红外遥控 Arduino 实例

先来说下制作这个DEMO的所经历的曲折以及知识点：

• 学习NEC协议；
• 学习AVR的定时与中断，因为Arduino是在AVR的基础上实现的；
• 编程实现NEC解码；
• 解码未成功，最终使用Ken Shirriff的解码类库，成功实现DEMO；

下面进入正题

1. 首先介绍下红外接收头

红外接收头有三个引脚如下图

三个引脚含义上图标的非常清晰：VOUT接模拟口，GND接GND，VCC接电源。

红外遥控器发出的信号是一连串的二进制脉冲码。为了使其在无线传输过程中免受其他红外信号的干扰,通常都是先将其调制在特定的载波频率上,然后再经红外发射二极管发射出去,而红外线接收装置则要滤除其他杂波,只接收该特定频率的信号并将其还原成二进制脉冲码,也就是解调.

工作原理：内置接收管将红外发射管发射出来的光信号转换为微弱的电信号，此信号经由IC内部放大器进行放大，然后通过自动增益控制、带通滤波、解调发、波形整形后还原为遥控器发射出的原始编码，经由接收头的信号输出脚输入到电器上的编码识别电路。

2. NEC协议

要想对某一遥控器进行解码必须要了解该遥控器的编码方式。我们的这个DEMO使用的遥控器的编码方式为：NEC协议。

特点：
（1）8位地址位，8位命令位
（2）为了可靠性地址位和命令位被传输两次
（3）脉冲位置调制
（4）载波频率38khz
（5）每一位的时间为1.125ms或2.25ms 

逻辑0 和1 的定义如下图：

按键按下立刻松开的发射脉冲：

上面的图片显示了NEC的协议典型的脉冲序列。注意：这是首先发送LSB（最低位）的协议。在上面的脉冲传输的地址为0x59命令为0x16。一个 消息是由一个9ms的高电平开始，随后有一个4.5ms的低电平，（这两段电平组成引导码）然后由地址码和命令码。地址和命令传输两次。第二次所有位都取 反，可用于对所收到的消息中的确认使用。总传输时间是恒定的，因为每一点与它取反长度重复。如果你不感兴趣，你可以忽略这个可靠性取反，也可以扩大地址和 命令，以每16位！

按键按下一段时间才松开的发射脉冲：

一个命令发送一次，即使在遥控器上的按键仍然按下。当按键一直按下时，第一个110ms的脉冲不上图一样，随后每110ms重复代码传输一次。这个重复代码是由一个9ms的高电平脉冲和一个2.25ms低电平和560μs的高电平组成。

·重复脉冲：

注意：脉冲波形进入一体化接收头以后，因为一体化接收头里要进行解码、信号放大和整形，故要注意：在没有红外信号时，其输出端为高电平，有信号时为低电平，故其输出信号电平正好和发射端相反。接收端脉冲大家可以通过示波器看到，结合看到的波形理解程序。

3. 实现的效果以及器材

器材及数量：
     红外遥控器：1个；
     红外接收头：1个；
     LED灯：1个；
     220Ω电阻：1个；
     多彩面包线：若干；

实现效果：按下遥控器的EQ键盘LED亮，按下电源键LED灭。

4. 编码实现

根据NEC 特点和接收端的波形，将接收端的波形分成四部分：引导码（9ms 和4.5ms 的脉冲）、地址码16 位（包括8 位的地址码和8 位的地址的取反）、命令码16 位（包括8 位命令位和8 位命令位的取反）、重复码（9ms、2.25ms、560us 脉冲组成）。

利用定时器对接收到的波形的高电平段和低电平段进行测量，根据测量到的时间来区分：逻辑“0”、逻辑“1”、引导脉冲、重复脉冲。引导码和地址码只要判断是正确的脉冲即可，不用存储，但是命令码必须存储，因为每个按键的命令码都不同，根据命令码来执行相应的动作。

代码如下：

#define LED 7//LED灯
#define IR_IN 8 //红外接收
int Pulse_Width=0;//存储脉宽
int ir_code=0x00;//命令值

void timer1_init(void)//定时器初始函数
{
    TCCR1A = 0X00;
    TCCR1B = 0X05;//给定时器时钟源
    TCCR1C = 0X00;
    TCNT1 = 0X00;
    TIMSK1 = 0X00; //禁止定时器溢出中断
}

void remote_decode(void)//译码函数
{
    TCNT1=0X00;
    while(digitalRead(8))//是高就等待
    {
        if(TCNT1>=1563) //当高电平持续时间超过100ms，表明此时没有按键按下
        {
            ir_code = 0xff00;
            return;
        }
    }
    //如果高电平持续时间不超过100ms
    TCNT1=0X00;
    while(!(digitalRead(8))); //低等待

    Pulse_Width=TCNT1;
    TCNT1=0;

    if(Pulse_Width>=140&&Pulse_Width<=141)//9ms
    {
        while(digitalRead(8));//是高就等待
        
        Pulse_Width=TCNT1;
        TCNT1=0;
        if(Pulse_Width>=68&&Pulse_Width<=72)//4.5ms
        {
            pulse_deal();
            return;
        }else if(Pulse_Width>=34&&Pulse_Width<=36)//2.25ms
        {
            while(!(digitalRead(8)));//低等待
            Pulse_Width=TCNT1;
            TCNT1=0;
            if(Pulse_Width>=7&&Pulse_Width<=10)//560us
            {
                return;
            }
        }
    }
}

void pulse_deal()//接收地址码和命令码脉冲函数
{
    int i;

    //执行8个0
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        if(logic_value() != 0) //不是0
        return;
    }

    //执行6个1
    for(i=0; i<6; i++)
    {
        if(logic_value()!= 1) //不是1
        return;
    }
    
    //执行1个0
    if(logic_value()!= 0) //不是0
        return;
    
    //执行1个1
    if(logic_value()!= 1) //不是1
        return;
    
    //解枂遥控器编码中的command指令
    ir_code=0x00;//清零

    for(i=0; i<16;i++ ){
        if(logic_value() == 1){ir_code |=(1<<i);}
    }
}


void remote_deal(void)//执行译码结果函数
{
    switch(ir_code)
    {
        case 0xff00://停止
        digitalWrite(LED,LOW);//LED亮
        break;
        case 0xfe01://VOL+
        digitalWrite(LED,HIGH);//LED灭
        break;
    }
}

char logic_value()//判断逻辑值“0”和“1”子函数
{
    while(!(digitalRead(8))); //低等待
    Pulse_Width=TCNT1;
    TCNT1=0;
    
    if(Pulse_Width>=7&&Pulse_Width<=10)//低电平560us
    {
        while(digitalRead(8));//是高就等待
        Pulse_Width=TCNT1;
        TCNT1=0;
    
        if(Pulse_Width>=7&&Pulse_Width<=10)//接着高电平560us
            return 0;
        else if(Pulse_Width>=25&&Pulse_Width<=27) //接着高电平1.7ms
        return 1;
    }
    return -1;
}



void setup()
{
    unsigned char i;
    pinMode(LED,OUTPUT);//设置与LED连接的引脚为输出模式
    pinMode(IR_IN,INPUT);//设置红外接收引脚为输入
}

void loop()
{
    timer1_init();//定时器初始化
    while(1)
    {
        remote_decode(); //译码
        remote_deal(); //执行译码结果
    }
}

代码中的脉髋Pulse_Width比较值如7和10是如何算出来的呢？

引用Atommann的解释：

代码中用了 AVR 的 16 位 Timer/Counter 1，它的工作行为受几个寄存器的控制，这个可以在下面这个初始化函数里进行了设置： void timer1_init(void)//定时器初始函数 { TCCR1A = 0X00; TCCR1B = 0X05;//给定时器时钟源 TCCR1C = 0X00; TCNT1 = 0X00; TIMSK1 = 0X00; //禁止定时器溢出中断 } 其中把 TCCR1B 设置为 0x05，你看 atmega88/168/328 的数据手册第 131/132 页对这个寄存器的描述： 15.11.2 TCCR1B - Timer/Counter1 Control Register B 0x05 把 Timer/Counter 1 的时钟源设置成 clk_IO/1024，Arduino 的时钟频率是 16MHz，这里的 clk_IO 的频率也应当是 16MHz，Timer/Counter 1 的时钟频率就是 16MHz/1024 想象一下 Timer/Counter 的工作行为，它按照前面设定的时钟源进行计数，TCNT1 就是它的计数值，我们最开始把它清 0，然后开启它，它就开始数数。事实上我们已经知道了 Timer/Counter 1 的时钟频率，那就可以算出它的周期（就是数字每加 1 的时间有多长） 时钟频率 = 16MHz/1024 = 16000000/1024 周期 = 1/时钟频率 = 1/(16000000/1024) 上面的时间单位是秒，乘上 1000000 就把单位换成 us 周期 = 1000000/(16000000/1024) = 64us 上面的例子程序里有下面的语句： if(Pulse_Width>=7&&Pulse_Width<=10)//低电平560us Pulse_Width 就是取的 TCNT1 的值 64us*7 = 448us 64us*10 = 640us 560us 正好介于两者之间，就是这样算的。

以上知识点需要看点AVR的中断以及定时器相关知识。

5. 上面编码实现存在的问题

上述编码中并未真正实现预定的效果，主要原因是因为在对0和1的解码不成功，脉宽不匹配。我尝试使用串口输出调试，才发现这一问题。希望哪位兄弟给指点下，可联系我，非常感谢。

6. 使用 Ken Shirriff 的解码类库

Ken Shirriff的解码类库 IRremote，它在解码和发射红外线指令方面堪称一流，它尝试匹配不同生产厂商使用的标准，如NEC, Sony SIRC, Philips RC5, Philips RC6, 和 raw。下载IRremote。

#include <IRremote.h>

int RECV_PIN = 8;
int LED=7;

IRrecv irrecv(RECV_PIN);

decode_results results;

void setup()
{
    Serial.begin(9600);
    irrecv.enableIRIn(); // Start the receiver
    pinMode(LED,OUTPUT);
}

void loop() {
    if (irrecv.decode(&results)) {
        if(results.value==0xFFE01F){
           digitalWrite(LED,HIGH);
        }else if(results.value==0xFFA25D){
           digitalWrite(LED,LOW);
        }
        irrecv.resume(); // Receive the next value
    }
}

参考资料：《基于Arduino的趣味电子制作》，arduino红外遥控测试