赤外線データ通信(USART)

屋内から、少し離れた場所(数m)のデータを測定し、その結果を長期に渡り記録したい場合が多々あります。
しかし、電源や記録媒体迄を含め、屋外に持ち出すには困難な場合(雨天、設置場所の狭さ、電源供給不可等)があります。

そこで、屋外での計測そのものは出来るだけコンパクトにし、その測定結果は、無線(赤外線など)で送信し、屋内では、受信したデータを表示または記録することが可能な方法を考えてみました。

<仕様>

• 通信速度は、1200bpsとする。(スタートビット、データ8ビット、ストップビット)
• 送信モードでは、アナログデータを4チャネル分測定し、赤外線で送信する。(約1秒周期)
• 受信モードでは、受信したデータをLCDに表示させる。
• 到達距離は、赤外線の送受信モジュールに左右されるが、約3m~10mとする。
• 同一ソフトで、送受のモードを切り替えを可能とする。
• ノイズ対策をある程度考慮する。(38kHzキャリア変調方式)

無線によるデータ通信には、最も安価な“赤外線方式“を採用しました。
また、ノイズ対策をも考慮し、リモコン等で使われている“38kHzの搬送波(キャリア)“で送信します。
市販されている、“赤外線リモコン受信モジュール”は、殆どのものが標準で、アンプ、バンドパスフィルタ、広域トラップ回路等を内臓し、出力はTTLレベルとなっているので、とても使いやすくなっています。

<赤外線リモコン受信モジュールと赤外線発光LED>
※黒っぽいものが、赤外線リモコン受信モジュール(SPS-443)です。
※SPS-443以外にも、SPS-440、SPS-442、SPS-444、SPS-448等が販売されています。
※透明(少し緑色)のものが、赤外線発光LED(OSIR5113A)です。

<SPS-443のブロックダイアグラム>
※アンプ+バンドパスフィルタ+広域トラップ回路を内臓し、インバータ蛍光灯対策が行われています。また、TTL出力のため使いやすい構造になっています。

<データの送信と受信のブロックダイアグラム>
※データの送信側では、PICのUSARTモジュールの出力を、PICのI/Oポートで直接入力し、その状態(“1”、“0“)に応じて、CCPモジュール(PWMモード、発振周波数=38kHz)をON/OFFし、CCPモジュールの出力で、赤外線発光LEDをON/OFFさせる。
※データの受信側では、赤外線リモコン受信モジュールの出力を、PICのUSARTモジュールで受信する。

<出力波形>
※シリアルデータの出力波形は、“調歩同期式”の基本的な波形です。
※赤外線発光LEDの出力波形は、“38kHzキャリア変調“された波形になります。
※赤外線リモコン受信モジュールの出力波形は、“シリアルデータの出力波形”とほぼ同一になります。

送信も受信もプログラムは同じです。SW1によって双方を切り替えます。
赤外線発光LEDは、1個でも動作しますが、複数を並列に接続すると精度が向上します。

remoteControl_v1.c

//********************************************************************** 
/*
　　＜赤外線データ通信（ＵＳＡＲＴ）＞ 
*/
//********************************************************************** 
 
#define		SW_MODE		PORTA.F5
#define		EOF			0x1A
 
#define		LED			PORTB.F1
 
//********************************************************************** 
 
void	Pwm_Change_DutyEx(unsigned int duty_ratio)
{
    CCPR1L = duty_ratio >> 2;
    CCP1CON.CCP1Y = duty_ratio & 0b00000001;
    CCP1CON.CCP1X = (duty_ratio & 0b00000010) >> 1; 
}
 
//********************************************************************** 
 
void	Usart_Write_Ex(unsigned short data)
{
	Usart_Write(data);
	//
	while (1) {
		while (PORTB.F3 == 1) {
			if (TXSTA.TRMT == 1)
				return;
		}
		Pwm_Start();
		while (PORTB.F3 == 0)
			;
		Pwm_Stop();
	}
}
 
//********************************************************************** 
 
void	Usart_Write_Str_Ex(unsigned short* pData)
{
	while (*pData != 0x00) {
		Usart_Write_Ex(*pData);
		Delay_ms(10);
		pData++;
	}
}
 
//********************************************************************** 
 
void	dataSendProc()
{
	static	unsigned	short	buf[32];
	static	double	ad;
	//
	while (1) {
		ad = Adc_Read(0);
		ad = ad * 4.8828125;
		WordToStr(ad, buf);
		Usart_Write_Str_Ex("1:");
		Usart_Write_Str_Ex(&buf[1]);
		Usart_Write_Str_Ex("mV");
		Usart_Write_Ex(EOF);
		//
		ad = Adc_Read(1);
		ad = ad * 4.8828125;
		WordToStr(ad, buf);
		Usart_Write_Str_Ex("2:");
		Usart_Write_Str_Ex(&buf[1]);
		Usart_Write_Str_Ex("mV");
		Usart_Write_Ex(EOF);
		//
		ad = Adc_Read(2);
		ad = ad * 4.8828125;
		WordToStr(ad, buf);
		Usart_Write_Str_Ex("3:");
		Usart_Write_Str_Ex(&buf[1]);
		Usart_Write_Str_Ex("mV");
		Usart_Write_Ex(EOF);
		//
		ad = Adc_Read(3);
		ad = ad * 4.8828125;
		WordToStr(ad, buf);
		Usart_Write_Str_Ex("4:");
		Usart_Write_Str_Ex(&buf[1]);
		Usart_Write_Str_Ex("mV");
		Usart_Write_Ex(EOF);
		//
		Delay_ms(100);
	}
}
 
//********************************************************************** 
 
void	dataRecvProc()
{
	static	unsigned	short	dt, cnt, buf[32];
	//
	while(1) {
		cnt = 0;
		while (1) {
			if (Usart_Data_Ready() != 1) {
				continue;
			}
			//
			dt = Usart_Read();
			if (dt != EOF) {
				buf[cnt] = dt;
				cnt++;
			} else {
				buf[cnt] = 0x00;
				LED = ~LED;
				break;
			}
			//
			if (cnt == 16) {
				cnt = 0;
				continue;
			}
		}
		//
		switch (buf[0]) {
		case '1':
			Lcd_Custom_Out(1, 1, &buf[2]);
			break;
		case '2':
			Lcd_Custom_Out(1, 9, &buf[2]);
			break;
		case '3':
			Lcd_Custom_Out(2, 1, &buf[2]);
			break;
		case '4':
			Lcd_Custom_Out(2, 9, &buf[2]);
			break;
		}
	}
}
 
//********************************************************************** 
 
void main()
{
	static	unsigned	short	dt, cnt, buf[32];
	static	unsigned	int		ad;
	//
	OSCCON = 0b01110000;	// クロックを8Mhzに設定する。 
	TRISA  = 0b11111111;
	TRISB  = 0b00001100;
	//
	LED = 0;
	//
	if (SW_MODE == 1) {	//データ送信モード 
		ANSEL  = 0b00001111;
		//
		Pwm_Init(38000);	// 38kHz duty=50% 
		Pwm_Change_DutyEx((PR2 * 4) / 2);
		Pwm_Stop();
	} else {			//データ受信モード
		ANSEL  = 0b00000000;
		Lcd_Custom_Config(&PORTA,1,0,7,6,&PORTB,4,6,7);
		Lcd_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF);
		Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR);
		for (cnt = 0; cnt < 16; cnt++) {
			Lcd_Custom_Chr(1, cnt + 1, 0xFF);
			Delay_ms(50);
		}
		for (cnt = 0; cnt < 16; cnt++) {
			Lcd_Custom_Chr(2, cnt + 1, 0xFF);
			Delay_ms(50);
		}
		Delay_ms(1000);
		Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR);
	}
	//
	Usart_Init(1200);
	//
	while (1) {
		if (SW_MODE == 1) {	//データ送信モード 
			dataSendProc();
		} else {			//データ受信モード
			dataRecvProc();
		}
	}
}
 
//**********************************************************************

上側:受信モード時の回路です。
下側:送信モード時の回路です。

左側:受信モード時の回路です。
右側:送信モード時の回路です。

測定データを受信し、LCDに表示したところです。
LCDの表示内容￫<左上:CH1、右上:CH2、左下:CH3、右下:CH4>

如何ですか?
測定器と表示(記録)器が分離(無線)しているので、身近な測定には大いに重宝するのではないでしょうか!?