Управляем роботом-пылесосом iRobot Roomba через ИК

Как это работает

Конечно же первым делом я начал искать в интернете протокол обмена Roomb-ы. Информации не много, но самое детальное описание я нашел на форуме www.robotreviews.com, в частности интересное сообщение, вот его сокращенная цитата:

The remote control IR stream consist of 8 bits each 4ms in duration. According to the paper, each bit is started by a 1ms low period. If the value is 0, the pulse stays low for 2 more ms. If the pulse goes high for 2ms if the value is 1. The bit is ended by sending a 1ms high burst.

С указанными интервалами у меня не заработало и я пошёл другим путём: на том же форуме выкладывались коды для irshell для управления с PSP.

Здесь команды записаны кодами в шестнадцатеричной системе, это так называемый Pronto IR формат. Я нашёл неплохое описание (Яндекс.Диск — на всякий случай) их запись оказалась довольно простой.

Некоторые иллюстрации из описания формата

Рассмотрим на примере команды Clean, т.к. она для меня была наиболее интересна:
0000 0069 0000 0008 0071 0027 0023 0071 0023 0071 0023 0071 0071 0027 0023 0071 0023 0071 0023 030B

0000 — Говорит нам о том, что это Pronto RAW формат, иллюстрации его записи выше.
0069 — Частота несущей: 69₁₆=105₁₀; f=4,145146 Мгц /105 = 39,477663 кГц.
0000 — Значит стартовой не повторяющейся команды нет.
0008 — Повторяющаяся команда состоит из 8 бит.
Далее уже идет запись повторяющийся команды, в виде количества периодов несущей частоты.
0071 — Первая пачка длительностью 71₁₆ периодов, т.е. примерно 2862 мкс.
0027 — Ничего не передаем 27₁₆ периодов, т.е. примерно 988 мкс.
Далее — по аналогии. Получается, сигнал должен иметь такой вид:

Если первая пачка — это единица, а вторая нуль, то коды команд из сообщения с форума верны:

Изготовление

Конечно можно было купить любой ИК передатчик с подключением по USB и скормить специальной программе выше приведенные Pronto Raw коды и всё! Такая идея мне не пришлась по душе, по началу я хотел, что бы мой ИК передатчик можно было использовать отдельно от ПК, т.е. он должен быть с кнопками и батарейкой, но потом решил пульт с кнопкаи оставить на потом. Я хотел, что бы передатчиком можно было управлять через USB-UART и чтобы он понимал просто текстовые команды, тогда бы его можно было подключать даже к роутеру.

Схема получилась довольно простой:

Компоненты:

• FTDI FT232RL
• Atmel ATtiny2313-20SU в корпусе SOIC20
• Кварц на 7,3728 МГц
• 4 конденсатора 0.1 на мкФ SMD0805
• 2 конденсатора на 20пФ
• 1 танталовый конденсатор на 10 мкФ
• 1 SMD-светодиод (типоразмер 1206) для индикации работы FT232 (не обязательно)
• 1 SMD резистор на 560 Ом для светодиода (опять же по желанию)
• 1 ИК-светодиод, я использовал L-34F3C
• 1 SMD резистор на 100 Ом для ИК светодиода.

Питание на ИК диод подается через 5 выводов МК, конечно, правильней было бы управлять транзистором, но я захотел сделать схему как можно проще. При выборе резистора R2 нужно помнить, что максимальный ток для ATtiny2313 составляет 200 мА на все выводы, а на 1 вывод 40 мА.

Информационный светодиод подключен к выводу CBUS3 микросхемы FT232, по умолчанию на него выводится сигнал PWREN#, т.е. светодиод горит, когда FT232 подключена к ПК и инициализировалась. Этому выводу можно назначить и другую функцию, например, RXTXLED# — тогда светодиод будет моргать при передачи данных. Сделать это можно с помощью утилиты FT_PROG. Утилит для Linux, которые умеют менять назначение выводов я что-то не нашел.

Т.к. дома я использую ОС Ubuntu, я решил разводить плату в KiCAD (это конечно не Altium Designer, но со своей задачей он справляется), все компоненты я использовал из стандартных библиотек:

Архив с KiCAD проектом: Remote_USB_PCB.zip
Плата односторонняя, травил методом ЛУТ-а.
Стоит заметить, что я специально выбрал контроллер в SOIC корпусе, т.к. его проще расположить на плате да и травить/паять тоже проще. А вот расстояние между ножками FT232RL довольно маленькое, поэтому после переноса тонера на плату, перед травлением, нужно очистить расстояние между выводами от остатков бумаги каким-нибудь острым предметом. Я поленился и не сделал этого, в итоге пришлось в некоторых местах подрезать площадки, а то они слились.

Из-за моего желания простоты, изначально плата была без кварца, и выглядела так:

Но, видимо, стабильности внутреннего RC-генератора не хватало и Roomba никак не реагировал на команды, хотя осциллограммы нескольких периодов показывали, что всё нормально. В итоге я примастил кварц на обрезке ненужной платы сверху:

Программирование

Программа написана на C (AVR-GCC), писал в основном в CodeBloks, но разок пришлось отладить в Atmel Studio. На «правильность» и «красивость» код совсем не претендует, т.ч. прошу это учесть и сильно не критиковать (но полезные указания приветствуются).

/* Управление роботом-пылесосом Irobot Roomba с ПК через USB-UART (FTDI FT232R). Программа для контроллера Atmel ATTINY2313. FUSE-биты:  Fuse Low Byte: CKDIV|CKOUT|SUT|SKSEL|   0  |  1  |10 |0100 | 0x64 Default   1  |  1  |10 |1100 | 0b11101100=0xEC  для кварца 7.3728 МГц */  #define F_CPU 8E6 //#define __AVR_ATtiny2313__  #include <avr/io.h> //#include <stdio.h> //#include <stdint.h> //#include <stdlib.h> //#include <util/delay.h> //#include <string.h> //#include <avr/pgmspace.h>  /*------<Макросы>-----*/ //Частота 39477 Гц //39500 Гц Переод 25,3 мкС #define P_GEN {TCNT0=0; PORTB |= 0x1F; while (TCNT0 < 93); PORTB &= ~0x1F; while (TCNT0 < 186);} #define TX_LFCR tx_uart(0x0A); tx_uart(0x0D);  //Roomba коды: #define LEFT 			129 #define FORWARD 		130 #define RIGHT 			131 #define SPOT 			132 #define DOCK 			133 #define CLEAN 			136 #define PAUSE 			137 #define POWER 			138 #define FORWARD_LEFT  	139 #define FORWARD_RIGHT 	140  /*------< Глобальные переменные >------*/ volatile unsigned char data; unsigned char status;  /*----------------<Функции:>----------------*/ void init(void) { //Установка делителя частоты на /1: 	//CLKPR = (1<<CLKPCE); 	//CLKPR = (0<<CLKPS0)|(0<<CLKPS1)|(0<<CLKPS2)|(0<<CLKPS3);  //Настройка портов: 	PORTD = 0x0; 	DDRD  = 0x0; 	PORTB = 0x0; 	DDRB  = 0xFF;  //Инициализация UART: 	UCSRA = 0x0; 	UCSRB = (1<<RXEN)|(1<<TXEN)|(0<<UCSZ2);   	UCSRC = (0<<UMSEL)|(0<<USBS)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0); 	//UBRR = Fosc/16/BR - 1 	UBRRH =  0x0; 	UBRRL =  23;  // Скорость UART-а 19200 }  void ir_tx(unsigned char data_ir) { /* RAW Pronto код для комманды Clean: 0000 0069 0000 0008 0071 0027 0023 0071 0023 0071 0023 0071 0071 0027 0023 0071 0023 0071 0023 030B  Кодирование данных: 1: __________ 2862uS    |988uS           |_____ 0: _____ 887uS|  2862uS      |__________ В конце пауза ~16870 uS */  	int cnt,repeat; //Настраиваем таймеры: 	TCCR0B = (0<<CS12)|(0<<CS11)|(1<<CS10); // Для несущей f/1 	TCCR1B = (0<<CS12)|(1<<CS11)|(1<<CS10); // Для данных f/64 	for (repeat=0;repeat<10;repeat++) 	{         for (cnt=0; cnt<8; cnt++)         {             TCNT1=0;             if (data_ir & (0x80 >> cnt))             {	//Если 1                 while (TCNT1 < 330) P_GEN;                 while (TCNT1 < (330+114)) ;             }             else             {	//Если 0                 while (TCNT1 < 113) P_GEN;                 while (TCNT1 < (330+114)) ;             }         }         TCNT1=0;         while (TCNT1 < 1950)  ;     } }  void tx_uart(unsigned char tx_data) { 	UDR = tx_data; 	while (!(UCSRA & (1<<UDRE))); }   void tx_help(void) { 	int sc; 	const unsigned char help1[] = "Use:C S D P W L R F < >"; 	for (sc=0;sc < 23;sc++) 	{ 		tx_uart(help1[sc]); 	} }  /*-----------------<основной цикл программы>-----------------------*/ int main(void) { 	init(); 	for(;;) 	{ 		while (!(UCSRA & (1<<RXC)))	; //Ждем данных 		status = UCSRA; 		data   = UDR; 		switch (data) 		{ 			case '+': PORTB |= (1<<PB6); 	break; 			case '-': PORTB &= ~(1<<PB6); break; 			case 'c': case 'C': ir_tx(CLEAN); TX_LFCR break; 			case 's': case 'S': ir_tx(SPOT); TX_LFCR break; 			case 'd': case 'D': ir_tx(DOCK); TX_LFCR break; 			case 'p': case 'P': ir_tx(PAUSE); TX_LFCR break; 			case 'w': case 'W': ir_tx(POWER); TX_LFCR break; 			case 'l': case 'L': ir_tx(LEFT); TX_LFCR break; 			case 'r': case 'R': ir_tx(RIGHT); TX_LFCR break; 			case 'f': case 'F': ir_tx(FORWARD); TX_LFCR break; 			case '<': ir_tx(FORWARD_LEFT); TX_LFCR break; 			case '>': ir_tx(FORWARD_RIGHT); TX_LFCR break; 			default: tx_help();  TX_LFCR break; 		}  	} } 

Архив с проектом: Roomba_Remote_USB.zip | Отдельно hex-файл
Прошивал программатором USBasp с помощью утилиты avrdude.
Для прошивки Fuse-битов нужно запустить с параметрами:

avrdude -p t2313 -c usbasp -U lfuse:w:0xEC:m 

Для прошивки hex-файла:

avrdude -p t2313 -c usbasp -U flash:w:./bin/Debug/Roomba_Remote.elf.hex 

Для отправки команды нужно набрать соответствующий символ в терминале:

Есть ещё одна недокументированная функция — см. листинг. 😉
На правильную команду контроллер отвечает переводом строки, на неправильную краткой справкой.

Небольшой ролик с демонстрацией работы:

Сейчас меня не устраивает дальность работы: нужно направлять светодиод точно на Roomb-у, а это не очень удобно. В связи с чем я подумываю заменить резистор R2 на резистор с меньшим номиналом, например 68 Ом, или же поменять ИК светодиод.
Также подумываю об обычном пульте с кнопками, в связи с чем есть опрос ниже.

P.S.
Об орфографических ошибках и ошибках оформления прошу сообщать через ЛС.