IR транскодер на Arduino

Устройства с управлением от инфракрасного пульта тесно вошли в нашу жизнь. Иногда пульт от телевизора или древней аудиосистемы теряется, а купить новый за давностью лет уже невозможно. Заказать новый пульт не всегда возможно, изготовить клон тоже, но обладая донором или информацией о нём можно изготовить конвертер. Такой транскодер будет принимать команды одного пульта и транслировать их в формат другого.

Для Arduino существует прекрасная библиотека IRemote которая делает построение разнообразных ИК систем управления очень простым. Но при решении даже такой простой задачи как транскодер обязательно находятся проблемы которые интересно решать.
Итак для начала нам необходим интегральный ИК приёмник типа TSOP312 или соответствующий шилд для Arduino. Не стоит забывать что ИК приёмников существует очень много и цоколёвка у них меняется случайным образом. Например я использовал некий безымянный элемент по цоколёвке совпадающий с TSOP382 но в уменьшенном корпусе и без разделительного ключа.

Собранная схема нужна нам для получения кодов команд от обеих пультов, к несчастью снять команды с устройства для которого пульт утерян несколько сложнее. Вы можете всё-таки найти пульт донор, воспользоваться универсальным пультом подобрав код (а зачем тогда вам тогда транскодер, раз уж пульт подошёл?) или попытавшись воспользоваться данными из интернет баз по IR кодам. Самым простым для меня оказалось воспользоваться приложением под андроид, эмулирующий нужный мне пульт.
Для чтения данных используем пример IRrecvDumpV2 из поставки IRremote, если ваш пульт относится к распознаваемым библиотекой то сырой результат сканирования вам не понадобится, хотя например пульт от LG у меня ложно распознавался как Samsung и не заработал при попытке отправлять команды через sendLG.

В случае если захват выдаёт сообщение “IR code too long. Edit IRremoteInt.h and increase RAWLEN” библиотеку придётся немного исправить — увеличив размер буфера для команд. Для пульта которым планируется управлять достаточно знать 32 битный код команды, стоит обратить внимание что на некоторых пультах код зажатой клавиши отличается от той же кнопки в режиме нажал и отпустил. Такие кнопки потребуют двух значений. Сводим полученные коды в удобную для вас таблицу. В ту же таблицу сохраняем коды для пульта донора в сыром виде.
Подключаем к Arduino инфракрасный светодиод и пишем простейшую программу которая получает инфракрасный сигнал с заданным кодом и отправляет другой код через светодиод. Резистор на 82 выбран из соображений того что валялось под рукой. Для встраиваемого устройства его можно смело увеличивать до 200 Ом а если передатчик должен быть дальнобойным то придётся дополнить его нехитрым транзисторным каскадом, иначе тока от Arduino обязательно не хватит.

При наличии кодов команд от обеих пультов код транскодера приобретает следующий вид

void loop() {
if (irrecv.decode(&results)) {
    switch(results.value){
      case(0x845E5420):{
	irsend.sendRaw(irSignal, sizeof(irSignal) / sizeof(irSignal[0]), khz);
      }break;
    }
  }
  irrecv.resume();
  irrecv.enableIRIn();
}

Запускаем скетч, заливаем в Arduino. Как ни странно после запуска одна команда проходит, после чего все последующие устройством игнорируются. Чтобы не связываться с отладкой добавляем в цикл мигалку на 13 пине и видим что после первой попытки отправить команду плата зависает. Что же, значит не всё так гладко в одновременном использовании передачи и приёма ИК сигнала в одном проекте. Немного покопавшись в используемых таймерах выясняется что так как и отправка и приём использует общий таймер то после начала отправки код должен подождать пока отправка не закончится. Можно эмпирически добавить задержку в пол секунды (delay(500) )и всё будет работать, но зная что сырые данные у нас представляют собой отсчёты времени в миллисекундах то можно просто добавить функцию отправки с задержкой. В модуле Irsend есть даже подходящая функция custom_delay_usec, которой я изначально воспользовался неправильно, забыв домножить величину задержки на множитель USECPERTICK из библиотеки (50 мс).

void sendDelayed(unsigned int array[]){
  irsend.sendRaw(array, sizeof(array) / sizeof(array[0]), khz);
    int array_size = sizeof(array) / sizeof(array[0]);
    for(int i=0;i<array_size;i++){
      // Using usec, so multiply raw to usec
      irsend.custom_delay_usec(array[i]*USECPERTICK);
    }
}

Такой код отлично работает, в switch теперь достаточно вписать нужное число case для кнопок и всё будет работать. Но не тут то было. Коды rawData записываются в виде массива int а у нас платформа на микроконтроллере. Память для переменных будет съедена уже пятью командами длиной по 100 элементов. А ведь на пультах бывает и по 25 кнопок.
Проблемы нет если не пользоваться сырым представлением данных, для этого в библиотеке есть возможность слать команды известными протоколами, например для пультов совместимых с Sony это sendSony. В библиотеке уже реализованы пульты известных производителей, но с ходу разобраться с моим пультом у меня не получилось. Поэтому переходим к более примитивным способам экономии памяти которые помогут тем у кого пульты совсем уж нестандартные.
Первое что приходит в голову это задавать rawData не в виде int, а перейти на байт. Все значения в этом массиве это результат чтения ИК сигнала таймером с периодом 50 миллисекунд, а так как эти данные кратны 50, то разделив их на 50 мы ничего не потеряем. Верхний предел будет ограничен значением 50*255=12750, а это 12 секунд, чего будет достаточно даже для декодирования неспешной азбуки Морзе — если такая необходимость возникнет.
В библиотеку был добавлен метод принимающий на вход байты, что сократило потребления памяти вдвое

IRsend::sendRaw (byte buf[],  unsigned int len,  unsigned int hz)

Только вот памяти под переменные у Arduino всего два килобайта а это максимом 40 команд по 50 байтов. Нам необходимо больше памяти. И эту память мы извлечём из сегмента команд. Достаточно зарезервировать один массив достаточного размера и набивать его перед отправкой чередой присваиваний. Итого из кодового сегмента на одну команду будет тратиться около 100 байт, но ведь и места для кода у нас не меньше десяти килобайт. Так что на средний пульт со ста кнопками нам уже хватит.
Дабы не набивать руками присваивания в библиотеку был добавлен пример IRrecvDumpRawByte который выводит сырые данные не только в форме байтов но и в виде блока присваиваний

Пример уже написанного скетча который позволяет управлять Samsung DVD HR-755 при помощи пульта Daewoo R40A01 находится в примерах под именем DaewooR40A01toDVDHR755Transcoder. Pull request на добавление примеров в общую ветку пока никто не принял поэтому скачать модифицированную библиотеку можно с форка .

Много фото с переделанным рекордером

Под катом находятся фотографии интеграции Arduino Nano внутрь этого DVD рекордера, Arduino Mini конечно занимает ощутимо меньше места, но под рукой была только Nano. Питание я взял с панели управления. Сигнал со встроенного приёмника был подключен к Arduino а параллельно ему был напаян ещё один ИК приёмник, расположенный с противоположной стороны от первого. Тем же навесным монтажом на него был напаян ИК светодиод. В принципе этого повторения можно было бы избежать — но сигнал с ИК приёмника инвертирован — поэтому напрямую завести ТТЛ сигнал на устройство не получится — а городить инвертор на логике или транзисторе я уже не стал.

Несмотря на то, что в моём случае сырые данные отлично работали, эксперименты с остальным домашним оборудованием показали что далеко не все захваченные сигналы корректно работали при попытке управления конкретным устройством. Команда включения кондиционера так и не заработала, хотя если он был уже включён смена режимов работала корректно. Колонка от LG тоже отказалась воспринимать сырые команды, но отлично реагировала на отправку кодов через sendSamsung. При этом пять собранных по знакомых телевизора отлично реагировали на сырые данные. Вариант с разной частотой сигнала я опробовал — это никак не помогло. Возможно проблема лежит в частоте дискретизации сигнала в 50 мс. Судя по работоспособности команд формата Samsung на технике LG, протокол стоит формализовать в виде отдельного модуль по аналогии с ir_LG.cpp ir_JVC.cpp ir_Dish.cpp, подобрав для конкретного устройства заголовок и параметры кодирования нулей и единиц. Наверное разбор написания такого протокола послужит неплохой темой для статьи.

Ну и в дополнение, вторая большая ИК библиотека для Arduino это IRLib. Она обладает схожим функционалом, в ней есть даже готовый модуль для разбора ИК протоколов для десктопа. Был проведён быстрый сравнительный тест чтения сырых данных который не выявил разницы в отсчётах по сравнению с IRemote. Из плюсов, в IRLib уже есть пример определения на какой частоте работает ИК передатчик. Пример Samsung36 фактически реализует разбор протокола по данным из сети интернет. Кроме того, документация отлично расписывает подключение ИК приёмников с каскадированием и много чего ещё. Хотя на мой взгляд, IRemote гораздо проще в понимании и использовании.

Автор: shadwork

Источник