红外通讯技术在电能表数据交换中应用

詹学文 +’华技大学，#!**D#)’国营建南机器厂，湖南怀化：介绍了在多功能电能表红外远距离数据通讯中红外和红外的选择及红外通讯接口电路设计等有关技术。HBIJ+G!GHB;K<)*号 文献标示码 文章编号+**+M+!"*)**)+)M**@<M*! */55637*)’7/3 K5%WO2%O%7R+FWO27X5-Q-7)F:21X5-Y+’Z52[O%7R\71S-041/]%TB.1-7.-27PH-.O7%&%R]U5O27#!**D#VO172；)’^12772732.O17-0]E2./%0]Z5727 Z521O52#+G***VO172_$%&’()*’NHO1420/1.&-17/0%P5.-4O%Q/%.O%%4-61//%7RP1%P-27P0-.-1S-04T%017T020-P.%66571.2/1%65&//201TT0BV3HBIJ+G!GHB;K<)**#概红外通讯有着成本低廉、简单易用和结构紧凑的特点，因此在小型移动设备中获得了广泛的应用。从应用领域来看，红外通讯主要应用于和数据通信这两方面。红外的特点为距离较近，但所需传输的数据量较小，一般仅为几个至十几个字节的控制码。而数据的红外通讯乃是最近几年刚兴起的一种较新的技术，它具有数据传输量大，传输速率高等特点，90:;通讯协议即为此类技术的一个标准，它的#种+"<**=1/44C；)@D<A=1/439!#3=1/44E9C；#+<3=1/4$E9但其有一个弱点即传输距离比较近，至多可达到+6。在多功能中F红外须在+*6内对多功能实施全功能操作。对于这种利用红行较远距离数据传输而言，普通的红外或90:;协议都要求，因此要更深刻地研究该领域

多功能应用中的几个主要问题<在远距离红外数据通信中，要将数据脉冲信息调制后再驱动红外发光二极管发出红外光，经红外接收调制后的红外光并解调为数据脉冲才能实现数据的通信。其信号的调制特性见图+率为!G‘[。=在红外通讯电路中，红外收发器件的性能是至关重要的。现在市场上的红外收发器件无外乎应用于数据通信的90;器件与件。鉴于0;传输距离近、成本低的特点，在应用于远距离红外数据通 （=） 过大量的对比、筛选和实验，最 选择 一般选用波长为"#*76或"K*76的红外二$9;<=>公司的?;=@A)**红外 管?;BC+D!D红外 #反向漏电流 红外 是指红外二极管未被反向击穿时的反向当前所采用的件一般为红外发光二极管，它的伏安特性与普通二极管相似。一般小功率管的正向压降++’!$G率管!+A+’$G功率管!)$，在驱动电路设计中应注意驱动电压大于红外发光管的正向压降，以克服死区电压产生正向电流#，图)为;=A)**红外发光二极管的正向电压与正向电流的特性曲线。图 正向压降与正向电流特性曲红外发光管应工作性区，根据实际需要选择#"的大小以满足通讯距离的要求。由于现在大多数红外发光二极管为球面透镜封装，红外二极管的指向角较小。为改善光线的指向特性，使之在较宽的偏移距离能正常工作，应采用多管并发的方法。在管的选型时应注意以下几个主要参数：+正向工作电流是指红外二极管长期工作时的最大平均正向电流。若红外二极管长期超过#"运行，会因过热而烧坏，在这里推荐使用#"E+*6=的红外二极管作数据通讯较为适宜。)光功率是指输入到发光二极管的电功率转化为红外光输出功率的那一部分。光功率越大，距离越远。因此，在#"相同水平的红外二极管中应选用光功率较大的红外二极管。!峰值波长是指红外发光二极管所发出近红外光中，光强

最大值所对应的发光波长。在远距离红外通讯中，流。在选型时应选用反向电流小的发光管。选用的德国$9;<=>公司的?;=@A)**砷化镓红外发射二极管，它为蓝灰色塑胶封装。表+列出了其常用 ?;=@A)**常用参数最小 典型正向压降反向电流$光强度光功率 6LMO- 红外通讯与其它通讯方式一样，都会受到环境条件的限制及干扰。红外通讯的干扰源主要是白炽灯光与光。红外的输出电流为E&(式中&’(—受光面积；—上式表明，使用带有滤光器的能够减少光噪声对输出电流的影响；上式还表明加大红外信号的受光面积和受光强度也是提高灵敏度的有效途径。因而提高红外二极管的及选用带有透镜聚焦的是提高能力的有效方法。在选型时还必须严格注意红外的以下几+响应频率是指的光响应频率，此频率应与发射电路脉动光调制频率严格保持一致。)!OQ是指中的带通滤波器的带宽，此带宽应+*J+*R内为宜。!在其光轴上距表面+*66处红光辐射照度!"应能满足如下条件，且尽可能;<<*’!=6>?6)!!"!)****6>?!"!*’)*>?#指受光面的聚焦滤波透镜于提高可靠性、滤除光噪声至关重要，故在选型时须注意选用带光透镜的产品。=此角度越大，可使在越宽的范围内工作，一般应选!*@以上的。A是指在接收已调制的脉冲光信号时个最小周期内有光时间$与周期%对于抗光噪声干扰有重要的作用。由于光噪声一般是连续光或连续脉冲光。对于连续光一般中的带通滤波器能较好地将其滤去。而连续脉冲光，如不作特殊处理则无法与正常信号区分开来。一些厂家生产的利用脉冲占空比的方法将连续脉冲光干扰作了抑制。图!和图#为;E输出函数和脉冲占空比与光辐射照度关系的示意图。图 BC;D+E!E输出函#占空比与光辐照度关系示意图

需的光辐射能量急剧上升，所以已调制的信号所产生的脉冲光只要符合$?’E=，就可以很好地接收信号，而连续脉冲光干扰则需要很大的光照能量才能可形成干扰，这一特性对数据通讯的可靠性提供了有力的保证。$9CGHIBC;D+E!E，为带滤光器的集成红外接收模块，塑料封装可滤除可见光，检波输出信号可直接由微处理器译码。其特性参数如表)所示。 BC;D+E!E常用参数$=$=接收距离6光辐照度6>?!"*>?#多功能电能表中红外接口电路，主要由红外发

的"N=)单片机，由它来控制调制后红外光信号的传输、校验和编处理。在电路设计时，为提高传输速率，方便与异步串口的联接及节省编的开销，直接将=)的输出串口:进行Q调制，然后驱动红外管红外线。接收也是从红外接收模块的输出直接进入的输入串口RO:*6图=外荡电路由逻辑门与RN阻容元件构成，振荡频率调整在EPK+PQ，当然频偏越小越好。双管串联是为了增大指向角，以便使有效接收面积扩大。 红外电图A为红外接收电路，BC;D+E!E的输出端直射和红外接收两个部分组成。控制采用=+系

接与单片机的RO:

+E用叠层电路基板，以及采用先进的贴装技术和微组装技术。导磁性镍锌材料、磁性锌锰材料、导电热塑性塑料、导电热固性塑料等新型材料在微机化仪器中的使用，也可提高其整体的能力，并降随着纤维科学、集成光学技术和全息技术的发展，光纤通信已进入实用阶段。光纤传送信号利用了光技术所具有的高密度传送信息和电磁高性的特征，从本质上可较有效地排除电磁干扰。因此，光技术的应用以及光子计算机的研发，必将使未来各种先进的微机化仪器的电磁兼容性提高到一个崭新的水平。!随着计算机技术的迅猛发展和仪器仪表测量技术的进一步提高，微机化仪器势必逐步取代传统测量仪器。在这类仪器及其系统的设计过程中，不能再像传统的电工设备那样，直到电磁兼容性问题

参考文;+<，’工业现场智能仪表的可靠性设计［=］’自动化仪;)<A12%717BC-’D0-E712F=’G’D(2H%&7I=’D-/21KM-0N%0627.-17/-0OPQ.%77-./%04R272&I414%N39.K202./-014/1.4;<9,,T02742./1%74%7&-027-/1.P%6M2/1U1&1/I’$%&56-R##9445-R+D;!<P272W-0%V’X’’V%0-E%0HR4M-1&1445-%7Y0-.-7/2HW27.-4,3P%NM017/-H101/U%20H4Y<,T02742./1%74&-0271P%6M2/1U1&1/I’$%&56-R#!9445-R+;#<，’电磁兼容设计［3］’邮电大学;Z<:-G-%[DP-001 $’D-/2&’\416M&-%7&-/271.P%6M2/1U1&1/I’$%&56-R#+9445-R;]<钱照明，程肇基’电磁兼容设计基础及干扰抑制技术［3］’浙江大学，)***’;^<，，等’电子控制设备技术及其应［3］’机械工业;?<’电力电子系统中的电磁兼容［3］’水利电力大学出现后才提出改进措施，而应在生产、构建仪器 ;"<Q-07K20H_%702H’电磁兼容性@保护措施［=］’电子产品世界其系统的前期，就考虑其具有的计算机与测量仪器两方面的特征，对可能的电磁兼容性问题加以预测，，采用软件、硬件和软硬件相结合的方法进行电磁兼容性设计，以切实提高微机化仪器的稳定性、可靠性和准确度。由于国内对微机化仪器的电磁兼容性问题的研究还较初步，本文列举的技术方法有待在今后的工程实践中不断完善和提高。因未见有专门全面论及微机化仪器电磁兼容性设计方

;+*<’电磁干扰与电磁兼容技术［3］’机械工业;++<’计算机及外部设备的防电磁泄漏技术［=］’计算机自动测收稿日期：)**)*"杨长江编发上接第Z?页） 设置使操作电能表由接触式成为非接触式给操作带来了方便。该表型符合XQ‘T+Z)?#《复费分时XQT+^)+Z+)级静止式交流有功电度表》。全部性能指标符合:G‘]由单片机对接