基于stm8L单片机的IrDA红外数据通讯实验

 作者： 立创赵工 

1、作品简介

       最近发现立创商城上有个IrDA收发器出现！玩够了常见的WIFI、蓝牙、GPRS、2.4G nRF24L01电子器件和模块，笔者对IrDA还是没用过，决定尝尝鲜咯！因此，做了下面这个IrDA红外数据通讯实验。

    实验板外形图：

    PS: 这个实验板，因为电路较简单，笔者采用的是立创商城上，下单即可免费拿的“STM8L051+LT8920+ME6209的评估板模块（PCB空板）”进行改装的，该板的商品编号是：C94731。 

    什么是IrDA? 顺此，先给大家简单介绍一下：

IrDA是红外数据组织（Infrared Data Association）的简称，目前广泛采用的IrDA红外连接技术就是由该组织提出的.到目前为止，全球采用IrDA技术的设备超过了5000万部。 IrDA已经制订出物理介质和协议层规格，以及2个支持IrDA标准的设备可以相互监测对方并交换数据。 初始的IrDA1.0标准制订了一个串行，半双工的同步系统，传输速率为2400bps到115200bps，传输范围1 m，传输半角度为15度到30度。最近IrDA扩展了其物理层规格使数据传输率提升到4Mbps。

    IrDA数据协议由物理层，链路接入层和链路管理层三个基本层协议组成，另外，为满足各层上的应用的需要，IrDA栈支持IrLAP, IrLMP, IrIAS, IrIAP, IrLPT, IrCOMM,IrOBEX和IrLAN等。

    需要特别指出的是：本实验只是IrDA物理层的通讯实验。

2、作品亮点

    ① 所选用的IrDA收发器TFBS4711是一个小体积的红外收发模组，尺寸6x3x1.9mm。

    ② 符合IrPHY1.2 标准，IrFM快速链接需求。

    ③ 通信速率：115.2kbs (SIR)，支持双向、全半工的通讯链接。

    ④ 可实现的直线通讯距离：~1米。

    ⑤ 使用内置支持IrDA底层信号编码和解码的低功耗单片机STM8L051F3P6做主控。

    ⑥ 该IrDA模组耗电量极小，关断电流只有大概10nA。

    ⑦ 采用最常用的MicroUSB插座作为电源输入接口。

    ⑧ 本实验所用的IrDA通信具有功耗低、链接时间短、通信安全、无电磁干扰等优点！

3、硬件原理图描述

    首先，我们先来这个实验电路的构架图：

    其中，单片机驱动部分的原理图，可为多个部分，下面逐个介绍：

    第一部分: 单片机主控部分

    备注说明： 上图采用ST公司的低功耗单片机STM8L051F3P6进行设计，该单片机的PC5和PC6分别链接到IrDA收发器TFBS4711的TX和RX端口，而单片机的PB4用来控制TFBS4711的电源使能端，当PB4=0的时候，IrDA收发器才可正常工作，反之PB4=1，那么IrDA收发器关断，此时的耗电量极少噢！D1和D2是工作状态指示灯，分别连接到PC0、PC1。

    第二部分：单片机外围部分

    备注说明： 如上图所示，P2是SWIM接口，单片机STM8L051F3P6的程序，可通过ST-LINK/V2 开发工具对该芯片下载或仿真。而S1~S4是轻触按键，本实验电路，只焊接安装了S4按键，因为其它按键用不到。

    第三部分：系统的供电电源部分

    备注说明： 如上图所示，F1是可恢复保险丝(0.2A), U3是3.3V的LDO。D3是电源指示灯。

第四部分：IrDA模组TFBS4711的相关简介

TFBS4711是一个小体积的红外收发模组，它支持半双工的IrDA红外通信，传输速率可达115 .2kbit/s(SIR). 模组内部包含了一个PIN类型的光电二极管、一个红外发射管(IRED)和一个低功耗的CMOS控制芯片。它是为低功耗的IRDA标准而设计，直线通信高达至1米。支持低功耗模式，当SD引脚有效的时候，这个模组的电流消化才10nA左右。相比一般的无线电传输（蓝牙、WIFI、2.4G nRF24系列等等），红外传输具有无电磁干扰、通信距离短但安全性高、使用简单的特点，比如STM8或者STM32一般都集成了IrDA的硬件支持单元，结合使用TFBS4711即可快速建立起一个基于光技术的“无线”数据通信系统。

 4、材料清单（BOM列表)

    以下是这个电子制作的BOM列表，器件全部采购来自立创商城（http://www.szlcsc.com）,PCB板的制造在深圳嘉立创完成。

5、软件部分的描述

    本实验的主控单片机stm8L051F3P6 使用IAR公司的编译器进行软件开发，结合ST官方网站可下载的stm8L函数驱动库，进行coding。软件实现的主要功能是，按键S4触发后，两块同样配置和固件的PCBA板之间进行数据信息的交换，驱动LED等等。如下是实验代码的关键片段：

     6-1、单片机stm8L051F3P6的IrDA 初始化片段

      6-2、主控程序片段

PS： 该实验的完整软件、工程源码在这里，点击下载：TFBS4711的IrDA测试工程源码.rar 

6、现场试验&视频

    具体的实验视频链接如下：

      http://v.youku.com/v_show/id_XMjc2NzUxNDQwMA==.html

7、总结

      通过以上相关实验介绍，特别是视频方面的功能演示，相信大家对IrDA有了一定的了解。相比一般的无线电传输（蓝牙、WIFI、2.4G nRF24系列等等），红外传输具有无电磁干扰、通信距离短但安全性高、使用简单的特点，STM8或者STM32一般都集成了IrDA的硬件支持单元，操作IrDA就像操作串口一样简单！结合使用IrDA器件TFBS4711即可快速建立起一个基于光技术的“无线”数据通信系统。后续，我们将通过光纤的引入，进一步来介绍TFBS4711的高级应用，比如可隔离数万伏高电压的远距离数据通信或完整的IrDA协议栈功能应用等等。。。

今天，大致又看了一下stm8L051的手册，发现ST芯片的功能还是挺多，比如除了对 IrDA的编解码支持，它还支持对普通红外遥控(器)那种编码格式和相关硬件的支持:

实际应用中，如果单独设计这个IrDA的模组，建议的电路图和BOM如下：

读者思考一下，为何单片机的TXD引脚(波特率： 115200bps )输出的是这个波形？ 

相应的，IrDA器件TFBS4711在收到串口的IrDA编码数据后，它的RXD引脚输出的实际波形如下：

完全可以！  MCU1串口的输出 = MCU2串口的输入。

但使用这个IrDA器件，需要该单片机内部硬件支持IrDA的编码或解码， 还好ST的单片机比如 stm8或stm32 绝大部分都是支持的。

使用该功能，单片机只需初始化，使能一下IrDA的编码或解码即可，随后的“无线传输“ 跟一般的串口操作一模一样。

使用这个器件，比使用红外遥控器那种3个脚的接收器，简单的多了。

传统使用遥控器那种，单片机还要解码或编码(载波+数据，进行联合调制），代码量还挺多，一般的初学者未必能写出来或写好。

5V系统中对于这个模块有什么要注意的。

对于5V：

VCC2 这个引脚不能直接接较高电压，比如5V。如果接5V需要串联一个电阻，确保Ired <= 85mA(建议用半，即85/2mA即可）

楼主辛苦了！

请问下这个红外收发器，传输距离可以有多远呀，6米能做到么？谢谢！

IrDA 主要是从安全性和低功耗考虑，因此传输距离都很近，一般1米多以内，这款也是。

当然，如果脑洞大开些，用光纤进行传播，距离就相当远了。

在空旷地，如果想传输30米以上，就得增加IR发射管的驱动电流，也可直接对接UART的收发引脚,不用额外编解码。但这个是另外一个方案了。

就这个器件来说，对射达不到2米，除非是用光纤进行对射传播。

得使用其它办法，比如类似这种TSAL6100大功率的发射管，就可以传很远（30米估计有的)

如何设置红外模式。stm32f103 MUC还是不行。请指教。

#include "stm32f10x.h"   
#include "delay.h"   
   
/** @addtogroup StdPeriph_Examples  
  * @{  
  */   
   
/** @addtogroup USART_IrDA_Receive  
  * @{  
  */    
   
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/   
/* Private define ------------------------------------------------------------*/   
#define  NOKEY  0x00   
#define  SEL    0x01   
#define  RIGHT  0x02   
#define  LEFT   0x03   
#define  UP     0x04   
#define  DOWN   0x05   
   
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/   
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/   
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;   
uint8_t ReceivedData = 0;   
   
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/   
void RCC_Configuration(void);   
void GPIO_Configuration(void);   
   
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/   
   
/**  
  * @brief  Main program  
  * @param  None  
  * @retval : None  
  */   
int main(void)   
{   
  /* System Clocks Configuration */   
  RCC_Configuration();   
   
  /* Configure the GPIO ports */   
  GPIO_Configuration();   
   
/* USART3 configuration ------------------------------------------------------*/   
  /* USART3 configured as follow:  
        - BaudRate = 115200 baud    
        - Word Length = 8 Bits  
        - One Stop Bit  
        - No parity  
        - Hardware flow control disabled (RTS and CTS signals)  
        - Receive and transmit enabled  
  */   
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;   
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;   
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;   
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;   
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;   
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;   
     
  /* Configure the USART3 */   
  USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);   
  /* Enable the USART3 */   
  USART_Cmd(USART2, ENABLE);   
   
  /* Set the USART3 prescaler */   
  USART_SetPrescaler(USART2, 0x1);   
  /* Configure the USART3 IrDA mode */   
  USART_IrDAConfig(USART2, USART_IrDAMode_Normal);   
   
  /* Enable the USART3 IrDA mode */   
  USART_IrDACmd(USART2, ENABLE);  
  
  
  
  
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;   
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;   
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;   
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;   
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;   
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;   
     
  /* Configure the USART3 */   
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);   
  /* Enable the USART3 */   
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);   
   
  /* Set the USART3 prescaler */   
  USART_SetPrescaler(USART1, 0x1);   
  /* Configure the USART3 IrDA mode */   
  USART_IrDAConfig(USART1, USART_IrDAMode_Normal);   
   
  /* Enable the USART3 IrDA mode */   
  USART_IrDACmd(USART1, ENABLE);  
   
  while (1)   
  {   
    
    USART_SendData(USART1,1);
    while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET)   
    {   
    }
    delay_ms(1000);
    
    /* Wait until a byte is received */   
    while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_RXNE) == RESET)   
    {   
    }   
    /* Read the received byte */   
    ReceivedData = USART_ReceiveData(USART2);   
   
    switch(ReceivedData)   
    {   
      case UP:   
        //GPIO_Write(GPIO_LED, GPIO_Pin_6);        
        break;   
      case DOWN:   
        //GPIO_Write(GPIO_LED, GPIO_Pin_7);   
        break;   
      case LEFT:   
        //GPIO_Write(GPIO_LED, GPIO_Pin_8);   
        break;   
      case RIGHT:   
        //GPIO_Write(GPIO_LED, GPIO_Pin_9);   
        break;   
      case SEL:   
        GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_5,Bit_SET);  
        break;   
      case NOKEY:   
        break;   
      default:   
        break;   
    }   
  }   
}   
   
/**  
  * @brief  Configures the different system clocks.  
  * @param  None  
  * @retval : None  
  */   
void RCC_Configuration(void)   
{   
  /* Setup the microcontroller system. Initialize the Embedded Flash Interface,    
     initialize the PLL and update the SystemFrequency variable. */   
  SystemInit();   
       
  /* Enable GPIOC, GPIO_LED and AFIO clocks */   
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);    
  /* Enable USART3 clocks */   
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);  
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
}   
   
/**  
  * @brief  Configures the different GPIO ports.  
  * @param  None  
  * @retval : None  
  */   
void GPIO_Configuration(void)   
{   
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   
   
  /* Configure USART1 Tx (PA.9)as alternate function push-pull */   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);   
     
  /* Configure USART1 Rx PA.10 as input floating */   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;   
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);   
  
  /* Configure USART2 Tx (PA.2)as alternate function push-pull */  
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);   
     
  /* Configure USART2 Rx PA.3 as input floating */   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;   
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;   
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  
    
}   
   
#ifdef  USE_FULL_ASSERT   
   
/**  
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number  
  *   where the assert_param error has occurred.  
  * @param file: pointer to the source file name  
  * @param line: assert_param error line source number  
  * @retval : None  
  */   
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)   
{    
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,  
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */   
   
  /* Infinite loop */   
  while (1)   
  {   
  }   
}   
#endif   
   
/**  
  * @}  
  */    
   
/**  
  * @}  
  */    
   
/******************* (C) COPYRIGHT 2009 STMicroelectronics *****END OF FI****

 使用两种模式：

  普通的RS232:一个TFBS4711的TX接RS232的TX，另外一个TFBS4711的RX监控

 一个TFBS4711的TX接仿真器CHANNEL 0，另外一个TFBS4711的RX仿真器CHANNEL 1

通过RS232直接发‘AA’实验图片如下

NUCLEO-F103RB MCU：

USART1 Tx (PA.9) ，USART1 Rx PA.10，USART2 Tx (PA.2)，USART2 Rx PA.3

下载上面程序，通过仿真器现象一样，说明红外模式设置没有成功。

STM32F103 需要这样打开IrDA功能，才能使用这个IrDA收发模组，大致如下：

1.上图是我们的待测试板，TXD 接到NUCLEO-F103RB MCU板上USART2 Tx (PA.2)，RXD接到 NUCLEO-F103RB MCU板上USART2 Rx PA.3------板子VCC为3.3V。

2.还有一个单独U2我们接到一块小板子上，IRED_A上拉12OHM电阻到3V3 ,SD直接拉GND,TXD 接到NUCLEO-F103RB MCU板上USART2 Tx (PA.9)，RXD接到 NUCLEO-F103RB MCU板上USART2 Rx PA.10上。

TFBS4711 这个用在人体感应上不合适，因为它收发是一体的，结构上太靠近。实际观察到，它发射的同时，也能收到数据，不管是否前面有反射物。

可以简单用红外发射二极管和光敏二极管或光敏三极管，通过拉开一定的距离和隔离，是可以做到你的需求。

不考虑价格，可以参考这个光电模组：

请教一下，这个贴着STM32 FAN的是什么东东？

比较好奇，哈哈~

谢谢！

赵工，您好。请问IRDA红外模块发出的数据能被普通的红外模块接收到吗？电表发出的红外是不带IRDA协议的，请问只用一个IRDA红外模块能采集到电表的数据吗？

ST芯片的Irda编码模式与一般常见的通用红外遥控器编码不一样吧？

普通开发板配的遥控器不能使用Irda解码功能？需要输入捕捉等进行解码