ИК-управление самодельными устройствами

В последнее время мы довольно сильно привыкли к тому, что в разнообразных самоделках на базе Arduino / esp32 используется управление, основанное на радиочастотах. Тем не менее иногда применение такой технологии управления может быть не совсем удобно хотя бы потому, что радиообстановка может быть сложной — например, если вы находитесь в густонаселённом месте (во дворе многоэтажного дома). Однако зачастую совсем без управления «или сложно, или совсем грустно». И в этой статье мы поговорим как раз о том, как можно реализовать альтернативный способ управления вашими самодельными устройствами.

Да, радиоуправление достаточно удобно и позволяет передавать большие объёмы данных, а с появлением плат семейства ESP передача на больших скоростях и на дальние расстояния стала доступна и достаточно проста. Однако в настоящее время совершенно незаслуженно начинает отходить на задний план другой способ управления, который всё меньше используется в самоделках — инфракрасный.

Давайте попробуем рассмотреть, как можно реализовать нечто подобное! Для этого нам необходимо скачать библиотеку IRremote:

После скачивания необходимо перейти в идущие с этой библиотекой примеры и открыть пример под названием IRrecvDemo:

/*  * IRremote: IRrecvDemo - demonstrates receiving IR codes with IRrecv                              * An IR detector/demodulator must be connected to the input RECV_PIN.                              * Version 0.1 July, 2009                              * Copyright 2009 Ken Shirriff                             * http://arcfn.com                             */  #include <IRremote.h>  #if defined(ESP32) int IR_RECEIVE_PIN = 15; #else int IR_RECEIVE_PIN = 11; #endif IRrecv irrecv(IR_RECEIVE_PIN);  decode_results results;  // On the Zero and others we switch explicitly to SerialUSB #if defined(ARDUINO_ARCH_SAMD) #define Serial SerialUSB #endif  void setup() {     pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);      Serial.begin(115200); #if defined(__AVR_ATmega32U4__)     while (!Serial)         ; //delay for Leonardo, but this loops forever for Maple Serial #endif #if defined(SERIAL_USB) || defined(SERIAL_PORT_USBVIRTUAL)     delay(2000); // To be able to connect Serial monitor after reset and before first printout #endif     // Just to know which program is running on my Arduino     Serial.println(F("START " __FILE__ " from " __DATE__));      // In case the interrupt driver crashes on setup, give a clue     // to the user what's going on.     Serial.println("Enabling IRin");     irrecv.enableIRIn(); // Start the receiver      Serial.print(F("Ready to receive IR signals at pin "));     Serial.println(IR_RECEIVE_PIN); }  void loop() {     if (irrecv.decode(&results)) {         Serial.println(results.value, HEX);         irrecv.resume(); // Receive the next value     }     delay(100); }

На мой взгляд, этот код содержит много лишнего и его можно существенно урезать, однако и «так сойдёт».

Этот код позволяет сделать следующее: считать коды, которые передаёт ИК-пульт.

Что для этого нужно: сначала подключите приёмник ИК-излучения к плате микроконтроллера, загрузите прошивку и можете понажимать кнопки на пульте. Для этого можно использовать абсолютно любой пульт, какой есть у вас под рукой.

Приёмник ИК-излучения подключаем к тому пину, который прописан у вас в скетче:

Пример выше — для подключения к esp32. Но если будут некие эксцессы, т.к. 15 пин выдаёт сигнал ШИМ в момент запуска esp32, согласно этой таблице, просто перекиньте сигнальный провод на другой пин, ориентируясь на приведённую таблицу.

Теперь, если вы наведёте свой пульт на приёмник и нажмёте любую кнопку — у вас в мониторе порта будет написано число в шестнадцатеричном формате, в котором кодирован сигнал конкретной кнопки, которую вы нажали.

Тут нужно сделать ремарку: некоторые пульты постоянно меняют по своему алгоритму передающиеся коды кнопок. Я с таким не сталкивался, но слышать приходилось. Поэтому, если вам не повезло и ваш пульт именно такой — лучше взять другой. Или устроить мозговой штурм, выяснить алгоритм смены кодов и встроить его в свой код (но лично мне было бы лениво и я бы просто взял другой пульт 🙂 )

Этот код в дальнейшем вы можете использовать в своих проектах. То есть по логике «если получили этот код — делаем то-то».

Например, ниже я показал, как это могло бы выглядеть, если бы мы использовали полученный с приёмника код для мигания встроенным светодиодом в esp32 (вы, конечно, понимаете, что это только пример и в реальности это может быть управление чем угодно — включение/выключение электродвигателей, открывание/закрывание штор и т.д. и т. п.):

#include "IRremote.h"  const int LED = 2;// Пин встроенного светодиода на ESP32 IRrecv irrecv(15); // пин ИК-приемника decode_results results;  void setup() {   pinMode(LED, OUTPUT);// Устанавливаем встроенный светодиод на ESP32 — как выход   irrecv.enableIRIn(); // запускаем приём }  void loop() {   if ( irrecv.decode( &results )) {     switch ( results.value ) {     case 0xABC111:         digitalWrite( LED, HIGH );         break;     case 0xABC222:         digitalWrite( LED, LOW );         break;     }         irrecv.resume();   } }

Однако и это не всё! Мне видятся наиболее интересными в инфракрасном управлении две его опции:

• оптический канал не глушится в условиях сложной радиосреды (или даже специального подавления);
• возможность сборки реально миниатюрного и недорогого устройства, которое может применяться для дистанционного управления, так как оно не требует сложных чипов, радиотрактов;

Я думаю, вы уже поняли, к чему я клоню — отказ от популярных плат типа Arduino или esp32 и использование непосредственно только микроконтроллера! Конечно, это есть не совсем правильно, и некая обвязка всё равно требуется для стабильности и надёжной работы, однако теоретически это устройство может быть очень миниатюрным: например, если мы будем использовать чип Attiny13 и инфракрасный приёмник, то всё наше устройство вполне может поместиться на кончике пальца! Отличный результат для самодельщика — как по размерам, так и по цене:

В своё время концепция использования хранимых процедур, создания библиотек и в целом возможность повторного использования уже готового программного обеспечения — совершили революцию в программировании. Поэтому воспользуемся кодом, который был любезно выложен автором.

Как заявляется, код протестирован и оптимизирован для загрузки в весьма ограниченный объём памяти Attiny13.

#define IRpin_PIN PINB #define IRpin 2  #define rLedPin 3 #define gLedPin 4 #define relayPin 1  #define MAXPULSE 5000 #define NUMPULSES 32 #define RESOLUTION 2  #define timeN1 1800000 #define timeN2 3600000  #define timerInterval 500   bool relayState = false; unsigned long timer = 0; unsigned long shift = timeN1;//30 min timer by default unsigned long previousMillis = 0; bool timerN = false; byte i = 0;   void setup() {   //default states   DDRB |= (1<<relayPin);   DDRB |= (1<<rLedPin);   DDRB |= (1<<gLedPin);    PORTB &= ~(1<<relayPin);//relay off   PORTB &= ~(1<<rLedPin);//red led off   PORTB |=  (1<<gLedPin);//green led on    /*   //for debug   Serial.begin(9600);   Serial.println("Start | "+String(millis()));   //*/    /*   //for debug without ir receiver   pinMode(5, INPUT);   pinMode(6, INPUT);   //*/   }  void shutDown(){   relayState = true;   PORTB |=  (1<<relayPin);   PORTB &= ~(1<<gLedPin);   PORTB |=  (1<<rLedPin);   //Serial.println("turining off |"+String(millis())); }  void startUp(){   relayState = false;   PORTB &= ~(1<<relayPin);   PORTB |=  (1<<gLedPin);   PORTB &= ~(1<<rLedPin);   //Serial.println("turining on |"+String(millis())); }  void loop() {   unsigned long irCode = listenForIR(); // Wait for an IR Code   //Serial.println("ir code: "+String(irCode));   if(irCode == 3359105948){//green button     //Serial.println("Pressed green btn |"+String(millis()));     if(timer == 0){//on off mode       if(relayState == true){         startUp();       }else{         shutDown();       }     }else{//cancel timer mode       timer = 0;       PORTB &= ~(1<<rLedPin);//turn off red led       //Serial.println("timer canceled |"+String(millis()));     }   }//end green btn     if(3359101868 == irCode){//red btn     //Serial.println("pressed red btn |"+String(millis()));     if(timer == 0){       if(relayState == 0){         timer = millis();         //Serial.println("timer started |"+String(millis()));       }/*else{         Serial.println("already shutdown |"+String(millis()));       }       //*/      }else{//changing time mode       timerN = !timerN;       if(timerN){         //Serial.println("change 30sec |"+String(millis()));         shift = timeN1;//30 min       }else{         //Serial.println("change 60sec |"+String(millis()));         shift = timeN2;//60 min       }     }   }//end red btn } // loop end  void checkTimer(){   unsigned long time = millis();   if(time - previousMillis >= timerInterval || previousMillis > time ) {     previousMillis =time;     timer1();   } }  unsigned long  listenForIR() {// IR receive code   byte currentpulse = 0; // index for pulses we're storing   unsigned long irCode = 0; // Wait for an IR Code   irCode = irCode << 1;    while (true) {     unsigned int pulse = 0;// temporary storage timing     //bool true (HIGH)     while (IRpin_PIN & _BV(IRpin)) { // got a high pulse (99% standby time have HIGH)       if(++i > 150){//check timer every 150 iterations (high frequency break ir code timing)         i = 0;         checkTimer();       }       pulse++;       delayMicroseconds(RESOLUTION);       if (((pulse >= MAXPULSE) && (currentpulse != 0)) || currentpulse == NUMPULSES ) {         return irCode;       }     }      //make irCode     irCode = irCode << 1;     if ((pulse * RESOLUTION) > 0 && (pulse * RESOLUTION) < 500) {       irCode |= 0;     }else {       irCode |= 1;     }     currentpulse++;     pulse = 0;         //bool false (LOW)     while (!(IRpin_PIN & _BV(IRpin))) {//wait before new pulse       //checkTimer();       pulse++;       delayMicroseconds(RESOLUTION);       if (pulse >= MAXPULSE || currentpulse == NUMPULSES ) {         //Serial.println(irCode);         return irCode;       }     }   }//end while(1)   }//end listenForIR   //executing every timerInverval void timer1() {   if(timer != 0){     if(timerN == true){//timeN1 or timeN2       PORTB |= (1<<rLedPin);     }else{//blinking 30min           PORTB ^= (1<<rLedPin);//invert     }     //Serial.println(String((timer+shift - millis())/1000));   }    if(timer != 0 &&(timer+shift < millis() || timer > millis())){     timer = 0;     shutDown();   } }  https://www.pvsm.ru/arduino/75674

Более лаконичная версия есть по этой ссылке.

Показанный выше код делает вот что:

В приведённом выше примере используется ИК-приёмник из серии TSOP…, а именно TSOP4838.

Согласно этому источнику, его характеристики следующие:

«TSOP4838 является модулем ИК приёмника для систем дистанционного управления. В своём составе содержит ИК фильтр, PIN-диод и предусилитель. Демодулированный выходной сигнал с ИК приёмника может быть подан непосредственно на микроконтроллер/микропроцессор.»

• Фотодетектор и предусилитель в одном корпусе.
• Внутренний фильтр для PCM частоты.
• Улучшенный экран для защиты от ЭМП.
• Диапазон напряжения питания от 2.5В до 5.5В.
• Диапазон передачи 45м.
• Улучшенная стойкость к внешнему освещению.
• Частота несущей 38кГц.
• Направленность 45°.
• Ток питания 950мкА.
• Диапазон рабочей температуры от -25°C до 85°C.

Источник картинки: radioprog.ru

Достаточно подробно вопросы программирования Attiny13 разобраны вот тут, так что можно почитать.

Конечно, программирование Attiny13 является достаточно непростым, производится в стиле языка C, что может быть не совсем «user-friendly», особенно если вы привыкли работать только в среде Arduino IDE. С другой стороны, это даёт более широкие возможности для творчества.

Если у вас всё пройдёт благополучно, то в результате может получиться нечто вроде кораблика, управляемого по инфракрасному каналу:

Ну, вот и всё! Напоследок хочется сказать, что, несмотря на распространение более современных и скоростных способов осуществления связи и управления, инфракрасный способ далеко не изжил себя и может применяться для ряда случаев.

Для общего развития можно прочитать вот эту хорошую обзорную статью про микроконтроллеры семейства AVR.

Ещё одна хорошая статья про 4-х канальное управление есть вот тут.

Успехов в сборке!

P.S. Несколько отступая от рассмотренной темы, хочется сказать, что автор рассматривает в перспективе инфракрасный способ связи для создания любопытной самоделки — «USB-свистка», связь с которым будет осуществляться с инфракрасного пульта, и который будет управлять переключением видеофайлов проигрывателя в компьютере.

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:

— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.