stm32 红外接收与学习

只看该作者 · 2018-9-23 10:58

红外线的基本收发原理：
发射端
红外线发送不同于一般的数据传输协议，在此与串口比较说明。串口是最简单的数据传输协议，学过单片机的人都知道，单片机通过串口发送协议时，其发送的波形是一系列高低变化的电平。一般串口一次发送只能发送1个字节，即8个位的数据。若排除校验位、其实为或是其他xx位，若是从最高位开始发，0101 0001B 这个数据的波形就是先低电平，后高电平，再低电平…. 一直到最低位发送完毕（或者是校验位）。
而红外线的发射有两种状态，一种是载波信号，另一种是空闲信号。什么是载波信号？按照我最直观的理解，载波信号就是一组连续的，高频率的方波。一般世面上的家电红外线发射都是使用38kHz频率的载波，这个还牵扯到红外线接收头的问题，在后面接收端会提到。与载波信号相对，空闲信号就是一段连续的高电平或低电平。注意，是空闲信号期间是不会发生波形变化的。

只看该作者 · 2018-9-23 10:59

不同的厂家有的红外线发送协议都不尽相同，但是都类似。例如NEC协议，

当某个位为1时，就先发送560us的载波信号，后发送1.68ms的空闲信号。
当某个位为0时，就先发送560us的载波信号，后发送560us的空闲信号。

只看该作者 · 2018-9-23 11:02

NEC协议在正式数据发送前还有个引导码，先是9ms的载波，后是4.5ms的低电平。引导码，顾名思义，就是告诉接受设备我要开始发送数据了，你做好准备接受。当然这只是一个特定的协议，你完全可以自己制定一个协议，不过还要在接收端上也要根据这个协议进行接收。

只看该作者 · 2018-9-23 11:02

接收端
单片机的接收端是通过一个红外线接收头来实现的。这个红外线接收头很神奇，能够识别38kHz的载波信号与空闲信号。

当接收到的是载波信号时，其引脚就输出低电平。
当接收到的是空闲信号时，期引脚就输出高电平。

只看该作者 · 2018-9-23 11:03

当NEC的引导码发送过来时，由于有载波信号，红外接收头引脚输出由高电平跳变为低电平。那么只要我们设置一个下降沿中断就可以随时地进行数据接收。而且，我们要检测接受到的载波信号和空闲信号的持续时间是否与发送的引导相同（都接近9ms和4.5ms），只有当通过了引导码的检验后才能进行数据接收，否则直接结束接收，避免收到错误的数据。数据的接受也是一样，按照接收到高低电平的持续时间识别发送过来的是1还是0。

只看该作者 · 2018-9-23 11:05

红外学习的实现
上面阐述了红外收发的基本原理，然而若根据协议来制定接受协议与发送协议，那么世界上那么多个厂家，那么多种红外协议，难道要没种协议都写一个发送接收函数吗？这当然是不现实的，所以我们有了另一种思路。

只看该作者 · 2018-9-23 11:06

既然红外线是以波形的形式发送出去的，只要两段波形相同，那么接受端才不会管你的程序是怎么写的，有没有按照协议发送呢，通通照收了再说。所以，如果我们有了一种未知协议的遥控器发射设备，我只需要拿个一个红外线接收器将你发送的波形记录下来（解码），那不就学习到你的波形了吗？怎么记录呢，可以参考一下NEC协议接受端的操作。

只看该作者 · 2018-9-23 11:07

基于NEC协议的接受函数主要是检测发送过来的波形符不符合NEC协议的标准。例如，引导码的载波信号是否为9ms，空闲是否为4.5ms，560us载波后的空闲是560us还是1.68ms。

只看该作者 · 2018-9-23 12:02

只要我将从你开始发送（进入中断后）的每一次的载波信号的时间和空闲信号的时间都保存在一个长度足够的数组里，那么当我想发送一段和你相同的红外编码时，只要根据这个数组里的时间发送载波信号和空闲信号即可，这样即使我知道你的协议，但我照样能发射出和你一样的波形。

然而，这个方法的缺点就是需要牺牲空间，因为要使用数组记录每一次高电平低电平的时间，发射端红外编码协议越复杂，那么储存一个这样的红外编码需要的空间就越多。

只看该作者 · 2018-9-23 12:03

NEC协议和美的空调R51协议的波形，保存一个以NEC编码的红外波形需要用到71个16位的整型空间，共142个字节。而每存一个R51协议的命令要用到200个16位整型的空间，即400字节。要知道，像电视、风扇这种家电的红外编码还算简洁，但对于空调来说，每一个温度对应的各种操作（例如开机，升温、降温）的红外编码都不同，在不知道编码规律单纯记录波形的情况下，这种方式对空间的消耗是巨大的。

只看该作者 · 2018-9-23 12:06

对于stm32这款单片机，可以使用定时器PWM功能输出38kHz的载波信号；测量高低电平持续时间，可以使用systick的精确延时来实现等等。

只看该作者 · 2018-9-23 12:07

思路很简单：就是把要学习的遥控器发送的电平给记录下来，然后存入flash中。待到需要发送时，从flash中将记录的电平给发送出来。而设计的难点在于:用于记录电平的数组应该设为多大，什么时候才算学完一个波形。以及在学习时，怎么才能区分出码字信息和重发信息。

只看该作者 · 2018-9-23 12:08

不同的红外编码格式，按键在短按和长按的情况下，发送的红外信息格式也不一样。分析了大部分的红外编码，我发现它们大致可以分为两类:一类是发送完码字信息之后，后面跟有Stop Bit ，然后是Repeat Code；一类是发送完码字信息之后，后面只跟有Stop Bit。而且这两种方式，在按键短按和长按的情况下也不一样。第一类：按键短按情况下，发送完码字信息，发送一次Repeat Code 就结束；长按情况下，发送完码字信息，则一直发送Repeat Code。第二类：按键短按情况下，会有两种情况，一是发送完码字信息之后，紧跟一次Stop Bit 就结束，另一种是发送完码字信息之后，发送Stop Bit ，然后再发一次码字信息才结束。

只看该作者 · 2018-9-23 12:10

出现这两种不同情况，我判断是跟按键按下的时间长短有关，但具体原因和原理，还不是很清楚。希望看到这点的博友，能给解释下。按键长按的情况下，会再次重发码字信息和Stop Bit 。但是长按时，不同的红外格式，重发的也不一样。以我现在的了解，我知道，该类方式大部分编码按键在长按时，会再次发送第一次发送的信息（包含所谓的Lead Code）和Stop Bit。但也有特殊的，像红外编码Victor C8D8 这种格式，在长按时，重发部分不含有Lead Code。

只看该作者 · 2018-9-23 12:11

对于第一个难点，我发现几乎所有的编码格式，在按键长按时，不管有无Repeat Code，电平中最大时长不超过100ms，最大的在96、97ms左右。所以在我的设计中，把94ms定为学习结束的一个标志，当发现学习的电平中，出现大于94ms的电平，记录下此时的电平并且退出中断，宣告学习结束。在这种情况下，对于发送信息中没有超过94ms的红外编码格式，这个结束条件就永远不会成立，这时，我就采用能学习的电平个数作为结束条件。分析大部分编码格式，特别是不含有Repeat Code的编码，到达第一个Stop Bit 位，其中Panasonic 红外编码格式，电平数达到100，所以，我设定自己用于学习电平的数组大小为202。至于为什么会翻倍呢，就跟第二个难点有关。

只看该作者 · 2018-9-23 12:11

第二个难点，学习电平时要能区分出红外信息中的码字信息和重发信息，所以大前提是，学习时要长按按键。分析大部分编码在按键长按时，并不是发送完第一个Stop Bit之后再发送的信息就是重发信息。这其中还是有特例，像Sharp红外编码格式，它的码字信息要包含两个Stop Bit位，即它要学习到至少出现两次Stop Bit 位，才能区分出码字信息和重发信息。所以我把数组大小定为出现第一个Stop Bit位时，最大电平个数的两倍多。

只看该作者 · 2018-9-24 10:41

不同的红外编码格式，按键在短按和长按的情况下，发送的红外信息格式也不一样

只看该作者 · 2018-10-18 13:12

//红外遥控初始化
//设置IO以及定时器4的输入捕获
void Remote_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
TIM_ICInitTypeDef  TIM_ICInitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE); //使能PORTB时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE); //TIM4 时钟使能

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;    //PB9 输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9); //初始化GPIOB.9


TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 10000; //设定计数器自动重装值最大10ms溢出
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(72-1); //预分频器,1M的计数频率,1us加1.
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式

TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化TIMx

  TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_4;  // 选择输入端 IC4映射到TI4上
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;    //配置输入分频,不分频
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x03;//IC4F=0011 配置输入滤波器 8个定时器时钟周期滤波
  TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);//初始化定时器输入捕获通道

  TIM_Cmd(TIM4,ENABLE ); //使能定时器4

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;  //TIM3中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  //先占优先级0级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器

TIM_ITConfig( TIM4,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC4,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC4IE捕获中断
}

只看该作者 · 2018-10-18 13:13

//遥控器接收状态
//[7]:收到了引导码标志
//[6]:得到了一个按键的所有信息
//[5]:保留
//[4]:标记上升沿是否已经被捕获
//[3:0]:溢出计时器
u8 RmtSta=0;
u16 Dval; //下降沿时计数器的值
u32 RmtRec=0; //红外接收到的数据
u8  RmtCnt=0; //按键按下的次数
//定时器4中断服务程序
void TIM4_IRQHandler(void)
{

if(TIM_GetITStatus(TIM4,TIM_IT_Update)!=RESET)
{
if(RmtSta&0x80) //上次有数据被接收到了
{
RmtSta&=~0X10; //取消上升沿已经被捕获标记
if((RmtSta&0X0F)==0X00)RmtSta|=1<<6; //标记已经完成一次按键的键值信息采集
if((RmtSta&0X0F)<14)RmtSta++;
else
{
RmtSta&=~(1<<7); //清空引导标识
RmtSta&=0XF0; //清空计数器
}
}
}
if(TIM_GetITStatus(TIM4,TIM_IT_CC4)!=RESET)
{
if(RDATA)//上升沿捕获
{
    TIM_OC4PolarityConfig(TIM4,TIM_ICPolarity_Falling); //CC4P=1 设置为下降沿捕获
TIM_SetCounter(TIM4,0); //清空定时器值
RmtSta|=0X10; //标记上升沿已经被捕获
}else //下降沿捕获
{
Dval=TIM_GetCapture4(TIM4); //读取CCR4也可以清CC4IF标志位
    TIM_OC4PolarityConfig(TIM4,TIM_ICPolarity_Rising); //CC4P=0 设置为上升沿捕获
if(RmtSta&0X10) //完成一次高电平捕获
{
if(RmtSta&0X80)//接收到了引导码
{

if(Dval>300&&Dval<800) //560为标准值,560us
{
RmtRec<<=1; //左移一位.
RmtRec|=0; //接收到0
}else if(Dval>1400&&Dval<1800) //1680为标准值,1680us
{
RmtRec<<=1; //左移一位.
RmtRec|=1; //接收到1
}else if(Dval>2200&&Dval<2600) //得到按键键值增加的信息 2500为标准值2.5ms
{
RmtCnt++; //按键次数增加1次
RmtSta&=0XF0; //清空计时器
}
}else if(Dval>4200&&Dval<4700) //4500为标准值4.5ms
{
RmtSta|=1<<7; //标记成功接收到了引导码
RmtCnt=0; //清除按键次数计数器
}
}
RmtSta&=~(1<<4);
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM4,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC4);
}

只看该作者 · 2018-10-18 13:13

//处理红外键盘
//返回值:
//    0,没有任何按键按下
//其他,按下的按键键值.
u8 Remote_Scan(void)
{
u8 sta=0;
u8 t1,t2;
if(RmtSta&(1<<6))//得到一个按键的所有信息了
{
      t1=RmtRec>>24; //得到地址码
      t2=(RmtRec>>16)&0xff; //得到地址反码
      if((t1==(u8)~t2)&&t1==REMOTE_ID)//检验遥控识别码(ID)及地址
      {
         t1=RmtRec>>8;
         t2=RmtRec;
         if(t1==(u8)~t2)sta=t1;//键值正确
}
if((sta==0)||((RmtSta&0X80)==0))//按键数据错误/遥控已经没有按下了
{
     RmtSta&=~(1<<6);//清除接收到有效按键标识
RmtCnt=0; //清除按键次数计数器
}
}
return sta;
}