，是因用户的协 议不同而变化的。
在大多数应用场景下，为了方便地同步bit流（位流）以转化为数据字节， 用户多采用异步串行通信方式（UART）， 至于每字节信息位数（7/8）和 有无校验位（N/E/O）， 以及停止位数（1/2）， 大多取决于用户的应用协议。不受物理层限制。 换句话说， 无论用户采用什么样的 UART 协议， 远红外收发器都可以正常工作。但是，通信 的速率（bps） 是受限制的，一般不能超过 2400bit/s。具体原因本文在后续有说明。
远红外收发器， 通常又被称作红外抄表器或者红外读数头。都是同样的产品， 无非是用 户的称呼习惯。为了与仪表、 采集器、 DTU（数据传输单元）、计算机等等常用设备接口方便， 远红外收发器内部一般设计有标准接口， 可以是以下之一： TTL 电平信号线，RS232 电平信 号线，RS485 电平信号线， USB 接口（插件）。当前， RS485 总线接口方式应用最为广泛， 因 为一个采集器（或者 DTU） 可以通过 RS485 总线连接多个远红外收发器， 从而实现抄收多块 仪表。很适合工业过程的常年在线采集检测， 经济实用。
2 应用过程
2.1 典型示例
如下图 2.1 所示。用户借助互联网和 DTU 在应用现场使用远红外收发器抄读在线仪表， 从而实现长时在线监测。
图2.1简易在线监测系统中的远红外收发器
从上图中我们可以看到， 1 个 DTU 可以通过 RS485 总线连接多个远红外收发器， 从而实 现对多块仪表的抄读。 在这类系统中， 先由用户计算机发起呼叫， 当 DTU 发出主叫帧时， 每 个远红外收发器都会发出红外呼叫帧， 由于呼叫帧中包含通信地址（通信 ID） ,只有地址匹 配的仪表才会返回应答帧， 相应的远红外收发器将其转化为 RS485 总线上的应答帧， DTU 将 应答帧远传到用户计算机。这样就实现了 1 次抄表握手。 在这类系统中， 测量仪表可以是不 同的品种， 只要满足以下 2 个条件就可以相互兼容。第一， 握手起源于用户计算机呼叫而非 仪表主动上报； 第二， 针对不同类型、不同通信地址的仪表， 用户计算机上的应用软件与仪 表的协议是一致的。在满足这两个条件的情况下， 无论在线仪表是电能表、水表、气表还是 热表都可以相互兼容。
2.2 红外光的交叉干扰
大多数用户之所以喜欢用远红外收发器采集数据， 最重要原因是因为非接触式通信， 不 用改变在线仪表原来的安装方式， 如果仪表安装柜是透明门的则在柜外即可以抄表。 这样也 带来一个问题： 从发送端到接收端红外光的覆盖空间是一个锥体（发送端是顶点， 接收端在 锥底），尽管锥体信道比球体信道选择性更好， 但是如果在线仪表在同一个安装柜中数量较 多且密集， 就会因信道重叠和光线反射相互干扰。尤其表现在仪表应答帧的过程中， 接收端 的相邻远红外收发器会因为受到光干扰而向 RS485 总线输出误码， 在客户计算机上就反映出 乱帧或者断帧， 影响抄表的成功率和效率。 为了降低这种影响我们当前推荐“主叫式”远红 外收发器。
2.3 主叫式 和 帧间距
所谓主叫式远红外收发器， 就是指该类产品先由 RS485 输入进而发送红外呼叫报文， 而 后它转为接收状态， 等待被呼叫对象的响应报文并从 RS485 输出。 尤其是在等待应答的过程
中， 智能识别响应报文是否是从自身节点返回， 若判定响应报文是从其它节点（非本节点）返回则在响应帧期间内保持静默， 不再向 RS485 总线输出信号电平。这样就有效地抑制了对 响应帧的干扰， 提高了成功率和抄表效率。
帧间距是指两次握手之间空闲时间的宽度，如下图 2.2 所示。
图 2.2 远红外通信中的时间概念
在上图中， 主叫帧和响应帧的时间宽度取决于通信协议以及通信速率。仪表的响应时间 T1 由仪表的设计特性所决定， 大多远红外收发器的用户无法选择（往往是安装抄表设备前仪 表就已经运行， 没有选择余地）， 用户能做的是调整计算机软件发转收的
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