漫射紅外技術的智能家居無線局域網設計

當今IrDA紅外通信方式的通信速度因IrDA物理層的規范方式而異，共分為5大類SIR、MIR、FIR、VFIR和UFIR。SIR通信速度為115 kbps，用于文字信息的傳輸。MIR和FIR方式的通信速度分別為1 Mbps和4 Mbps，可使文字信息傳輸速度更快，也可傳輸音頻信息，如MP3、WMA等格式的文件。VFIR和UFIR方式的通信速度分別為16 Mbps和100 Mbps，主要用于圖像數據信息傳輸。在智能家居領域中，圖像傳輸比較少，故采用前3種通信方式。
3．2 紅外編碼格式
IrDA協議的物理層制定了規范的編碼格式。IrDA物理層1．0版本應用于SIR和MIR通信方式。它基于異步串行通信接口，將從UART接收到的數據進行了編碼，將數據“0”變換成3／16位速率或1．6μs的窄脈沖，而數據“1”變換成不發送脈沖。IrDA物理層1．0版的幀結構如圖7所示。

其中，兩個STA為起始位，每個STA由01111110組成；后面的內容是上層IrLAP協議加載來的數據，包括8位地址位、8位控制位和n×8位數據位(nMAX=256)；FCS為16位的CRC校驗位；STO為停止位，由01111110組成。
IrDA物理層1．1版本應用于FIR通信方式。它采用4PPM調制方法，以500 ns為固定時隙并將其4等分，根據脈沖在時隙的位置來確定數字模式。4PPM調制方法具有4 Mbps的傳輸速率，在此速率下，封裝包是以同步方式傳送的。IrDA物理層1．1版的幀結構如圖8所示。

其中，16PA為16位的引導碼1000 0000 1010 1000；一個STA起始位由0000 1100 0000 1100 0110 0000 01100000組成；后面的內容同樣是上層IrLAP協議加載來的數據，包括8位地址位、8位控制位和n×8位數據位(nMAX=256)；FCS為32位的CRC校驗位；STO為停止位，由0000 1100 0000 1100 0000 0110 0000 0110組成。
3．3 紅外網絡的建立過程
紅外網絡節點由IrDA通信協議的IrLAP完成鏈路連接，IrLAP在紅外信道上提供了一種可靠的數據傳輸機制。在網絡中，各收發模塊以紅外方式通信時實現尋址、地址沖突處理、恢復機制、工作站的發現／識別、連接建立、主站競爭、媒體接入控制等功能。在面向連接的業務中，IrLAP為所支持的數據鏈路提供了業務的服務質量，可選的數據塊大小為64～2 048位，可選波特率為9 600～4 000 000 bps，等待時間閾值為3 s，最大探詢時間為50～500 ms。
IrLAP定義了3種幀：
①無編號幀。用于建立和釋放數據鏈路，報告過程錯誤，傳送數據。
②監督幀。用于鏈路管理，如應答接收幀、傳輸站點狀態報告幀序列錯誤。
③信息幀。用于傳輸信息。
IrLAP的工作過程包括地址沖突處理、建立連接、喚醒、信息交換、重置連接、終止連接。IrLAP工作過程如圖9所示。

一旦通過IrLAP建立了鏈路連接，鏈路的使用和應用參數的設定將由IrLMP協議來管理。IrLMP的工作過程包括LSAP(鏈路業務接入點)連接控制、站點控制、IrLAP連接控制等。紅外站點間的通信出現碰撞時，用超時重傳方法來解決。
IrLAN是基于上述協議的高層協議，支持IrDA與其他已有局域網的互連。基于IrLAN協議的移動站的工作方式有3種模式：接入點、對等式、主機式。IrLAN使用TinyTP協議來分割和組裝分組并進行流量控制。

結語
本文采用漫射紅外的方式，完成了家中局域網的建立，實現了紅外通信功能。無論是控制命令的響應速度，還是紅外數據的傳輸速度，都達到了理想的效果。這樣，遙控器或控制終端可以對家中的所有電器設備進行控制。例如，可對智能家居系統編制情景功能如“夜間模式”，即可自動關閉窗簾，開啟客廳燈光，打開電視機、空調、音響，并將家庭報警設備設置為主人在家的模式，防止誤報——無需繁瑣地逐個操作各種電器及設備。