I2C รีโมทคอนโทรลอินฟราเรดกับ Arduino: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

PreambleThis อธิบายรายละเอียดวิธีการสร้างรีโมทคอนโทรลสากลโดยใช้ I2C สำหรับอินเทอร์เฟซ

คุณพูดแปลกแค่ไหนเมื่อใช้อุปกรณ์ทาส I2C?

ใช่ อุปกรณ์ทาส I2C

นี่เป็นเพราะว่าเวลาที่แม่นยำของแพ็กเก็ต IR นั้นค่อนข้างเรียกร้อง และ Arduino ทั่วไปจะต้องลำบากหากมันทำงานอื่นๆ หลายอย่างพร้อมๆ กันอยู่แล้ว เป็นการดีกว่าที่จะกระจายโหลดการคำนวณโดยกำหนดกิจกรรมที่เน้นเวลาให้กับโปรเซสเซอร์เฉพาะเมื่อทำได้ (ยังดีกว่าทำในฮาร์ดแวร์) เนื่องจาก I2C เป็นวิธีการสื่อสารที่มีการจัดทำเอกสารอย่างดีและมีประสิทธิภาพระหว่าง IC ฉันจึงเลือกสิ่งนี้เป็นอินเทอร์เฟซ

บทนำ

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นคำแนะนำนี้จะอธิบายวิธีควบคุมเครื่องใช้ในบ้านเช่นทีวีเครื่องเล่นดีวีดีและดาวเทียมเป็นต้นโดยใช้ไลบรารี IRremote บน Arduino

สรุปด้วยตัวอย่างการออกแบบที่เปลี่ยน Arduino ให้เป็นโมดูลควบคุมระยะไกล I2C ทาส (รูปที่ 1 ด้านบน) พร้อมวงจรทดสอบต้นแบบ (รูปที่ 2 ด้านบน) และอธิบายรายละเอียดวิธีย่อการออกแบบของคุณให้เหลือส่วนประกอบขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อให้สามารถ ฝังอยู่ในการออกแบบอื่น ในกรณีของฉัน ฉันใช้อุปกรณ์ฝังตัวนี้ในอุปกรณ์ควบคุมระยะไกล IoT Universal ที่ใช้ ESP8266-12E

ฉันต้องการชิ้นส่วนอะไร?

ในการสร้างวงจรที่แสดงในขั้นตอนที่ 1 (เครื่องส่งสัญญาณ IR) คุณจะต้องมีชิ้นส่วนดังต่อไปนี้

• ตัวต้านทาน 10K ลด 2 ตัว
• 1 ปิดตัวต้านทาน 390R
• 1 ปิดตัวต้านทาน 33R
• 1 ปิดตัวต้านทาน 3K8
• 1 ปิด LED สีแดง
• 1 ปิด IR Led TSAL6400
• 1 ปิดทรานซิสเตอร์ BC337
• 1 ปิด 220uF ตัวเก็บประจุ
• 1 จาก Arduino Uno

ในการสร้างวงจรที่แสดงในขั้นตอนที่ 4 (IR Receiver) คุณจะต้องมีชิ้นส่วนดังต่อไปนี้

• 1 ปิดตัวต้านทาน 10K
• 1 ปิด TSOP38328
• 1 ปิด 220uF ตัวเก็บประจุ
• 1 จาก Arduino Uno

ในการสร้างวงจรที่แสดงในขั้นตอนที่ 5 (วงจรทดสอบสเลฟ) คุณจะต้องมีชิ้นส่วนดังต่อไปนี้

• 4 ปิดตัวต้านทาน 10K
• 2 ปิดตัวต้านทาน 390R
• 1 ปิดตัวต้านทาน 33R
• 1 ปิดตัวต้านทาน 3K8
• 2 ปิด LED สีแดง
• 1 ปิด IR Led TSAL6400
• 1 ปิดทรานซิสเตอร์ BC337
• 1 ปิด 220uF ตัวเก็บประจุ
• 2 ปิด SPST ปุ่ม
• 2 ปิด Arduino Unos

ในการสร้างวงจรที่แสดงในขั้นตอนที่ 6 (แบบย่อ) คุณจะต้องมีชิ้นส่วนดังต่อไปนี้

• ตัวต้านทาน 10K ลด 3 ตัว
• 1 ปิดตัวต้านทาน 270R
• 1 ปิดตัวต้านทาน 15R
• ตัวต้านทาน 4 ตัวออก 1K
• 1 ปิด LED สีแดง
• 1 ปิด IR Led TSAL6400 หรือ TSAL5300
• 1 ปิดทรานซิสเตอร์ BC337
• 1 ปิด 220uF ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า @ 6.3v
• 1 ปิด 1000uF ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า @ 6.3v
• 2 ปิด 0.1uF ตัวเก็บประจุ
• 2 ปิดตัวเก็บประจุ 22pF
• 1 ปิด 16MHz Xtal
• 1 ปิด ATMega328P-PU

หมายเหตุ: คุณจะต้องใช้อุปกรณ์ FTDI เพื่อตั้งโปรแกรม ATMega328P

ฉันต้องการทักษะอะไร?

• เข้าใจอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพียงเล็กน้อย
• ความรู้เกี่ยวกับ Arduino และ IDE
• อดทนหน่อย
• ความเข้าใจบางอย่างเกี่ยวกับ I2C จะเป็นประโยชน์ (ดูที่นี่สำหรับรายละเอียดทั่วไปของ I2C/Wire Library)

หัวข้อที่ครอบคลุม

• ภาพรวมโดยย่อของวงจร
• ภาพรวมโดยย่อของซอฟต์แวร์
• เนื้อหาแพ็คเก็ต I2C,
• การรับรหัสควบคุมระยะไกล (ui32Data)
• วิธีทดสอบอุปกรณ์ I2C Slave ของคุณ
• ลดขนาดการออกแบบของคุณ
• บทสรุป,
• ข้อมูลอ้างอิงที่ใช้

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ

เช่นเคย คุณใช้คำแนะนำเหล่านี้โดยยอมรับความเสี่ยงเองและไม่รองรับ

ขั้นตอนที่ 1: ภาพรวมโดยย่อของวงจร

วัตถุประสงค์ของวงจรคือเพื่อส่งรหัสรีโมทคอนโทรล IR การออกแบบค่อนข้างตรงไปตรงมาและค่อนข้างเรียบง่าย

เมื่อทรานซิสเตอร์ Q1 เปิด BC337 NPN ผ่านลอจิกหนึ่งจาก Arduino PWM O/P D3 ถึง Resistor R5 กระแสไฟจะไหลผ่าน Leds 1 และ 2 ถูกจำกัดโดยตัวต้านทานบัลลาสต์ R3 และ R4 ตามลำดับเท่านั้น Q1 ใช้เพื่อเพิ่มกระแสที่ไหลผ่าน IR Diode (IF Max = 100mA) ให้มากกว่าที่ Arduino O/P มีความสามารถ ~40mA @ +5v supply

Capacitor C1 a 220uF Electrolytic ให้ความเสถียรในการป้องกันไม่ให้รางจ่ายไฟตกจากพลังงานที่ดึงมาจาก Leds 1 และ 2

ตัวต้านทาน R1 และ R2 เป็นตัวต้านทานแบบ I2C

ขั้นตอนที่ 2: ภาพรวมโดยย่อของซอฟต์แวร์

คำนำ

ในการคอมไพล์ซอร์สโค้ดนี้ให้สำเร็จ คุณจะต้องมีไลบรารีเพิ่มเติมดังต่อไปนี้

IRremote.h

• โดย: z3t0
• วัตถุประสงค์: ไลบรารีระยะไกลอินฟราเรดสำหรับ Arduino: ส่งและรับสัญญาณอินฟราเรดด้วยโปรโตคอลหลายตัว
• จาก:

ภาพรวมรหัส

ดังแสดงในภาพที่ 1 ด้านบน เมื่อเริ่มต้นโค้ดจะกำหนดค่าไมโครคอนโทรลเลอร์ I/O จากนั้นจะสำรวจสถานะของซอฟต์แวร์ภายในแฟล็ก 'bFreshDataFlag' เมื่อตั้งค่าสถานะนี้ตัวควบคุมยืนยันว่าเป็นบรรทัด 'ไม่ว่าง' (กำลังส่งข้อมูลพิน D4 ต่ำ) และย้ายไปยังสถานะ 'eBUSY' โดยกดปุ่มอ่านตามลำดับซึ่งอยู่ใน uDataArray และส่งข้อมูลการปรับ IR ไปยัง IR LED ใน ลำดับการส่ง

เมื่อข้อมูลที่เก็บไว้ใน uDataArray ถูกส่งโดยสมบูรณ์แล้ว สถานะ 'eIDLE' จะกลับมาทำงานต่อ และจะไม่มีการยืนยันบรรทัด 'Busy' (กำลังส่งข้อมูลพิน D4 สูง) ขณะนี้อุปกรณ์พร้อมที่จะรับการกดปุ่มเพิ่มเติมเพื่อทำเครื่องหมายจุดสิ้นสุดของลำดับการส่งสัญญาณ

การรับข้อมูลการกดปุ่ม IR

เมื่อข้อมูลถูกส่งไปยังรีโมตคอนโทรลอินฟราเรดผ่าน I2C จะทริกเกอร์การขัดจังหวะและการเรียกใช้ฟังก์ชัน receiveEvent() จะถูกทริกเกอร์แบบอะซิงโครนัส

เมื่อทริกเกอร์ข้อมูล I2C ที่ได้รับจะถูกเขียนตามลำดับลงในบัฟเฟอร์ 'uDataArray'

ในระหว่างการรับข้อมูล ถ้าการสิ้นสุดของลำดับถูกส่งสัญญาณโดยต้นแบบ (bFreshData!=0x00) 'bFreshDataFlag' จะถูกตั้งค่า ดังนั้นจึงเป็นการส่งสัญญาณการเริ่มต้นของลำดับการส่งข้อมูล

รูปภาพ 2…3 ให้ตัวอย่างของลำดับแพ็กเก็ตทั่วไป

หมายเหตุ: ดูซอร์สโค้ดแบบเต็มได้ที่นี่

ขั้นตอนที่ 3: เนื้อหาแพ็คเก็ต I2C

รูปแบบของแพ็คเก็ตควบคุมที่ส่งไปยังสเลฟผ่าน I2C นั้นแสดงไว้ด้านบนในรูปที่ 1 ความหมายของแต่ละฟิลด์แสดงไว้ด้านล่าง

ความหมายของฟิลด์แพ็คเก็ตควบคุม

ไบต์ bEncoding;

• การเข้ารหัสการควบคุมระยะไกล IR,

  • RC6 (ท้องฟ้า) = 0,
  • โซนี่ = 1,
  • ซัมซุง = 2,
  • NEC = 3,
  • LG = 4

uint32_t ui32ข้อมูล;

การแทนค่าฐานสิบหกของสตรีมข้อมูล IR แบบไบนารี 4 ไบต์ข้อมูล (แบบยาวที่ไม่ได้ลงนาม), LSByte … MSByte

ไบต์ bNumberOfBitsInTheData;

จำนวนบิตในข้อมูล (สูงสุด 32) ช่วง = 1 … 32

ไบต์ bPulseTrainRepeats;

กี่ครั้งของรถไฟชีพจรนี้ ช่วง = 1 … 255. โดยปกติ 2…4 ซ้ำ คุณอาจต้องการขยายเวลานี้สำหรับคำสั่งเปิด/ปิด เนื่องจากอุปกรณ์ที่รับบางครั้งอาจต้องใช้พัลส์เทรนซ้ำหลายครั้งเพื่อรับสัญญาณเปิดเครื่อง

ไบต์ bDelayBetweenPulseTrainRepeats;

ความล่าช้าระหว่างการทำซ้ำของพัลส์เทรนนี้ ช่วง = 1 … 255mS โดยทั่วไปแล้ว 22mS … 124mS

ไบต์ bButtonRepeats;

จำลองการกดปุ่มเดิมซ้ำๆ (แต่ไม่รองรับโค้ดที่แก้ไขแล้ว เช่น รีโมทของ Apple แต่ใช้รหัสปุ่มซ้ำ) ช่วง = 1 … 256. ค่าเริ่มต้น = 1

uint16_t ui16DelayBetweenButton ซ้ำ;

หน่วงเวลาระหว่างปุ่มซ้ำ (unsigned int) LSByte ทั้งหมด 2 ไบต์ … MSByte ช่วง = 1 … 65535mS ค่าเริ่มต้น = 0mS

ไบต์ bFreshData;

• ข้อมูลสด ค่าที่ไม่เป็นศูนย์ เขียนล่าสุด ทริกเกอร์ลำดับ IR TX ช่วง 0x00…0xFF

  • แพ็กเก็ตควบคุมเพิ่มเติมกำลังจะมา = 0
  • นี่คือแพ็กเก็ตควบคุมสุดท้าย = ค่าที่ไม่ใช่ศูนย์ 1, 2, … 255

สังเกตการใช้คำสั่งคอมไพเลอร์ '_packed_' เพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลเป็นแพ็คเก็ตไบต์สำหรับไบต์ในหน่วยความจำโดยไม่คำนึงถึงระบบเป้าหมายที่ใช้ (Uno, Due, ESP8266 เป็นต้น) ซึ่งหมายความว่าการรวมกันระหว่าง registerAllocationType และ dataArrayType ต้องการเพียงนาฬิกาเอาท์/นาฬิกาเป็นไบต์ตามลำดับจากแพ็กเก็ตควบคุมเท่านั้น ทำให้ซอฟต์แวร์ TX/RX ใช้งานง่าย

ขั้นตอนที่ 4: การรับรหัสการควบคุมระยะไกล (ui32Data)

คุณสามารถรับรหัสคีย์รีโมตคอนโทรลได้สามวิธี

1. ผ่านการนับบิตด้วยออสซิลโลสโคป
2. ดูในเว็บไซต์,
3. ถอดรหัสโดยตรงจากสตรีมข้อมูลในซอฟต์แวร์

ผ่านการนับบิตด้วยขอบเขต

วิธีนี้ไม่ใช่วิธีที่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากต้องใช้เวลาค่อนข้างนานและอาจต้องใช้ความพยายามมากกว่า 1 ครั้ง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้อาจมีความแม่นยำสูง นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในการตรวจสอบรหัสด้วยสายตาที่ได้รับโดยใช้วิธีที่ 2 และ 3 รวมถึงการกำหนดลักษณะเฉพาะของรีโมต ตัวอย่างเช่นเมื่อกดปุ่มบนรีโมท Apple IR ค้างไว้ รีโมตจะออกลำดับคำสั่งในขั้นต้น จากนั้นตามด้วยลำดับการบีบอัดซ้ำเป็น 0xF….

ดูในเว็บไซต์

ฐานข้อมูลรหัสการควบคุมระยะไกลบนเว็บไซต์ Linux Infrared Remote Control เป็นแหล่งที่ดี

ข้อเสียคือคุณอาจต้องลองใช้รหัสสองสามรหัสจนกว่าจะพบรหัสที่เหมาะกับคุณ คุณอาจต้องตีความการแสดงรหัสบางส่วนเพื่อแปลงเป็นรูปแบบฐานสิบหกที่เทียบเท่ากัน

ถอดรหัสโดยตรงจากสตรีมข้อมูล

การใช้วงจรในรูปที่ 1 ด้านบนร่วมกับตัวอย่างไลบรารี IRremote 'IRrecvDumpV2.ino' ทำให้สามารถถอดรหัสสตรีมข้อมูลได้โดยตรงจากรีโมต ภาพที่ 2 แสดงรีโมททีวี Samsung ที่ถอดรหัสแล้วสำหรับการกดปุ่มเปิด/ปิดในหน้าต่างเทอร์มินัล Arduino IDE

เครื่องรับ/เครื่องส่งแบบรวม

รูปภาพที่ 3 และ 4 ด้านบนแสดงถึงโซลูชันที่ช่วยให้ทั้งรับและส่งคำสั่ง IR เพื่อให้สร้างต้นแบบได้ง่าย

ในการถอดรหัสการกดปุ่มควบคุมระยะไกล IR คุณจะต้องแฟลช Arduino ด้วยตัวอย่าง 'IRrecvDumpV2.ino' ซึ่งมาพร้อมกับไลบรารี IRremote

นอกจากนี้ยังทำงานได้ดีสำหรับการส่งสัญญาณหากคำสั่ง IR มีไฟ LED สีแดงเป็นตัวบ่งชี้ว่าอุปกรณ์กำลังทำงานอยู่

ขั้นตอนที่ 5: วิธีทดสอบอุปกรณ์ทาส I2C ของคุณ

ใช้ซอร์สโค้ดที่นี่ และวงจรที่ระบุไว้ด้านบนในภาพที่ 1 ตั้งโปรแกรม Arduino 'Master' ด้วย 'IR_Remote_Sim_Test.ino' และ 'Slave' Arduino ด้วย 'IR_Remote_Sim.ino'

สมมติว่าคุณมีทีวี Sony Bravia กล่อง Sky HD และ Sony BT SoundBar ให้กดปุ่ม 1 แล้วทีวีของคุณจะเปลี่ยนเป็น BBC1 (ช่อง 101) กดปุ่ม 2 และซาวด์บาร์ของคุณจะปิดเสียง กดอีกครั้งและจะปิดเสียง

ในระหว่างการดำเนินการของลำดับการส่ง IR LED3 จะสว่างขึ้นเพื่อระบุว่าทาสไม่ว่างและ LED1 จะกะพริบในแนวเดียวกับกระบวนการส่งสัญญาณ IR

แน่นอน หากคุณไม่ได้ตั้งค่าระบบความบันเทิงแบบเดียวกับด้านบน คุณสามารถตั้งโปรแกรมทาสใหม่ด้วย 'IRrecvDumpV2.ino' ถอดรหัสคำสั่งทางไกลที่คุณสนใจ จากนั้นตั้งโปรแกรมให้เป็น 'IR_Remote_Sim_Test.ino' สำหรับคุณ สถานการณ์ที่กำหนด

ภาพที่ 2 แสดงภาพรวมซอฟต์แวร์ทดสอบระดับระบบระหว่าง Master และ Slave

ขั้นตอนที่ 6: ลดขนาดการออกแบบของคุณ

ตกลง สมมติว่าคุณได้ปฏิบัติตามคำแนะนำนี้โดยอาศัย Arduinos สองตัวเพื่อควบคุมอุปกรณ์ในบ้านของคุณ ไม่ใช่การใช้สต็อก Arduino ของคุณอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด ดังนั้น หากคุณสร้างวงจรที่แสดงในภาพด้านบน และทำตามคำแนะนำที่นี่เพื่อตั้งโปรแกรม ATMega328P ด้วย 'IR_Remote_Sim.ino' คุณจะสามารถลดทั้งระบบให้เป็นส่วนประกอบที่น้อยที่สุดได้ ซึ่งจะช่วยให้คุณสามารถฝังการออกแบบของคุณลงในระบบอื่นได้

ขั้นตอนที่ 7: บทสรุป

วิธีแก้ปัญหามีความเสถียรและทำงานได้ดี มันถูกฝังอยู่ในระบบอื่นมาหลายสัปดาห์แล้วโดยไม่มีปัญหาใดๆ

ฉันเลือก Arduino Uno R3 เนื่องจากฉันต้องการอุปกรณ์ที่มี RAM เพียงพอเพื่อให้ฉันมีบัฟเฟอร์ปุ่มที่มีความลึกพอสมควร ฉันตัดสินใจใช้ขนาดบัฟเฟอร์ 20 แพ็กเก็ต (MAX_SEQUENCES)

แผงป้องกัน Hybrid TX/RX ที่ฉันสร้างขึ้นนั้นมีประโยชน์มากเมื่อถอดรหัสการควบคุมระยะไกลของ Sony และ Sky แม้ว่าฉันต้องสารภาพว่าใช้ขอบเขตดิจิทัลของฉันเป็นครั้งคราวเพื่อตรวจสอบซอฟต์แวร์ถอดรหัสคำสั่ง IR เหมือนกับที่มาจาก IR ที่ได้รับ (TSOP38328)

สิ่งเดียวที่ฉันจะทำแตกต่างออกไปคือการใช้วงจรขับกระแสคงที่สำหรับไฟ LED IR ดังที่แสดงด้านบนในรูปที่ 2

ข้อสังเกตอีกประการหนึ่งคือ เครื่องส่งสัญญาณ IR บางตัวไม่ได้รับการปรับความถี่ด้วย 38KHz, TSOP38328 ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับ 38KHz

ขั้นตอนที่ 8: ข้อมูลอ้างอิงที่ใช้

IRRemote.h

• โดย: z3t0
• วัตถุประสงค์: ไลบรารีระยะไกลอินฟราเรดสำหรับ Arduino: ส่งและรับสัญญาณอินฟราเรดด้วยโปรโตคอลหลายตัว
• จาก:

ห้องสมุด IR Remote

• z3t0.github.io/Arduino-IRremote/
• https://arcfn.com/2009/08/multi-protocol-infrared-remote-library.html

IR (อินฟราเรด) ตัวรับ เซนเซอร์ - TSOP38238 (เทียบเท่า)

https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/top382.pdf

เพื่อหลีกเลี่ยงการขยายโครงสร้างข้อมูลไปยังขอบเขตคำ

• https://github.com/esp8266/Arduino/issues/1825
• https://github.com/tuanpmt/esp_bridge/blob/master/modules/include/cmd.h#L15
• https://stackoverflow.com/questions/11770451/what-is-the-meaning-of-attribute-packed-aligned4

แหล่งที่มาของรายละเอียดรีโมท IR ที่ดี

https://www.sbprojects.com/knowledge/ir/index.php

I2C

• https://playground.arduino.cc/Main/WireLibraryDetailedReference
• https://www.arduino.cc/en/Reference/WireSend

ฐานข้อมูลรีโมท IR

• https://www.lirc.org/
• https://lirc-remotes.sourceforge.net/remotes-table.html

BC337 เอกสารข้อมูลสินค้า

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BC337-D. PDF

1N4148 เอกสารข้อมูลสินค้า

https://www.vishay.com/docs/81857/1n4148.pdf

เอกสารข้อมูล ATMega328P-PU