浅谈红外线与红外线数据传输技术

浅谈红外线与红外线数据传输技术

夏祥锡

(辽东学院信息工程学院电子信息工程专业辽宁丹东118003)

摘要：红外数据传输技术是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持。随着红外线数据传输技术的进一步发展，其技术水平将更加成熟且成本下降，红外线数据传输技术在短距离通讯领域必将得到更广泛的应用。

关键字：红外线；数据传输；红外接收；红外发射

1红外线及特性

1.1红外线

红外线包括远红外线、中红外线和近红外线外，是一种电磁波。从自然界中电磁波组成的波谱可以看到，红外线与可见光相邻，其波长为0.76μm～1000μm。

1.2红外线的特性

（1）红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此它具有相临波的某些特性。在近红外区，它和可见光相邻，因此具有可见光的某些特性，如直线传播、反射、折射、散射、衍射、可被某些物体吸收以及可以通过透镜将其聚焦等。在远红外区，由于它邻近微波区，因此它具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。在自然界中，也不论其本身是否发光（指可见光）只要其温度高于绝对零度（-273℃），都会一刻不停地向周围辐射红外线。只不过是温度较高的物体辐射的红外线较强，温度低的物体辐射的红外线较弱。因此红外线的最大特点是普遍存在于自然界中，又叫做热辐射线简称热辐射。红外线摄像、红外线夜市、热释电红外探测以及某些导弹的瞄准等就是利用红外线的这一特性工作的。

（2）红外线和可见光相比的另一个特点是，色彩丰富多样。由于可见光的最长波长是最短波长的1倍（780nm～380nm），所以也叫作一个倍频程。而红外线的最长波长是最短波长的1倍，而红外线的最长波长是最短波长的10倍，即有10个倍频程。因此如果可见光能表现为7种颜色，则红外线便可能表现70种颜色，显示了丰富的色彩。

（3）红外线透过烟雾的性能好，这是它的又一个特点。

（4）由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小。

（5）红外光波的波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响邻近的无线电设备。另外波长小于1.5μm的近红外光，在透明大气中的传输特性要比可见光好得多，而且由于它靠近可见光的红光边缘，其直线传播、反射、折射和被物质吸收等物理特性与可见光非常相似。因此，它可以使用与可见光类似的聚焦透镜等光学装置。

（6）红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控制对象的能力。所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控那样，每一套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器)，所有同类产品的红外线遥控器，可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于普及红外线遥控提供了极大的方便。

（7）红外线为不可见光线，具有很强的隐蔽性和保密性，因此，在防盗、警戒等安全保卫装置中也得到了广泛地应用。

（8）红外线遥控具有结构简单、制作方便、成本低廉、抗干扰能力强、工作可靠性高等一系列优点，是近距离遥控、特别是室内遥控的优选遥控方式。

1.3红外线的应用

红外线是一种十分丰富的波谱资源，目前它己在生产、生活、军事、医疗等多方面得到了广泛的应用，例如红外线加热、红外线医疗期间、红外线通信、红外线摄像、红外线遥控等。红外线遥控技术只是红外线众多应用中的一部分，目前在家用电器中广泛应用的电视遥控器、空调遥控器、高保真音响遥控器等，都采用了红外线遥控，它使这些家用电器的控制变得十分简单和方便。

2红外线数据传输系统

2.1红外数据传输系统的组成

红外线数据传输是利用波长为900nm～1000nm的红外波作为信息的载体，通过红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息的转发。红外通信系统组成包括：发射器部分，信道部分，接收器等三部分。

2.2红外线通信系统的工作原理

（1）发射器部分

红外线的发射装置是把信源发出的二进制信号经过高频调制后由红外发光二极管发送出去。目前己有红外无线数字通信系统的信息源包括语音、数据、图像等。其工作方式按发射器与接收器的布局不同可分为LOS方式(Light-of-Sight，直视方式)，漫射(diffuse)方式。LOS方式是方向性的，它具有信道特性好等优点，但存在“阴影”效应，难于实现漫游功能。漫游方式的主要特点是非方向性，易于实现漫游功能，但其信道质量有时不如LOS方式。需传输的信号经数化后(被采样量化)，一般需要进行基带调制、传输调制，有时还进行信号源压缩编码，以上所得电信号驱动光电变换电路完成光信号发射。红外无线数字通信系统的工作范围与其光发射器的光功率空间分布、通信质量有关。一方面采用各种方法提高光发射功率，另一方面采用空间分集、全息漫射片等使其光发射器的光功率空间分布均匀。

（2）信道部分

红外无线数字通信的信道泛指发射器与接收器之间的空间。由于自然光及人工光源等背景光信号的介入，信源以及端设备中电学的、光学的噪声与干扰的影响，红外无线数字通信在有些场合质量较差，此时还需加入信道编码部分。在红外无线通信系统中，由于光信号的反射、散射及背景光噪声与干扰的影响等，红外无线数字信道中存在多径干扰及噪声，这是提高信道质量及进行高速率应用时应解决的问题。红外无线数字通信信道中常使用的光学元件主要有光学滤光片、聚光镜等，它们的作用是:整形、滤波、视场变换、频段划分等，如可用透镜对发射光进行聚焦，利用光学滤光片滤除杂散光，利用透镜扩大光接收机的视场，还可利用光学元件进行链路的频分复用等。红外无线通信信道中的光噪声有:自然噪声(太阳光)及人为干扰(荧光灯灯光)等，可以由调制传输技术及加入滤光片等加以解决。

（2）接收器部分

红外线的接收装置把接收的红外高频信号由接收管接收后经光电转换再解调为原来信息的一种通信传输方式。接收装置在接收到原信息后，可在接收部分连接驱动电路以完成预期的各种功能，实现红外线的自动控制功能。具体地说，信道中的光信号由光接收部分实现光电变换，为了去除噪声及码间干扰等功能。红外无线数字通信系统接收部分包括光接收机部分及后续的采样、滤波、判决、量化、均衡和解码等部分。红外无线光接收机常采用放大器，并要求为带宽大、增益高、噪声低、干扰小、频率响应与信道脉冲响应匹配。为了滤去低频噪声及人为干扰需采用带通滤波器。为了获得大的光接收机工作范围及瞬时视场，常采用球形光学透镜。

3红外通信的特点

（1）频率高，波长短，所发射的能量集中空间传播时的衰减系数小，可保证信号的有效传送；

（2）红外线是人的肉眼看不见的光线，保密性强，选用它作为信息载体，装置工作时不存在视觉污染，对人体没有伤害；

（3）传播范围不受局限，不存在频率干扰问题，与无线电波方式相比，不必就频谱资源问题向有关部门进行申请和登记，易于实施；

（3）具有良好的指向性，当传送设备和红外接收端口排成直线，左右偏差不超过15度的时候，红外装置运行效果最好；

（4）红外线不能穿过或绕过人和物体，在数据传输时，不能阻断光路；

（5）目前产生和接收红外信号的技术已经比较成熟，元件体积小，成本低制作简单、易于产生和调制等优势。

4结语

总之，红外线数据传输产品具有成本低，小型化，传输速率快，点对点安全传输，不受电磁干扰等特点，可以实现信息在不同产品之间快速、方便、安全地交换与传送，因此，必将在各行业得到广泛的应用。

参考文献:

[1]苏长赞.红外线与超声波遥控[M].北京:人民邮电出版社,1998.

[2]袁华,王召巴.红外探测技术的原理及发展前景[M].北京:清华大学出版社,2008.