红外光通信作为一种成熟的技术，在各领域的装置设计方案多样，核心在于根据具体应用场景定制发射端、接收端、调制方式、光学设计和协议。以下是一些主要领域及其典型的装置设计方案：

1. 消费电子与家电遥控：

   • 装置： 遥控器（电视、空调、机顶盒、音响、风扇等）。
   • 设计关键点：
     • 发射端： 低功率红外发光二极管（LED）。低成本驱动电路（微控制器 + 晶体管驱动）。
     • 接收端： 集成红外接收头（光敏二极管 + 前置放大器 + 带通滤波器 + 解调器），封装在小型塑料外壳中（通常带滤光片）。
     • 调制： 简单脉冲调制（常用载波频率如 30-40kHz，如 38kHz）。使用自定义或标准协议（如 NEC, RC5, RC6, Sony SIRC）。
     • 光学： 聚焦透镜（通常直接模压在遥控器外壳和接收头上）实现短距离（<10米）点对点传输，角度范围有限（避免干扰）。

2. 无线音频传输：

   • 装置： 红外无线耳机系统、会议同声传译系统、家庭影院环绕声传输（较早期方案）。
   • 设计关键点：
     • 发射端： 多个中功率红外LED阵列（分布于发射底座或区域发射器），宽带驱动电路（处理音频带宽信号）。
     • 接收端： 耳机或接收盒上的大光敏面接收器（如PIN二极管）。
     • 调制： 带宽调制，如调频（FM）或副载波频移键控（FSK），以携带模拟或数字音频信号。需要抑制环境光干扰。
     • 光学： 大面积漫反射（或天花反射），实现小范围空间覆盖（如一个房间）。发射端需要广角辐射，接收端需要大视场角。可能使用菲涅尔透镜聚焦接收信号。需要多通道设计支持立体声或多语种。

3. 工业自动化与控制：

   • 装置：
     • 旋转部件通信（滑环替代品）： 机床主轴、卷取设备、旋转传感器平台。
     • 短距离设备间通信（替代电缆）： 设备与手持编程器、传感器数据传输、在强电磁干扰（EMI）环境下的控制信号传输。
     • 内部设备总线： 模块化设备内部的板间通信或机柜内通信。
   • 设计关键点：
     • 发射/接收端： 可靠性高的中功率LED/激光二极管（视距离而定）和高灵敏度接收器（通常为PIN或雪崩光电二极管）。工业级电路，强调抗干扰、防尘防水。
     • 调制/协议： 采用鲁棒性强的数字调制（FSK, PSK）和协议（如工业定制的RS-485变种、简化以太网物理层或IrCOMM协议栈）。需考虑实时性和低延迟。常用点对点或点对多点主从模式。
     • 光学： 精密的光学对准（对于旋转连接，使用反射镜环或准直透镜确保旋转时对准）。可能使用光纤束传输信号（严格说也属于红外通信范畴）。对于短距离通信，采用直接视距或带反射器的链路设计，常包含透镜确保光束聚焦和背景光抑制。
     • 隔离性： 利用光隔离特性，在高压、高噪声环境下实现安全、无电接触的信号传输。

4. 安防与楼宇自动化：

   • 装置：
     • 双向智能传感器： 红外探测器、门/窗磁传感器、环境传感器与中央控制器通信。
     • 集中控制器与面板通信： 安防主机与控制键盘、房间控制面板之间的无缆连接。
     • 简单命令传输： 窗帘控制、智能灯光开关等无缆控制。
   • 设计关键点：
     • 发射/接收端： 低功耗收发器设计（集成发射LED和接收PD）。通常采用半双工通信。
     • 调制/协议： 使用低占空比、低数据速率的数字通信（如开关键控OOK），专用轻量级协议或简化串行协议（如UART）。强调抗干扰和低误码。
     • 光学： 广角收发设计或空间漫反射设计，允许一定安装偏差和覆盖一定区域。接收端通常包含滤光片抑制可见光和背景红外干扰（如阳光、白炽灯）。
     • 安全性： 可使用简单的地址编码防止误触发或恶意干扰。

5. 医疗设备（特定场景）：

   • 装置：
     • 短距离设备连接与认证： 特定医疗器械与附件（如探头）之间的近场身份认证或简单配置数据交换（较少用于实时数据）。
     • 隔离通信： 在需要电气隔离的场合传递简单状态或控制信号（如设备内外隔离）。
     • 早期医用遥测（逐步被RF取代）。
   • 设计关键点：
     • 安全性： 需要符合医疗电气安全标准（如IEC 60601），通常强调低功耗和短距离（厘米级）。
     • 可靠性： 高可靠性要求，确保关键信息的正确传输。
     • 简单性与隔离： 利用光隔离避免电气风险。通常采用极低速串行通信（UART）或简单脉冲编码。
     • 协议： 可能采用自定义协议或IrDA的低速模式（IRDA也常用于此）。
     • 光学： 极近距离的点对点（通常可接触），光学设计简单。

6. 汽车电子：

   • 装置：
     • 乘员检测与状态监测： 使用红外光传感器阵列配合通信，检测驾驶员疲劳状态（眼睑下垂）、乘客位置/占用（配合算法）。
     • 钥匙扣远程认证（作为RF的辅助/替代）： 在一些高端车辆或特定场景下使用（罕见）。
     • 内部模块间通信（较少见）： 某些特殊隔离或低成本信号传输。
   • 设计关键点：
     • 车规级： 满足汽车级温度、振动、可靠性要求（AEC-Q）。
     • 短距离： 车内应用，距离一般很近（几厘米到一米）。
     • 环境挑战： 需要处理强烈的阳光照射（直射或透过玻璃）、高温和振动干扰。
     • 协议： 可能使用LIN总线变种或自定义协议。

7. 短距离点对点数据传输（IrDA为主）：

   • 装置： 手机、笔记本电脑、PDA（历史设备）、打印机、数码相机（历史设备）的通信接口。
   • 设计关键点：
     • 标准符合性： 严格遵循IrDA物理层规范（不同速度等级）。包含串口控制器/UART、编解码芯片或模块、IR收发器。
     • 发射端： LED阵列实现小角度的定向发射。
     • 接收端： 高灵敏度接收器（PIN二极管）。
     • 调制/速率： SIR (115.2 kbps), MIR (1.152 Mbps), FIR (4 Mbps), VFIR (16 Mbps)。使用特定的脉冲调制（如归零）。
     • 光学： 带透镜的窄角度（通常15-30度）半双工定向传输。需要设备端口大致对准。接收端有窄带滤光片。
     • 协议栈： 完整TCP/IP over IrDA。

8. 军事与特殊应用（保密、抗截获、抗干扰）：

   • 装置：
     • 保密视距通信链路（舰船、车辆间、战术单位）。
     • 无人机数据链备份/辅助。
   • 设计关键点：
     • 高功率发射： 使用激光二极管或LED阵列实现较远距离（可达数公里，依赖大气条件）。
     • 高灵敏度接收： 雪崩光电二极管或阵列，低噪声放大器。
     • 高安全性与抗干扰： 采用高速跳频、扩频、强加密调制。激光系统可能使用隐形波长。采用复杂的链路建立和维护协议。
     • 精密光学： 复杂的光学天线（望远镜结构）实现窄光束、高方向性和精准跟踪/对准系统（通常需要伺服机构）。
     • 环境适应性： 处理烟雾、薄雾、湍流影响（可能使用自适应光学补偿）。抗振动冲击设计。

通用技术与设计要素：

• 调制技术： OOK (开关键控), PWM (脉宽调制), PPM (脉位调制), FSK (频移键控), PSK (相移键控), 副载波调制（用于音频、宽带数据）。
• 光学组件：
  • 透镜： 用于发射光束的准直、聚焦；用于接收端的聚光、视场角控制（菲涅尔透镜常用）。
  • 滤光片： 带通滤光片（抑制可见光和不需要的红外波段）至关重要。
  • 反射器： 用于间接链路或特殊安装需求。
• 编码与协议： 常用曼彻斯特编码、8b/10b编码、红外专用协议（IrDA SIR/FIR/MIR/VFIR）、工业自定义协议（基于RS232/485）、音频调制协议（FM等）。
• 抗干扰措施： 带通滤波器、AGC（自动增益控制）、环境光抑制算法、纠错编码（CRC, FEC）。
• 收发器集成度： 从分立元件到高度集成的收发器模块。
• 电源管理： 特别是在电池供电设备中（如遥控器、传感器）尤为重要。

这些设计方案的核心在于平衡传输距离、速率、方向性、功耗、成本、鲁棒性（抗干扰、稳定性）、安全性等需求，通过精心选择光源、探测器、调制解调方式、光学结构、通信协议来实现特定领域的最优性能。