紅外通信介紹

在光譜中波長(zhǎng)自760nm至400um的電磁波稱(chēng)為紅外線，它是一種不可見(jiàn)光。紅外線通信的例子我們每個(gè)人應(yīng)該都很熟悉，目前常用的家電設(shè)備幾乎都可以通過(guò)紅外遙控的方式進(jìn)行遙控，比如電視機(jī)、空調(diào)、投影儀等，都可以見(jiàn)到紅外遙控的影子。這種技術(shù)應(yīng)用廣泛，相應(yīng)的應(yīng)用器件都十分廉價(jià)，因此紅外遙控是我們?nèi)粘ＴO(shè)備控制的理想方式。

紅外通訊原理

紅外光是以特定的頻率脈沖形式發(fā)射，接收端收到到信號(hào)后，按照約定的協(xié)議進(jìn)行解碼，完成數(shù)據(jù)傳輸。在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品里，脈沖頻率普遍采用 30KHz 到 60KHz 這個(gè)頻段，NEC協(xié)議的頻率就是38KHZ。 這個(gè)以特定的頻率發(fā)射其實(shí)就可以理解為點(diǎn)燈，不要被復(fù)雜的詞匯難住了，就是控制燈的閃爍頻率(亮滅)，和剛學(xué)單片機(jī)完成閃爍燈一樣的意思，只不過(guò)是燈換了一種類(lèi)型，都是燈。

接收端的原理: 接收端的芯片對(duì)這個(gè)紅外光比較敏感，可以根據(jù)有沒(méi)有光輸出高低電平，如果發(fā)送端的閃爍頻率是有規(guī)律的，接收端收到后輸出的高電平和低電平也是有規(guī)律對(duì)應(yīng)的，這樣發(fā)送端和接收端只要約定好，那就可以做數(shù)據(jù)傳輸了。

紅外線傳輸協(xié)議可以說(shuō)是所有無(wú)線傳輸協(xié)議里成本最低，最方便的傳輸協(xié)議了，但是也有缺點(diǎn)，距離不夠長(zhǎng)，速度不夠快；當(dāng)然，每個(gè)傳輸協(xié)議應(yīng)用的環(huán)境不一樣，定位不一樣，好壞沒(méi)法比較，具體要看自己的實(shí)際場(chǎng)景選擇合適的通信方式。

NEC協(xié)議介紹

NEC協(xié)議是眾多紅外線協(xié)議中的一種(這里說(shuō)的協(xié)議就是他們數(shù)據(jù)幀格式定義不一樣，數(shù)據(jù)傳輸原理都是一樣的)，我們購(gòu)買(mǎi)的外能遙控器、淘寶買(mǎi)的mini遙控器、電視機(jī)、投影儀幾乎都是NEC協(xié)議。 像格力空調(diào)、美的空調(diào)這些設(shè)備使用的就是其他協(xié)議格式，不是NEC協(xié)議，但是只要學(xué)會(huì)一種協(xié)議解析方式，明白了紅外線傳輸原理，其他遙控器協(xié)議都可以解出來(lái)。

NEC協(xié)議一次完整的傳輸包含: 引導(dǎo)碼、8位地址碼、8位地址反碼、8位命令碼、8位命令反碼。這里我們主要講解如何接收紅外發(fā)送端發(fā)送的NEC協(xié)議內(nèi)容。

引導(dǎo)碼：由9ms的低電平+4.5ms的高電平組成。

4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù): 地址碼+地址反碼+命令碼+命令反碼。 這里的反碼可以用來(lái)校驗(yàn)數(shù)據(jù)是否傳輸正確，有沒(méi)有丟包。

重點(diǎn): NEC協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)位的時(shí)候，0和1的區(qū)分是依靠收到的高、低電平的持續(xù)時(shí)間來(lái)進(jìn)行區(qū)分的。這是解碼關(guān)鍵。

數(shù)據(jù)發(fā)送0碼：0.56ms低電平+ 0.56ms的高電平。

數(shù)據(jù)發(fā)送1碼：0.56ms低電平+1.68ms的高電平

所以，收到一個(gè)數(shù)據(jù)位的完整時(shí)間表示方法是這樣的：

    收到數(shù)據(jù)位0:   0.56ms低電平+ 0.56ms的高電平
    收到數(shù)據(jù)位1:  0.56ms低電平+1.68ms的高電平

還有一個(gè)重復(fù)碼，它是由一個(gè) 9ms 的低電平和一個(gè) 2.5ms 的高電平組成。當(dāng)一個(gè)紅外信號(hào)連續(xù)發(fā)送時(shí)，可以通過(guò)發(fā)送重復(fù)碼的方式快速發(fā)送。

電路設(shè)計(jì)

當(dāng)紅外線接收頭感應(yīng)到有紅外光就輸出低電平，沒(méi)有感應(yīng)到紅外光就輸出高電平。因此我們配置紅外引腳為外部中斷下降沿觸發(fā)方式，當(dāng)紅外引腳有下降沿時(shí)，我們馬上進(jìn)入中斷處理并接收紅外信號(hào)。

紅外接收電路如圖，連接到CW32L012/F030的PB10引腳。

工程代碼：

引腳配置如下：

//紅外引腳初始化
void infrared_goio_config(void)
{
    IR_RCC_GPIO_ENABLE();      // 使能GPIO時(shí)鐘
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                   // GPIO初始化結(jié)構(gòu)體
    GPIO_InitStruct.Pins  = IR_PIN;                     // GPIO引腳
    GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_INPUT_PULLUP;     // 上拉輸入
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;            // 速度高
    GPIO_InitStruct.IT    = GPIO_IT_FALLING;            // 下降沿觸發(fā)中斷
    GPIO_Init(IR_PORT, &GPIO_InitStruct);               // 初始化
    // 清除PB0中斷標(biāo)志
    GPIOA_INTFLAG_CLR(EXTI_BV);
    // 使能NVIC
    NVIC_EnableIRQ(EXTI_IRQ);
}

紅外信號(hào)的數(shù)據(jù)，全部是以時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)確定數(shù)據(jù)是0還是1，而最小的單位要求有560us，已經(jīng)達(dá)到了us級(jí)的測(cè)量。

獲取低電平時(shí)間的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

//獲取紅外低電平時(shí)間
//以微秒us作為時(shí)間參考
void get_infrared_low_time( uint32_t *low_time )
{
    uint32_t time_val = 0;
    while( GPIO_ReadPin(IR_PORT, IR_PIN) == 0 )
    {
        if( time_val>= 500 )
        {
            *low_time = time_val;
            return;
        }
        delay_us(20);
        time_val++;
    }
    *low_time = time_val;
}

當(dāng)引腳為低電平時(shí)，將進(jìn)入 while 循環(huán)，直到不為低電平時(shí)就結(jié)束循環(huán)。在循環(huán)之中不斷的讓時(shí)間變量time_val累加， 每加一次需要經(jīng)過(guò)20us。當(dāng)time_val變量累加時(shí)間大于 500 * 20 = 10000us = 10ms時(shí)，判斷為超時(shí)，強(qiáng)行結(jié)束該函數(shù)，防止阻礙系統(tǒng)運(yùn)行。

獲取高電平時(shí)間的代碼同理：

//獲取紅外高電平時(shí)間
//以微秒us作為時(shí)間參考
void get_infrared_high_time(uint32_t *high_time)
{
    uint32_t time_val = 0;
    while( GPIO_ReadPin(IR_PORT, IR_PIN) == 1 )
    {
        if( time_val >= 250 )
        {
            *high_time = time_val;
            return;
        }
        delay_us(20);
        time_val++;
    }
    *high_time = time_val;
}

引導(dǎo)碼與重復(fù)碼判斷

引導(dǎo)碼是由一個(gè) 9ms 的低電平和一個(gè) 4.5ms 的高電平組成。每當(dāng)接收到一個(gè)紅外信號(hào)時(shí)，第一個(gè)數(shù)據(jù)就是引導(dǎo)碼。我們通過(guò)判斷紅外信號(hào)的第一個(gè)數(shù)據(jù)是否是引導(dǎo)碼，來(lái)決定是否要進(jìn)行后面的數(shù)據(jù)接收處理。

重復(fù)碼是由一個(gè) 9ms 的低電平和一個(gè) 2.5ms 的高電平組成。當(dāng)我們的紅外遙控一直按住按鍵時(shí)，就會(huì)發(fā)出重復(fù)碼，我們可以檢測(cè)重復(fù)碼，來(lái)確定是否要連續(xù)觸發(fā)重復(fù)動(dòng)作，比如長(zhǎng)按開(kāi)機(jī)，長(zhǎng)按加速等等。

/******************************************************************
 * 函 數(shù) 名 稱(chēng)：guide_and_repeat_code_judgment
 * 函 數(shù) 說(shuō) 明：引導(dǎo) 和 重復(fù) 碼 判斷
 * 函 數(shù) 形 參：無(wú)
 * 函 數(shù) 返 回：1：不是引導(dǎo)碼   2：重復(fù)碼  0：引導(dǎo)碼
 * 作       者：LC
 * 備       注：以20微秒us作為時(shí)間參考
                引導(dǎo)碼：由一個(gè) 9ms 的低電平和一個(gè) 4.5ms 的高電平組成
                重復(fù)碼：由一個(gè) 9ms 的低電平和一個(gè) 2.5ms 的高電平組成
******************************************************************/
uint8_t guide_and_repeat_code_judgment(void)
{
    uint32_t out_time=0;
    get_infrared_low_time(&out_time);
    //time>10ms             time  500) || (out_time < 400))
    {
        return 1;
    }
    get_infrared_high_time(&out_time);
    // x?>5ms  或者 x 250) || (out_time < 100))
    {
        return 1;
    }
    //如果是重復(fù)碼  2ms < time < 3ms
    if((out_time > 100) && (out_time < 150))
    {
        return 2;
    }
    return 0;
}

完整紅外數(shù)據(jù)接收

具體接收流程：【判斷是否接收到引導(dǎo)碼】->【接收數(shù)據(jù)】->【判斷數(shù)據(jù)是否正確】。

//接收紅外數(shù)據(jù)
void receiving_infrared_data(void)
{
    uint16_t group_num = 0,data_num = 0;
    uint32_t time=0;
    uint8_t bit_data = 0;
    uint8_t ir_value[5] = {0};
    uint8_t guide_and_repeat_code = 0;
    //等待引導(dǎo)碼
    guide_and_repeat_code = guide_and_repeat_code_judgment();
    //如果不是引導(dǎo)碼則結(jié)束解析
    if(  guide_and_repeat_code == 1 ) return;
    //共有4組數(shù)據(jù)
    //地址碼+地址反碼+命令碼+命令反碼
    for(group_num = 0; group_num < 4; group_num++ )
        {
        //接收一組8位的數(shù)據(jù)
        for( data_num = 0; data_num < 8; data_num++ )
        {
            //接收低電平
            get_infrared_low_time(&time);
            //如果不在0.56ms內(nèi)的低電平,數(shù)據(jù)錯(cuò)誤
            if((time > 60) || (time < 20))
            {
                return ;
            }
            time = 0;
            //接收高電平
            get_infrared_high_time(&time);
            //如果是在1200us=60) && (time < 100))
            {
                bit_data = 1;
            }
            //如果是在200us=10) && (time < 50))
            {
                bit_data = 0;
            }
            //groupNum表示第幾組數(shù)據(jù)
            ir_value[ group_num ] 

	

	判斷數(shù)據(jù)是否正確，可以通過(guò)將正常數(shù)據(jù)取反，與反碼比較。如果不一致說(shuō)明數(shù)據(jù)不對(duì)。

	
typedef struct INFRARED_DATA{
    uint8_t AddressCode;            //地址碼
    uint8_t AddressInverseCode;     //地址反碼
    uint8_t CommandCode;            //命令碼
    uint8_t CommandInverseCode;     //命令反碼
}_INFRARED_DATA_STRUCT_;
_INFRARED_DATA_STRUCT_ InfraredData;
//紅外數(shù)據(jù)是否正確判斷
uint8_t infrared_data_true_judgment(uint8_t *value)
{
    //判斷地址碼是否正確
    if( value[0] != (uint8_t)(~value[1]) )  return 0;
    //判斷命令碼是否正確
    if( value[2] != (uint8_t)(~value[3]) )  return 1;
    //串口輸出查看接收到的數(shù)據(jù)
    printf("%x %x %x %xrn",value[0],value[1],value[2],value[3]);
    //保存正確數(shù)據(jù)
    InfraredData.AddressCode        = value[0];
    InfraredData.AddressInverseCode = value[1];
    InfraredData.CommandCode        = value[2];
    InfraredData.CommandInverseCode = value[3];
}
//獲取紅外發(fā)送過(guò)來(lái)的命令
uint8_t get_infrared_command(void)
{
    return InfraredData.CommandCode;
}
//清除紅外發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)
void clear_infrared_command(void)
{
    InfraredData.CommandCode = 0x00;
}

	

	最后，記得在外部中斷服務(wù)函數(shù)中，調(diào)用紅外接收函數(shù)。

	
void EXTI_HANDLER(void)
{
        if(IR_PORT->ISR_f.EXTI_PIN)   // 中斷標(biāo)志位
        {
                if(GPIO_ReadPin(IR_PORT, IR_PIN) == GPIO_Pin_RESET)  // 如果是低電平
                {
                        //接收一次紅外數(shù)據(jù)
                        receiving_infrared_data();
                }
                GPIOA_INTFLAG_CLR(EXTI_BV); // 清除標(biāo)志位
        }
}

	

	最后在main函數(shù)中編寫(xiě)以下代碼（delay_us函數(shù)不在此展開(kāi)說(shuō)明）

	
uint8_t val;
int main(void)
{
        OLED_Init();//初始化
        infrared_goio_config();//紅外初始化
        OLED_ShowString(1,1,"hello");//OLED顯示字符串
        while(1)
        {
                val=get_infrared_command();//接收紅外發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)
                OLED_ShowHexNum(2,1,val,2);//顯示數(shù)據(jù)
        }
}

	

	工作現(xiàn)象

	將代碼燒入開(kāi)發(fā)板之后，可以觀察到以下現(xiàn)象

	OLED顯示屏第一行第一列顯示字符串hello

	未按下遙控器，第二行顯示00

	按下遙控器之后，第二行顯示接收到的數(shù)據(jù)