红外接口DIY

周新
2000年 第1期 

　　编者按：红外线通讯是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案，在PC机中主要应用于无线数据传输，有时也用于无线网络接入和近程遥控。目前几乎所有主板均提供有红外线接口，配合支持红外通讯的操作系统（如Windows 98、Windows 2000、Windows CE 2.X）可与带有红外线接口的笔记本电脑、掌上电脑、移动电话、调制解调器、打印机、扫描仪、数码像机、游戏控制器、鼠标、键盘（将来还有传真机、复印机、摄影机……）等设备实现红外通讯，由于市面上较少有红外接口连接器出售，下文提供一种DIY方案，按下述方法实施，将会使你的爱机具有红外通讯功能。
　　拙作《用红外接口进行资料传输》于去年第42期刊发以后，很多朋友来函询问主板红外接口连接器的详细电路和具体自制方法，本文详细描述最简红外接口连接器的制作方法，并给出一种功能更强的电路供各位同行DIY。
#1　　一、最简实施电路
　　红外接口连接器的作用是将计算机红外接口输出的电脉冲信号转换为光脉冲信号输出，并将接收到的光脉冲信号转换为电脉冲信号通过红外接口输入主机。
　　主板红外线接口大多为五针插座，其针脚定义分别为：＋5V（电源正）、NC（未定义）、IRRX（Infrared Receive，红外接收）、GND（地）、TRTX（Infrared Transmit，红外传输）。根据红外数据协会提供的异步串口通讯标准，TRTX引脚能提供大于6.0mA的输出电流，IRRX引脚吸收小于1.5 mA电流即能对输入信号作出反映。^01030201a^1是红外数据协会（Infrared Data Association） 检测红外产品的标准方案示例（简化了抗干扰电路），也是DIY红外接口连接器的最简方案。笔者使用这个电路在台式机与笔记本电脑之间通讯，通讯速率能达到57.6Kbps。
　　说明：1）红外数据协会是国际性非赢利组织，3COM、Canon、HP、IBM、Intel、Sharp、Sony、Microsoft 、NEC等160多个公司均是该组织成员；2）异步串口最高通讯速率为115.2Kbps；3）当前大多笔记本电脑、掌上电脑提供有9600bps～115.2Kbps、1.15Mbps、4Mbps的通讯标准。
　　发射电路由红外线发射管D和电阻R1组成，红外线发射管D的作用是电脉冲信号转换为光信号送出，当主板红外接口输出变化的电脉冲信号时，红外线发射管D发射出的红外线强度就随之变化。电阻R1的作用是限流，电阻R1取值越小通过红外线发射管D的电流越大，红外线发射管D的发射功率也越大，发射距离越远；电阻R1取值过小会损坏红外线发射管T或主板红外线接口。
　　接收电路由光电接收管U和电阻R2组成，光电接收管U的作用是将接收到的光信号转换为电信号，电阻R2的作用是取样，称为取样电阻。当红外光照射光电接收管U时，光电接收管U的电阻将减小，使通过光电接收管U和取样电阻R2的电流增大，从而在取样电阻R2两端产生随入射红外光强弱变化的电压，此变化的电压信号经红外接口输入主机。由于不同光电接收管的性能参数不一，电阻R2的阻值光电接收管需根据实际情况作一定调整。常见光电接收管有两种形式，一种是光电接收二极管，一种是光电接收三极管（只有两只引脚）。光电接收三极管较为常见。使用光电接收二极管接入图1电路时，光电接收二极管的负极应接＋5V一端（参见^01030201c^3）。
#1　　二、取材与制作工具
　　制作红外接口连接器首先需要准备一个红外通讯对象，如笔记本电脑、掌上电脑、移动电话，本文以笔记本电脑为通讯对象讨论制作方法。
　　红外发射管接收管价格低廉，大多电子市场有售，约2元/对。也可取用机械鼠标中的两对光电发射接收管，只是鼠标中的光电发射接收管大多不是红外线发射接收管，性能不太好（能够使用），使用时需注意避免其它光线干扰。笔者在一只5英寸软驱中拆取了三对光电发射接收管（00磁道光电检测、索引孔光电检测、写保护光电检测），其光电接收管性能相当好，实际使用时在一米远处安置了一只25W白炽灯和一只15W日光灯，对连机通讯没有产生任何影响。
　　在3英寸软驱中，通常只有一对光电发射接收管（00磁道光电检测）。该对光电发射接收管嵌在一黑色凹形塑料外壳中，安装在磁头传动螺杆下的电路板上（4只引脚）。
　　根据红外数据协会的红外设备通讯标准，红外设备间通讯使用850nm～890nm（不得超过950 nm）的近红外线，日光和普通白炽灯中实际上包含有这种近红外线，鼠标中的光电发射接收管也能发射和接收此类近红外线。但如果你选用了远红外的光电发射接收管，有可能导致通讯无法进行。一般用户自制建议使用鼠标或软驱中的光电发射接收管。
　　图1中电阻可选用任意功率的电阻，需要的工具和材料还有万用表、电烙铁、焊锡、松香和连线四条，连线最好选用有色线以方便区分。连接主板红外插座的插头选用PS/2接口连接器的五孔四线插头最为合适；笔者使用了连接声卡和光驱的音源线（四线），取出其中的一条红色连线（包括插头）连接5V电源。
#1　　三、准备工作
　　准备工作一是在BIOS中打开红外接口，二是在Windows 98中安装相应接口、通讯软件和通讯协议。在BIOS中打开红外接口启动PC机后，Windows 98会给出提示，按提示即可安装好相应接口、通讯软件和通讯协议。安装过程简单方便，一般不会出现问题。具体安装内容和通讯软件使用方法在本报42期《用红外接口进行资料传输》一文中有详细描述，此处不再介绍。完成上述工作后即可在 “控制面板”中双击“红外线”，打开“红外线监视器”，利用“红外线监视器”进行以下测试与调试。
　　需要说明的是Windows 95没有提供对红外接口的支持，Windows 95 OSR2虽然提供了对红外接口的支持，但对红外通讯功能的支持不好，此外Windows 95 OSR2未提供有“快速红外线传输协议”和“红外线接收者”，如果你使用PC机的红外功能通讯，建议你安装Windows 98。
#1　　四、元件测试
　　元件测试非常重要，使用了一只性能不好的元件，调试时会耽误你不少时间，还有可能损坏设备，请在实施时重视这一环节。由于不同万用表内阻不同，测试结果也不尽相同，下文中所述内容均指使用500型万用表在可见光源（白炽灯）下的测试值。
　　1.测试红外线发射管
　　红外线发射管是一只二极管，可用万用表电阻R×K档测量红外线发射管正反向电阻，反向电阻通常为无穷大，正向电阻一般为15KΩ。
　　从PC机红外接口的TRTX（红外传输）和GND（地）两引脚接出二根引线，TRTX引脚接红外线发射管正极，GND（地）接红外线发射管负极，将红外线发射管对准笔记本电脑的红外线发射窗口，笔记本电脑的红外线监视器就会发现红外通讯对象——“你的PC”。
　　2.测试光电接收管
　　测试光电接收三极管时，用万用表电阻R×K档测量两只引脚间的正反向电阻，光电接收管用反向电阻应大于500KΩ（越大越好），不受光线照射影响；正向暗电阻（不受光线照射时）应大于300KΩ（越大越好），正向明电阻（强光照射时）应小于30Ω（越小越好）。打开笔记本电脑中Windows 98的红外线监视器如^01030201b^2，将光电接收管对准笔记本电脑的红外线发射窗口，当笔记本电脑红外线监视器发出检测信号时，光电接收管正向电阻应自大而小变化，笔者的测试值是从大于500KΩ减小至30KΩ。如果电阻无变化或变化小说明光电接收管性能不好。测试光电接收二极管时，万用表电阻R×K档测量光电二极管两只引脚间的正反向电阻，正向电阻约为5K左右，不受光线照射影响；反向暗电阻（不受光线照射时）应大于500KΩ（越大越好），反向明电阻（强光照射时）小于0Ω，小于0Ω的原因是受光线照射后二极管PN结将获得的光能转换为电能，提供了0.7V左右的结电压。机械鼠标中的光电接收三极管大多是光电接收三极管（也有使用光电接收二极管的鼠标），与普通市售光电接收三极管不同，有三只引脚，因为其是由两只光电接收三极管构成，中间是公共极，实际使用时可只使用其中一只或两只并联使用。
#1　　五、连机调试
　　参照图1连接好电路就可以连机调试了，将红外光电发射接收管对准笔记本电脑的红外线发射窗口，双方的“红外线监视器”就会提示发现红外通讯对象。如果调试过程中打开音箱，会有美妙的声音提示你连接成功。
　　如果连机调试出现问题，请按下述方法解决：
　　1.笔记本电脑无法检测到PC
　　用万用表直流电压档测量红外接口TRTX（红外传输）和GND（地）两只引脚间的电压，当PC红外线监视器发出检测信号时，TRTX引脚电压由0向上波动至0.7V左右，如无电压波动属PC红外接口故障。如有电压波动请检查红外发射管是否接反（基本无电流）；通过红外发射管的电流是否有变化；如通过红外发射管的电流有变化，笔记本还是无法检测到PC，说明红外发射管性能不良。
　　2.PC无法检测到笔记本电脑
　　用万用表直流电压档测量取样电阻R2两端的电压，当笔记本电脑红外线监视器发出检测信号时，取样电阻两端的电压由0向上波动至0.7V左右，如无电压波动请检查光电接收管是否接反，如电压波动小请适当增加取样电阻R2的阻值，如电压波动过大请适当减小取样电阻R2的阻值。电阻R2的调整有一定难度，过大会导致抗干扰能力下降，过小会导致灵敏度降低（接收距离减小），最好串联一只电位器精心调节，方能获得最佳接收效果和接收距离。
　　3.通讯时常中断
　　通讯时常中断可在红外线监视器/选项标签中选择“连接速度限制为” 复选框，在其后的选择框中限制红外通讯的速度，在很多情况下，用限制速度的方法进行通讯可以消除大量重试，改善通讯质量。
　　通讯时常中断大多是外部环境不佳导致，原因主要有：外部光源干扰、连线过长导致的信号衰减、电源性能不良带来的电磁干扰。电源性能不良带来的电磁干扰可通过加装抗干扰电路解决。
　　4.通讯距离短
　　按上述方法制作的红外接口有效通讯距离为0.3m，如果你想增加发射距离，可用增加红外发射管的数量或增大红外发射管的电流（即增大发射功率）方法实现。需要提醒注意的是，根据红外数据协会的红外通讯标准，一般红外通讯设备的通讯距离仅为1～3m，如果你想增加距离，请先了解通讯对象的接收距离。如果通讯对象（如笔记本电脑）发射功率不够，你将无法接收到对方发出的信号。当然你也可以参照图3电路加装光放大器，扩展红外设备的通讯距离。
#1　　六、连机实战
　　笔记本电脑与PC进行红外通讯有以下四种方案：
　　1.在资源管理器中选中用鼠标右击要传输文件或目录，选择“发送到/红外线接收者”；
　　2.选择“我的电脑/红外线接收者” 图标，打开“红外线传输”窗口，单击“发送文件”按钮后，选择要发送的文件；
　　3.在“资源管理器”中选择文件后将其拖到“我的电脑/红外线接收者”图标上；
　　4.选择“开始/程序/附件/通讯/直接电缆连接”后，即可以利用Windows 98提供“直接电缆连接”通过红外线接口实施通讯。通过红外线接口运行直接电缆连接时，红外线发送、接收装置将取代电缆，不需使用串行或并行电缆连机。“直接电缆连接”的功能比“红外线接收者”略强，可以使用对方提供的所有共享资源，如能使用对方的打印机和运行对方的程序。此外使用“直接电缆连接”连机通讯的传输速度比前三种方法快很多（约4∶1）。
#1　　七、扩展实施方案
　　红外接口连接器的实施方案很多，图3给出了抗干扰电路和增大发射功率的综合方案（红外数据协会检测红外产品的标准方案之一），你根据需要加装其中的一部分，如只加装抗干扰电路。
　　抗干扰电路由电阻R0（10Ω，0.5W）和电容C1（22μF）、C2（0.1μF）组成，其作用是滤除干扰信号，C1的作用是滤除低频干扰；C2的作用是滤除高频干扰。如果你的计算机系统电源质量较好，该部分电路可以省略，但省略的该部分电路会对通讯效果带来一定的影响。发射电路中电阻R2（560Ω，0.25W）、R3 （50Ω，0.25W）、电容C3（220pF）、三极管Q1构成脉冲放大电路，C3的作用是改善脉冲前后沿质量。实施时需根据光电接收管的性能对电阻R4（50Ω～500Ω）作精心调整，方能获得最佳接收效果和接收距离。红外数据协会（Infrared Data Association）还提供有中距离（3m～10m）、长距离（10m～30m）、广角（120°）等方案；通讯速度为1.15Mbps、4Mbps（当前大多笔记本电脑、掌上电脑使用此标准）、16Mbps的通讯标准；红外近程遥控载波方案；红外网络接入方案等等；如果你感兴趣，可去“http://www.irda.org/”查询。