このテクニカルノートはNSBasicを使用する、低速度のシリアルIR（赤外線）インターフェースについて説明します。ここで説明するデータリンクは、Palm M100を使い、2400ボーレート（Palm IR受信にポートに送信）で一方通行のIRリンクを提供します。トランスミッターはPICマイクロコンピュータで作成したものです。インターフェースの概要と共に、サンプルコードが提供されています。

IrDA 仕様（Specification）

Palm IRポートは、IrDAの仕様（非常に複雑で包括的）に準じるようです。ほとんどの仕様はソフトウェア・プロトコルおよびレイヤー（私は使用していない）に関するものです。完全な仕様（pdfフォーマット、Zipファイル）は以下のサイトからダウンロード可能です。

http://www.irda.org/standards/specifications.asp

私の目的は、仕様にある物理的なレイヤーについて学ぶことです。

これにはまず、"IrDA SIR Data Specification"を選んでダウンロードして下さい。Zipファイルを解凍した後、"IrPHY_1p4.PDF"ファイルを開いて下さい。14-16ページの内用が、主に私が使用した情報です。

（注意：このドキュメントに記載されているページ番号は、PDFヴュウアーのページ番号と違います。ドキュメントのページ番号はいくつかが抜けていますので、ここではPDFヴュウアーのページ番号を使用しています。）

概念

基本的に、（リンクの送信側は）RS232データを取ってIRダイオードにそれ送るというほど単純なものではありませんが、それほど大変でもありません。各ビットはIR"パルス"としてエンコードされます。各パルスの（最大）間隔は、データの１ビットの時間の3/16と等しくなります。２つの連続したパルスの間隔は、指定したボーレートの時間と等しくなります。(= 1 / baud rate) 　私は2400のボーレートで走らせていますので、（最大）"on"（パルスがオン）時間＝78マイクロセカンド（百万分の１秒）で、ビットの間隔＝417マイクロセカンドになります。

この仕様によると、かなり短いパルス間隔も許容されます。私の場合では、２マイクロセカンド以下まで下がります。実際に5.5マイクロセカンドまで縮めてテストしましたが、問題なく走りました。もしパルス間隔を小さな値に落としていないと、かなり狭いパルスを使用するのは、高密度のパルス（＝リンクの長距離レンジ）を許容しますが、短時間にバッテリーを消費するでしょう。

論理"1"ビットは"dark" (LED = off) として、論理"0"ビットは"bright" (LED = on) としてエンコードされます。データはスタートビット（１ビット、常に論理 "0" = LED "on"）の後にデータ８ビット、そしてストップビット（１ビット、常に論理 "1" = LED "off"）から構成されています。

私は実際、ストップビットを２つ使っています。これは非同期リンクですので、文字と文字の間隔には限度はないはずです。

各文字はASCIIデータで構成され、LSB first（lease significant bit：最下位ビット）のバイト順で送られる。私の場合、７ビットASCIIと８番目にパリティビットです。私はパリティを使用しませんので、このビットに論理"0" (LED = "on")をセットしています。

NSBasic受信コード

私のNSBasicコードは以下のラインが含まれています：

	' Open the serial port
	' This clears out the OpSys receive buffer
	' And guarantees the received data is "fresh"

		receive_error = serialopen(0,2400)

	' Switch to the infrared comm port

		receive_error = serialset("IR",1)

IRポートに切り替えた後は、他に何も変更する必要はありませんでした。この受信ソフトの残りは、元々Palm RS232ポートを使用する為に作ったもので、特に変更は必要ありませんでした。あなたのコードを書く時、先にRS232で正常に動作させ、それから上記のコードを使ってIRに切り替えると良いかもしれません。

ハードウエア

これはIRパルスを生成するために使用したハードウエアの概要です：

チップはPIC 16C773 microで、3.58 MHz crystalで走ります。出力は汎用TTL対応I/Oピンです。このトランジスターは、普通のTTL出力から得られるものよりかなり多くの電流（パルス）をダイオードにぶつけることを許容してくれます。またシグナルの極性も逆にします・・・出力ピンの論理"0"をIR LED "on"へ換えてくれますので、ソフトの中でビットを逆にする必要はありません。ダイオードの電流は計測しませんでしたが、100 - 150 milliampsの辺りだと思います。（低デューティー・サイクルのため、平均電流はもっと低い）

Maxim Chips

IRリンクを友達に話したところ、彼はMaximのチップがRS232をIrDAへ変換するとの情報を提供してくれました。ハードウエアやアセンブリコードが苦手な人にとっては、このアプローチの方が妥当かもしれません： http://www.maxim-ic.com/

このサイトで"IrDA"を使って検索して下さい。いくつかのデバイスが出てきます。

ソフトウエア

リクエストしていただければ、ASCII文字の出力ルーチンようのPICソースコードの提供は可能です。このルーチンはPIC 16C773 micro用に書かれ、3.58 MHz crystalで走ります。パルスタイムとボーレートにソフトウエア・タイミング・ループを使用していますので、"crystal sensitive"です。リクエストは私のメールへお願い致します。pelican2© silcom.com

これはハイレベル言語でも可能かもしれませんが、ソフトウエア・タイミング・ループを使用してパルスタイムとボーレートを作っていますので、冒険でしょう。ハイスピードのデータリンクは、アセンブリルーチン無しではほぼ望みはありません。また高いデータ比の為にデザインされたハイレベル・ソフトウエアも同様です。

たぶんほとんどの方はPICアセンブリコードはご存知ないと思いますし、学びたいとも思わないでしょう。従って、一つのモデルとして以下の説明的な（アセンブリ）コードを用意しました。CPUがこのルーチンを呼び、送信されるASCII文字が"ASCII_char"変数に保管されます：

'ASCII character ouput routine

sub_char_out:

	char_buffer = ASCII_char
	for bit = 0 to 7
		LED = off 
		char_buffer = char_buffer / 2
			if char_buff - fix(char_buffer) < 0.4 then LED = on 
		gosub bit_out
		char_buffer = fix(char_buffer)	
	next bit 
	return

'ASCII bit output routine

sub_bit_out:

	LED_output_pin = LED
		(wait for interval = LED_pulse_time)
	LED_output_pin = off 
		(wait for interval = (1/baud rate) - LED_pulse_time) 
	return

リンクテストの結果

リンクのレンジはLEDパルスパワーとLEDビーム幅に関係しています。わたしは35度のビーム幅で約300milliwatts (peak)で走るLEDを使用し、約５フィーとの（安定した）最大レンジを得ることが出来ました。私は送信データにパリティを使用していませんので、私が使用しているリンクはデータの「喪失」や「改ざん」に対してかなり弱点があると思います。

実際、リンクの極限に近いレンジで起こる極一部を除いては（意図的にこの"gray"ゾーンを見つけている状態）、データの喪失や改ざんは起こりませんでした。これはPalm IR recieverの内部ハードウエアがかなり"保守的"で、ソフトの（エラーチェッキング）負担を軽くするでしょう。

TechNote 16

TechNote 16について、シリアルIRポートのサンプルNSBasicプログラムで別の（ユーティリティ）プログラムが必要なことを言い忘れました。そのプログラムはHackMasterと呼ばれ、私はYahooの検索で探しました。NSBasic サンプルプログラム（IRTest.prj）を使用するには、Ringwald氏のComLinkプログラムに加え、HackMasterが必要です。HackMasterはComLinkを有効にし、ComLinkがIRTestを有効にします。

これらの３つのプログラムを使って（および上記で述べた送信データフォーマット）、デバイス上のIRTestプログラムからの送信されたテキストデータを受信し表示することが可能になりました。一旦送信されたデータが正しいフォーマットであることが確認できたら、これらの３つのプログラムを取り除きました。リンクは問題なく動作しました...

一般トピック

LEDのビーム幅はリンクの最大レンジに大きな影響を与えます。（LEDのパワーレベルよりも影響力がある）基礎光学からすると、ビーム幅を半分にカットすることはLEDパワーを４乗に比例して増やすのと同じ効果です。

私の観察からすると、かなり狭いビーム幅のLEDを使用することにより、何十フィートの距離のリンクが可能でしょう。（しかし、方向を定めるのはとても難しいでしょう）

バラエティに富んだビーム幅のIR LEDが入手可能ですが、全ては約500 milliwatts (peak)パワーに制限されているようです。通常、異なるLEDは一定の光を生み出さないので、一つで不十分な時は、（同じデータで稼動）複数のIR LEDを使うことが出来るはずです。（１つは広いビーム、一つは狭いビームなどが可能）

トランスミッターとしてレーザーポインターを試してみるのも面白いかもしれません。レーザーダイオードはonとoffをどれくらいの早さで切り替えているのでしょうかね...

もしIRポートを"full duplex"（送受信を同時に）として使えたら、別の変わったアプリケーションが可能でしょう。IRポートの近くに反射板を置くことによって、IRポートは単純な"proximity detector"として使用できるでしょう。

光学タコメータとしても・・・

Yeah... go ahead... shove that $500 PDA down there, right next to that turbocharged fan blade, running at 3000 RPM...