2.1 节点结构
主节点选用STM32L151芯片作为系统MCU。该芯片是意法半导体公司提供的超低功耗、高数据安全性、高效能的ARMCortex-M3系列芯片。由于本系统采用漫射红外原理，单独的红外光不足以构成室内红外光网，故主节点采用红外收发模块点阵增大光强和光照范围，增强室内红外数据传输的可靠性。主节点配有GPRS模块与外部网络进行通信。另外，从安全的角度考虑，无论是主节点还是从节点都必须配有备用电池，避免如家中突然停电，室内信息无法告知用户等情况给用户造成的损失。红外网络系统的主节点硬件结构如图3所示。
图3 主节点硬件结构
考虑到未来家居红外网络的扩展性、节能性和价格，从节点选用超低功耗、高性能单片机C8051F964作为系统MCU。具有64 kB的片内Flash和8 448字节片内RAM、10位300 ksps或12位75 ksps单端ADC、SMBUS/I2C总线、增强型硬件UART、4个通用16位定时器等特性。配有红外收发模块HSDL-3020的从节点与家用电器、灯具、三表等家居设备相连，实现命令控制或数据传输。红外网络系统的从节点硬件结构如图4所示。
图4 从节点硬件结构
2.2 红外收发模块
HSDL-3020是安华高科技公司推出的红外收发模块。该模块体积小、传输速度快，通过该模块，可以将串口中的逻辑信号转换成红外信号并发送到空气中。HSDL-3020为3红外收发头封装，它的遥控命令(红外光波长940 nm)和数据传输(红外光波长874 nm)功能得到了充分的发挥。它完全兼容IrDA1.4物理层的低功耗规格，具有调制解调功能，传输速率9.6 kbps～4.0 Mbps，并具备广角和高辐射强度，不对人眼造成任何伤害，数据传输距离最高可达14 m。HSDL-3020可以处于睡眠模式以达到最低的功率消耗。在睡眠模式下，Pin二极管将会被闲置，只产生极少的光电流，这些光电流甚至比周围普通光还要低，所以低功耗效果非常理想。
2.3 红外收发模块的设计
MCU和红外收发模块HSDL-3020可通过UART接口直接连接。HSDL-3020的数据输入端TxD_RC兼容CMOS电平，并且它提供的红外通信端口(ICP)支持双通道SIR数据，其传输速率为115.2 kbps，也支持FIR数据，传输速率高达4 Mbps。图5为HSDL-3020与MCU的硬件接口连接图。
图5 HSDL-3020与 MCU 的硬件接口连接图
其中，MCU与HSDL-3020的“红外数据”只可通过UART接口进行发送，而“遥控命令”既可以通过UART接口，也可通过通用I/O口进行发送。对SD和TxD_IR两引脚输入不同的时序逻辑，可以改变HSDL-3020的通信方式，实现SIR、MIR及FIR三种方式的切换。通信过程中应注意的是，虽然在硬件上数据传输和遥控命令可以同时进行，但在软件上需要解决空中传输数据混淆和丢失的问题。
