Декодирование сигналов инфракрасного пульта дистанционного управления

29/05/2011 - 17:36 Pavel Bobkov

Введение

Однажды мне понадобилось управлять устройством с помощью пульта дистанционного управления. Дистанция требовалась небольшая (до 10 метров) и я решил использовать для этих целей ИК приемник и инфракрасный пульт от бытовой аппаратуры.

Для инфракрасных пультов дистанционного управления (ИК ПДУ) существует несколько протоколов передачи данных. Они отличаются способами кодирования битов, длительностями сигналов, несущей частотой и количеством передаваемых данных. Один из самых распространенных протоколов, судя по интернету, – это RC5. Изначально я думал, что придется разбираться с ним, но ни одного пульта с таким протоколом у меня под рукой не оказалось. Зато нашлись три пульта от DVD плееров, использующих протокол фирмы NEC.

Схема

Принцип передачи ИК сигналов заключается в следующем - электрический сигнал несущей частоты модулируется передаваемыми данными и с помощью инфракрасного светодиода излучается в пространство.

Передача сигнала уже реализована в пульте, этот вопрос мы не затрагиваем, хотя ничего сложного там нет.

Для приема сигнала используется специальная микросхема, объединяющая в себе фотодиод, усилитель с полосовым фильтром, настроенным на определенную несущую частоту, и детектор, выделяющий огибающую сигнала. Как правило, микросхема имеет три вывода – два питающих и один сигнальный. Последний подключен к коллектору выходного транзистора микросхемы, из-за чего сигнал на выходе оказывается инвертированным.

Микросхемы этого семейства объединены общей аббревиатурой— TSOP.

Для того чтобы узнать, какой протокол используется в пульте дистанционного управления, нужно собрать схемку с ИК приемником, снять осциллограмму сигнала и сравнить ее с известными протоколами.

Правда есть один момент, ИК приемник рассчитан на работу с одной несущей частотой, а в некоторых протоколах значения несущих частот отличаются - одни используют 38 кГц (например, протокол фирмы Nec), другие 36 или 40. Поэтому одна и та же схема не сможет работать со всеми без исключения ИК пультами дистанционного управления.

Схема, которую я использовал при написании программы, приведена на рисунке ниже. Прием ИК сигналов осуществлялся микросхемой TSOP2138, рассчитанной на частоту 38 кГц.

Описание протокола Nec

Для передачи данных используется несущая частота 38 кГц. Посылка состоит из стартового импульса и четырех байтов данных – адрес, инвертированное значение адреса, команда, инвертированное значение команды. Адрес и команда передаются дважды для повышения надежности.

Данные передаются младшим битом вперед. Каждый бит начинается с пачки импульсов несущей частоты. Длительность пачки равна 560 мкс. Путем изменением временного интервала между пачками импульсов осуществляется кодирование нулей и единиц. При передаче логической единицы интервал от начала текущей до начала следующей пачки импульсов составляет 2.25 мс, а при передаче логического нуля – 1.12 мс.

Стартовый импульс представляет собой пачку импульсов несущей частоты длительностью 9 мс. После подачи стартового импульса следует пауза в 4.5 мс.

Посылка, содержащая адрес и команду передается однократно, но при удержании кнопки пульта дистанционного управления через каждые 110 мс излучается код повтора – пачка импульсов несущей частоты длительностью 9мс, пауза в 2.25 мс и пачка импульсов длительностью 560 мкс.

Существует расширенная версия протокола Nec, в которой используется 16-ти разрядные адреса.

Алгоритм декодирования сигналов ПДУ

Для декодирования ИК сигналов, соответствующих протоколу Nec, требуется измерять время между передаваемыми пачками импульсов. Для этого можно использовать схему захвата, внешнее прерывание или банальный опрос вывода микроконтроллера. Я остановил свой выбор на схеме захвата.

Рассмотрим алгоритм работы программы, декодирующей сигналы ПДУ. (Код не привожу, чтобы не загромождать описание.)

В начале функции main() выполняется инициализация таймера Т1 - разрешается прерывание по событию «захват», устанавливается работа схемы захвата по спадающему фронту (потому что сигнал на выходе ИК приемника инвертированный), нормальный режим работы таймера и коэффициент предделителя, позволяющий вычислять длительность между пачками импульсов без многократных переполнений счетного регистра. Инициализируется lcd дисплей, используемый для отладки. Устанавливается флаг глобального разрешения/запрещения прерываний.

Далее микроконтроллер «попадает» в бесконечный цикл while, в котором вызываются функции обработки и вывода данных – TIM_Handle() и TIM_Display() соответственно.

Параллельно выполнению основного кода, работает таймер Т1 и его схема захвата. Как только логический уровень вывода ICP(PD6) меняется с «1» на «0» выполнение основного кода прекращается и вызывается обработчик прерывания. В обработчике микроконтроллер сохраняет текущее и предыдущее значение счетчика таймера и устанавливается флаг, сигнализирующий функции TIM_Handle() о захвате нового значения.

Функция TIM_Handle() представляет собой конечный автомат с двумя состояниями – IDLE(ожидание) и RESEIVE(прием). В начале функции проверяется установка программного флага и в случае выполнения условия, вычисляется длительность временного интервала и выполняется код автомата.

Начальное состояние автомата –IDLE. В этом состоянии автомат ожидает появление стартового импульса или кода повтора. Если длительность временного интервала меньше максимально возможного значения, но больше порогового - принят стартовый импульс. Автомат инициализирует переменные и меняет свое состояние на RESEIVE. Если значение меньше порогового – принят импульс повтора, выполняется инкремент счетчика повторов (пятый байт массива buf[]).

Переменные, используемые автоматом:

currentState – текущее состояние автомата,

period – длительность временного интервала,

data – приемный «сдвиговый регистр»,

countBit – счетчик принятых битов,

countByte – счетчик принятых байтов,

buf[] – пяти байтовый массив данных - адрес, инвертированное значение адреса, команда, инвертированное значение команды, количество повторов

В состоянии RESEIVE автомат сравнивает длительность временного интервала с максимально возможным значением и с пороговым. Если интервал больше порогового значения – значит, принята единица, если меньше – то ноль.

В случае приема единицы в переменной data устанавливается 7 разряд. Далее проверяются счетчики битов и байт, с помощью которых контролируется «укладка» битовой последовательности в массив.

Как только будет принято четыре байта, автомат установит флаг RESEIVE_OK и сменит состояние на IDLE.

Флаг RESEIVE_OK сигнализирует функции TIM_Display() о выводе принятых данных на символьный lcd. В данном проекте дисплей использовался исключительно в целях отладки.

Файлы

nec-iaravr.rar

nec-winavr.rar
nec-codevision.rar

Ссылки

Протоколы ИК пультов

Comments

# ciscobsci 2011-06-13 21:11

Ну Слава Богу, Pashgan вернулся !)) И как всегда порадовал отличным материалом !

# TERMIN 2011-06-15 15:30

с возвращением, тебя прям оч как не хватало))
спасибо за статью

# Pashgan 2011-06-22 05:42

Привет. Спасибо, что еще помните. Не знаю можно ли это назвать возвращением, все еще нахожусь в творческом кризисе.

# foxit 2011-06-23 13:28

Quoting Pashgan:

Что случилось?

# Pashgan 2011-06-23 13:54

Да ничего не случилось, просто творческий кризис. Не хочется писать статьи и не мучает по этому поводу совесть.

# Petrov 2011-06-30 14:44

Pashgan может подкинуть исходник отсылки инфы по ИК. Также я сделал "все в одном", и отсылка и прием. Получилось и забил, не интересно стало. Вот если бы ты подправил бы. :oops: ;-)

# filin 2012-03-27 17:00

Привет..

бывает кто?

# VRS11 2011-06-21 23:08

Доброго времени суток)))
столкнулся с такой бедой:
тсоп 4838 при подключении по схеме как у вас в холостую выдает 1,28в, а при подаче импульса с пульта показывает 1,08в. В чем беда? что я мог сделать не так? при чем у меня где то 5 разных тсопов и все ведут себя одинаково(((

# DOOMSDAY 2011-06-22 05:44

Обычно так ведут себя паленные тсопы, например от переполюсовки питания. Проверяйте схему включения. И советую не пренебрегать рекомендациями даташита. Там в цепь питания ещё RC-цепочка включается, так вот когда она есть, то спалить сам тсоп становится значительно сложнее (сопротивление ограничивает ток при неправильном включении и при недолговременно й переполюсовке тсоп не вылетает, а без него даже очень кратковременное такое подключение убивает приёмник сразу). А по конкретно по вашему случаю: проверьте ещё раз схему и напряжение питания, чудес не бывает.

# Pashgan 2011-06-22 05:46

Подтяни сигнальный вывод TSOPa через 10 кОмный резистор к питанию и посмотри, что будет. Ты его отдельно проверял или он подключен к микроконтроллер у?

# vrs11 2011-06-23 23:17

купил новый тсоп4836 и сделал все по схеме и подтянул сигнальный через 10кОм, теперь в холостую 1,45в а при подаче сигнала 1,28в
как такое может быт?

# JoJo 2011-06-24 03:46

Ты точно ничего не перепутал? 1 вывод - сигнальный, 2 - земля, 3 - напряжение питания. А сигнальный у тебя к микроконтроллер у подключен или только к подтягивающему резистору?

# vrs11 2011-06-24 14:03

http://www.imagepost.ru/?v=p6240975.JPG
вроде все так как надо)))

# JoJo 2011-06-28 11:43

По картинке все правильно. Чем ты измеряешь напряжение на выходе?

# vrs11 2011-06-28 11:46

Мультиметром)))
ну по логике, в холостом состоянии должно быть 5в а не 1,5в?

# Димка 2011-08-21 12:14

мультиметр не покажет мгновенное значение напряжения, тут надо осциллографом только смотреть.

Мультиметр видит сигнал, если он присутствует около 0,5сек. А длительности команд пульста - несколько милисекунд! Конечно мультиметр не увидит!

# Alegro 2012-01-07 17:00

Беда в том что распиновка TSOP48.. отличается от TSOP23.., у TSOP21.. вторая ножка VCC, а у TSOP 43.., вторая ножка GND.

# VRS11 2011-06-22 15:39

а как его можно проверить?

# Petrov 2011-06-30 14:40

Quoting VRS11:

Правильней всего осциллографом смотреть.

# Grek 2011-07-04 17:25

С возвращением!

# filin 2012-03-27 09:58

попробовал повторить прибор, но не пошло.

вопрос: какие Fuse mega8535, т.к. программатор USBASP AVRDUDE из хекса брать не умеет.

# Pashgan 2012-10-15 16:59

Мне тут подсказали, что в схеме ошибка. Чтобы проект заработал, нужно подправить файл lcd_lib.h
Code:


//порт, к которому подключена шина данных
#define PORT_DATA PORTC
#define PIN_DATA PINC
#define DDRX_DATA DDRC

//порт, к которому подключены управляющие выводы
#define PORT_SIG PORTC
#define PIN_SIG PINC
#define DDRX_SIG DDRC

//управляющие выводы
#define RS 0
#define RW 1 
#define EN 2

Микроконтроллер работает от внешнего кварца на 16 МГц. Нужно выставить фуз биты соответствующие этому режиму..

Схему я скоро поправлю.

# filin 2012-03-27 16:59

а LCD какой строчный 1/2/4
или графический 64х128

# Pashgan 2012-10-15 17:01

LCD 16 на 2 знакосинтезирую щий.

# Sigis 2013-03-25 13:06

Не пошёл у меня этот код. Принимает всегда разные значения. Не знаю, это только у меня так, или ещё кому повезло? Немного упростил код, засунув его полностью в обработчик прерывания таймера иь всё пошло как по маслу. Имена многих переменных и констант изменены и некоторые вообще удалены за ненадобностью. Вот код прерывания:

Code:


//прерывание по событию захват
interrupt [TIM1_CAPT] void Timer1Capt(void)
{
#asm("cli")
if (flag==1) {
interval = TCNT1;
}
else
{
 interval=0;
 TCNT1=0;
 flag=1;
 #asm("sei")
 LED=OFF;
 return;
}

 switch (state) {
 //ждем стартовый импульс
 case WAIT:
 TCNT1=0;
 if (interval < START_BIT_INT) {
 if (interval > REPEAT_BIT_INT){
 data = 0;
 countBit = 0;
 countByte = 0;
 buffer[NUM_REPEAT] = 0;
 state = RECEIVE;
 LED=ON;
 }
 else {
 LED=ON;
 buffer[NUM_REPEAT]++;
 flag=0;
 delay_ms(10);
 LED=OFF;
 }
 }
 interval=0;
 break;
 
 //прием посылки
 case RECEIVE:
 TCNT1=0;
 if (interval < HIGH_BIT_INT){
 if (interval > LOW_BIT_INT){
 SetBit(data, countBit);
 }
 countBit++;
 if (countBit == 8){
 buffer[countByte] = data;
 countBit = 0;
 data = 0;
 countByte++;
 if (countByte == (MAX_SIZE - 1)){
 flag=0;
 state = WAIT;
 LED=OFF;
 break;
 } 
 }
 }
 else
 {
 flag=0;
 state=WAIT;
 LED=OFF;
 }
 interval=0;
 break;
 
 
 default:
 break;
 
 }
#asm("sei") 
}

# Pashgan 2013-03-25 20:47

В проекте для CodeVision ошибка. У меня руки не доходят исправить ее. Чтобы код заработал, нужно в файле timer.c кое чего подправить.
Code:


 icr1 = icr2;
 icr2 = ((unsigned int)ICR1H<<8)|ICR1L;

чтобы было вот так
Code:


 icr1 = icr2;
 icr2 = ICR1L;
 icr2 |= ((unsigned int)ICR1H<<8);

Попробуй, должно заработать.

PS. первый раз неправильно написал. не выспался.

# Pashgan 2013-03-29 20:58

Исправил проект для CodeVision и перезалил его.

# Максим 2013-05-27 13:33

Sigis, а можно полный код? С описанием переменных?

# Sigis 2013-06-21 15:37

Весь код не лезет в размер. Вот объявление переменных и констант.

Code:


#include <mega32.h>
#include <alcd.h>
#include <delay.h>
#include <stdio.h>
#include <bits_macros.h>
#include <alcd.h>
#define LED PORTD.4
#define START_BIT_INT 3500
#define REPEAT_BIT_INT 3000
#define LOW_BIT_INT 300
#define HIGH_BIT_INT 600
#define RECEIVE 1
#define WAIT 0
#define ON 1
#define OFF 0
#define NUM_REPEAT 4
#define MAX_SIZE 5
unsigned char state;
unsigned char flag = 0;
unsigned char buffer[MAX_SIZE];
unsigned char lcd_buffer[20];
static unsigned int interval;
static unsigned char data; 
static unsigned char countBit, countByte;

# Sigis 2013-06-21 15:41

Функция main выглядит так ...
Code:


void main(void)
{
PORTA=0xFF;
DDRA=0x00;
PORTB=0xFF;
DDRB=0x00;

PORTC=0xFF;
DDRC=0x00;
PORTD=0xCF;
DDRD=0x30;

TCCR0=0x00;
TCNT0=0x00;
OCR0=0x00;

TCCR1A=0x00;
TCCR1B=0x03;
TCNT1H=0x00;
TCNT1L=0x00;
ICR1H=0x00;
ICR1L=0x00;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x00;
OCR1BH=0x00;
OCR1BL=0x00;

ASSR=0x00;
TCCR2=0x00;
TCNT2=0x00;
OCR2=0x00;

MCUCR=0x00;
MCUCSR=0x00;

TIMSK=0x20;

UCSRB=0x00;

ACSR=0x80;
SFIOR=0x00;

ADCSRA=0x00;

SPCR=0x00;

TWCR=0x00;

// Alphanumeric LCD initialization
// Connections are specified in the
// Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu:
// RS - PORTA Bit 4
// RD - PORTA Bit 5
// EN - PORTA Bit 6
// D4 - PORTB Bit 4
// D5 - PORTB Bit 5
// D6 - PORTB Bit 6
// D7 - PORTB Bit 7
// Characters/line: 20
lcd_init(20);
lcd_puts("READY");

#asm("sei")

while (1)
 {
 // Place your code here
 if ((flag==0)&&(state==WAIT)) {ShowResult();} 
 
 }
}

# Sigis 2013-06-21 15:43

Это функция вывода результата...
Code:


void ShowResult()
{
 lcd_gotoxy(0,1);
 sprintf(lcd_buffer,"%u %u %u %u \n",buffer[0],buffer[1],buffer[2],buffer[3]); 
 lcd_puts(lcd_buffer);
 sprintf(lcd_buffer,"%u ",buffer[4]);
 lcd_puts(lcd_buffer);
}

Вот и весь кодю ;-) Да, у меня атмега32, для других надо соответсвенно менять инициализацию оборудования в майн функции.

# Серж 2015-10-13 11:41

А можно ли использовать для этого таймер 0? и что изменится в этом случае?

# Sigis 2013-04-02 16:46

Ясно. Но мне немного не понравился сам принцип с ICR. Так, обнуляя TCNT1, получилось проще и понятней. Главное работает. Всё равно спасибо. :-)

# Pashgan 2013-04-02 18:47

Наверное, можно проще. Мне так пришло в голову сделать.

# vitaliy 2013-12-14 17:18

Всем доброго дня.Есть проблема.Вот тоже занимаюсь декодированием сигналов пульта,только протокол RC5.TSOP подключен так-же как в статье выше к выводу ICP микроконтролера.
Библиотека RC5 использована - kibermaster.net/priem-komand-s-pulta-distantsionnogo-upravleniya/.После инициализации таймера и разрешения прерываний включается захват, и микроконтроллер начинает обрабатывать данные, принятые с пульта. Если получен пакет данных, то активируется флаг rc5.dataOK, а принятая команда записывается с переменную структуры rc5.command.
Сам код который я юзаю являет собой вкл/отключение четырех каналов клавишами 1-4 пульта
Сам код здесь radiomanoff.at.ua/index/distancionnoe_upravlenie_na_atmega8_protokol_rc_5/0-27

Все бы хорошо,но вот если нажатую кнопку пульта "передержать" соответствующий канал включается/выкл ючается.А хотелось чтобы канал включился,и контролер ждал отпускания кнопки пульта,а уже потом обрабатывал следующее нажатие.
Пробовал вставлять
Code:

...
_delay_ms(700); //задержка 700 мс
rc5.dataOK = 0; // сбрасываем флаг

while (rc5.dataOK) //ждем отпускания кнопки
		 {
 _delay_ms(200); //задержка 70 мс
 rc5.dataOK = 0; // сбрасываем флаг 
кнопки

Как бы проверка отпускания кнопки.Тестирую на реальном "железе"не идет

# Pashgan 2013-12-15 01:14

Я бы добавил счетчик, который при получении кода кнопки сбрасывается и запрещает обработку следующих приходящих кодов, пока он не досчитает до определенного порогового значения. Тогда первый пришедший код обрабатывался бы, а последующие нет.

# vitaliy 2013-12-15 16:36

Cпасибо за ответ,но Вы знаете у меня все получилось с циклом while,просто вставил задержку
Code:

_delay_ms(200); //задержка 700 мс

 rc5.dataOK = 0; // сбрасываем флаг

 _delay_ms(20);
 
		 while (rc5.dataOK) //ждем отпускания кнопки
		 {
 //_delay_ms(20); //задержка 70 мс
 rc5.dataOK = 0; // сбрасываем флаг
 _delay_ms(200);
		 }

Я так подумал : каналы у меня включает четко,никаких нареканий нет.Но если кнопку пульта держать постоянно состояние канала меняется вкл/выкл.Поэтом у я вогнал в цикл while проверку флага rc5.dataOK с постоянным его збросом rc5.dataOK = 0;- и таким образом жду окончания передачи с пульта.Ведь канал который мне нужен уже включен.На реальном железе получилось очень даже ничего,впринцип е то чего я и добивался.
Я понимаю что скорей всего это не есть правильно,ведь во время когда кнопка нажата ,другие действия с МК я производить несмогу.Но меня устраивает.
Почему пишу под этой статьей?Вы знаете что"прогуглив" сеть,только здесь TSOP подвешен на ногу ICP микроконтролера .Правда я использовал Atmega8 c заводскими фьюзами,но код с пультом RC5 работает, а это я думаю главное.
Вот небольшой "опус" по этому поводу,обработк а RC5& матричная клавиатураradiomanoff.at.ua/index/distancionnoe_upravlenie_na_atmega8_protokol_rc_5_matrichnaja_klaviatura/0-35.Может кому пригодится.

# Hakeem 2015-08-06 09:35

Quote:

как улавливать такой код повтора?
дело в том что необходимо чтобы при длительном нажатии производилось какое то действие(как например при регулировании громкости)

# mars_atakuet 2015-11-12 18:57

Пардон, никак не вкурю, объясните, плз.
Почему при работе со стартовым импульсом, мы оперируем с числами 15000 и 12000? (START_IMP_MAX и START_IMP_TH)
Ведь первые 9мс состоят из импульсов частотой 38кГц, т.е. на этом промежутке между двумя прерываниями period будет равен 6, и по сути стартовый импульс определяется не периодом в 13,5 мс (откуда и взяты, как я понимаю, эти значения), а паузой в 4,5 мс. Т.е. START_IMP_MAX и START_IMP_TH должны быть что-то около 5000*FCPU/PRE и 4000*FCPU/PRE соответственно. Где я ошибся?

# Алексей 2017-12-03 03:44

Я особо не вчитывался в коды программы, но где-то лет пять назад озадачился управлением с пульта NEC кодировкой тогда искал код для него и не находил такого где ядро не занимается выполнением пустых команд (delay) потому как необходимо было выполнять дополнительные задачи. Написал код выполняющий дешифрацию в прерываниях счетчика. Получил кучу свободного времени для других операций у ядра. Код написан в среде CVAVR. Если кого-то заинтересует можете обратиться на почту pop.qwer@mail.ru Есть вообще-то один нюанс, от расстояния и заряда батареи на пульте зависит длительность импульса в малых пределах на приёмнике это надо учитывать иначе не всегда будет распознаваться команда особенно на большом расстоянии более 3 м.

Refresh comments list
RSS feed for comments to this post

Разделы