ESP32实现红外遥控 发射与接收
文章目录
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- 一，原理
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- 1.1 概括
- 1.2，时钟
- 1.3，认识 item
- 1.4，发射/接收器
- 1.5 电路原理图
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- 1.5.1，发射电路
- 1.5.2 ，接收电路
- 二，红外发射
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- 2.1 整体的思路
- 2.2 发射器初始化
- 2.3 构建并发射item
- 三，红外接收
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- 3.1 思路
- 3.2 接收器初始化
- 3.3 接收获取item
- 四，item的构建与解析
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- 4.1 item的构建
- 4.2 item解析
- 五，进阶---万能遥控
对万能遥控有兴趣的同学可以参考：esp32实现万能红外遥控器 基于开源红外码库IREXT，推荐看完本文再去看万能遥控，实现效果：
esp32实现语音万能遥控
一，原理
1.1 概括
esp32系列芯片集成了红外发送与接收控制器，可用于多种类型的红外通信。esp32一共有8个通道，每个通道都可以独立的进行发射和接收，一个通道不能同时进行发射和接收。
发射红外时，从内部特定地址的RAM中读取红外编码数据，并对这些数据进行38khz的载波调制；接收时，将接收的电平和电平时间经过转换后存放于该RAM。
1.2，时钟
每个通道独立配置时钟，时钟源有两个，APB = 80MHZ,REF_TICK 。官方建议使用APB时钟源。
时钟可由8位的DIVIDER进行预分频，将分频后的信号作为发射/接收计数器的时钟源。接下来的例程中我将分频系数设置为100，计数器的时钟频率为tick = 0.8MHZ，也就是1.25us。APB时钟还作为载波的时钟源，用于发射红外时需要用到的载波信号，如38Khz的典型红外载波。
1.3，认识 item
item是esp32红外中用于描述一个脉冲信号的概念，一个item包含：电平以及电平时间信息
存放红外数据的RAM分为8个block，默认一个通道对应一个block，一个block的大小是64×32bit，一个32bit的RAM就是一个item，所以一个block最多存放64个item，也就是64个脉冲信号。
item在内存中的情况如下图，level记录电平的高低，period记录电平的时间（period内存放的是计数器计数的数值，还需要经过换算才能得到真实的时间）。所以用一个item可以表示一个周期的信号。如果将多个item连起来，就是一帧的数据。
计算公式：真实时间=period*divider/80M;
在rmt_struct.h中定义的结构体rmt_item32_t，就是指向以上说的item。
typedef struct {
union {
struct {
uint32_t duration0 :15;
uint32_t level0 :1;
uint32_t duration1 :15;
uint32_t level1 :1;
};
uint32_t val;
};
} rmt_item32_t;
1.4，发射/接收器
1,发射器从内部的RAM中读取数据。每次读取32位数据，高位地址先发射，低位地址后发射。
2,当接收器使能时，输入gpio检查到电平变化时，开始计数，当又一次检查到电平变化时，将上次电平的高低和持续时间写入RAM中，以此持续检测，直到发射器接收的电平变化时间大于设置的退出检测时间，接收器才会停止接收。
3,通过设置RMT_IDLE_THRES_CH寄存器设置退出检测时间，该寄存器的计数频率与接收计数器频率相同，tick = 100/80M=1.25us;
4,接收器还支持简单的滤波，滤波器可以帮助我们滤除一些持续时间过短的信号，比如一个几us的噪声，通过设置RMT_RX_FILTER_THRES_CH寄存器来设置滤除的噪声信号的时间宽度。注意RMT_RX_FILTER_THRES_CH寄存器的时钟源是APB时钟。所以时间宽度：fliter = RMT_RX_FILTER_THRES_CH*0.0125us;
1.5 电路原理图
1.5.1，发射电路
在1.3节的时钟中，信号输出口sig_out连接到下图三极管的基极，从而控制三极管的导通，间接控制红外发光管的亮灭，当输出38khz的载波时，LED就会以38khz的频率闪烁。
1.5.2 ，接收电路
一般的接收管是一个集成的元器件，具备光信号到电信号的转换，信号放大，解码等功能。当二极管接收到红外线时导通，光信号转为电信号，再经过放大电路，最后解码，解码的作用是滤除非38khz的信号，当接收的信号是38khz时，OUT脚输出低电平。
二，红外发射
2.1 整体的思路
初始化外设，填充item的数据。然后调用以下函数将item中的内容写入RAM，发射。这个过程中填充item数据是灵活多样的，根据你要发射的数据不同，有不同的填充方法。本文就先介绍使用格力红外编码去填充，参考：
该函数将变量item中的数据写入特定的RAM中。
esp_err_t rmt_write_items(rmt_channel_t channel, const rmt_item32_t* rmt_item, int item_num, bool wait_tx_done);
该函数使能发射控制器，将对应通道的RAM中的数据发射出去，该操作会使任务进入阻塞。
esp_err_t rmt_wait_tx_done(rmt_channel_t channel, TickType_t wait_time);
2.2 发射器初始化
/*
* @brief RMT transmitter initialization
*/
static void nec_tx_init()
{
rmt_config_t rmt_tx;
rmt_tx.channel = tx_channel;
rmt_tx.gpio_num = RMT_TX_GPIO_NUM;
rmt_tx.mem_block_num = 2; //由于格力红外有70个item，使用2个块，64×2=128个item
rmt_tx.clk_div = RMT_CLK_DIV;
rmt_tx.tx_config.loop_en = false; //关闭循环发射，只发射一次
rmt_tx.tx_config.carrier_duty_percent = 50; //载波占空比为50
rmt_tx.tx_config.carrier_freq_hz = 38000; //载波频率38khz 红外
rmt_tx.tx_config.carrier_level = 1; //载波高电平
rmt_tx.tx_config.carrier_en = RMT_TX_CARRIER_EN; //使能载波
rmt_tx.tx_config.idle_level = 0; //空闲状态低电平
rmt_tx.tx_config.idle_output_en = true; //输出使能
rmt_tx.rmt_mode = RMT_MODE_TX; //发射模式
ESP_LOGI(TAG, "[ 1.1 ] config rmt");
rmt_config(&rmt_tx);
ESP_LOGI(TAG, "[ 1.2 ] install rmt driver");
//安装红外发射通道 无需ringbuff
rmt_driver_install(rmt_tx.channel, 0, 0);
}
2.3 构建并发射item
rmt_item32_t *item; //发射item
size_t size = 0;
int item_num = 0;
item_num = NEC_DATA_ITEM_NUM; //此处为70
size = (sizeof(rmt_item32_t) * item_num); //计算70个item所需的字节空间
item = (rmt_item32_t *)malloc(size); //记得free
memset((void *)item, 0, size);
nec_build_items(item, item_num, ir_msg->data0, ir_msg->data1); //根据要发射的数据，填充item
rmt_write_items(tx_channel, item, item_num, true); //将item写入通道对应的RAM并进入阻塞
rmt_wait_tx_done(tx_channel, portMAX_DELAY); //等待发送完成 进入阻塞
free(item);
nec_build_items();就是填充item的代码，在本例子中，实现的是填充格力红外编码，具体代码在文末提供。
三，红外接收
3.1 思路
如果你理解了发射的部分，那么接收就更加容易了。你可能猜想如果发射是构建item，那么接收就应该是获得item。恭喜你，老伙计，你答对了！这里我假设需要接收格力红外。
接收器会自动把某个通道接收到的数据写入对应的RAM中，并封装成item，再放入指定的ringbuff中，我们的程序只要拿到对应通道的ringbuff，就能从ringbuff中读取出脉冲序列。
关于啥是ringbuff，ringbuff就是一个缓存区buff。废话。详细可以看看 ringbuff简单实现
关于接收的几个重要函数：
获取指定通道的ringbuff
rmt_get_ringbuf_handle(rx_channel, &rb); //获取红外接收器对应通道的ringbuff
从ringbuff读取items 会进入阻塞 直到ringbuff中有新的数据（也就是接收到信号）
rmt_item32_t* item = (rmt_item32_t*) xRingbufferReceive(rb, &rx_size, portMAX_DELAY);
使用完ringbuff和item后要释放内存
vRingbufferReturnItem(rb, (void*) item);
开启或关闭接收通道，停止后ringbuff中不再有新的数据
rmt_rx_stop(rx_channel);
rmt_rx_start(rx_channel);
3.2 接收器初始化
/*
* @brief RMT receiver initialization
*/
static void nec_rx_init()
{
rmt_config_t rmt_rx;
rmt_rx.channel = rx_channel;
rmt_rx.gpio_num = RMT_RX_GPIO_NUM;
rmt_rx.clk_div = RMT_CLK_DIV; //分频系数 100
rmt_rx.mem_block_num = 2;
rmt_rx.rmt_mode = RMT_MODE_RX;
rmt_rx.rx_config.filter_en = true; //开启滤波器
rmt_rx.rx_config.filter_ticks_thresh = 100; //滤波信号宽度100*80M=12.5us
rmt_rx.rx_config.idle_threshold = rmt_item32_tIMEOUT_US / 10 * (RMT_TICK_10_US); //退出接收时间：21000us后接收不到信号变化，退出接收
rmt_config(&rmt_rx);
ESP_LOGI(TAG,"rmt rx config");
//安装红外接收通道，rinbuff大小1000字节
rmt_driver_install(rmt_rx.channel, 1000, 0);
ESP_LOGI(TAG,"rx driver initialization ok");
}
3.3 接收获取item
接收代码就更加的简单了，只要调用这三个函数就够了。item的解析与对上文item的构建一样是最重要的，这里以格力红外为例，不同情况下有不同的解析代码。
rmt_rx_start(rx_channel);
rmt_item32_t* item = (rmt_item32_t*) xRingbufferReceive(rb, &rx_size, portMAX_DELAY);
rmt_rx_stop(rx_channel);
四，item的构建与解析
红外编码的构建：
4.1 item的构建
该步骤的目标，是构建item集合，因为item对应的就是RAM中的32位的数据。根据具体的红外协议的要求，将电平，逻辑0，1的电平时间长度等写入item，并根据协议的长度设置item的数量。
例如，格力红外协议组成：
起始码（S）+35位数据码+连接码（C）+32位数据码
1、各种编码的电平宽度：
数据码由“0”“1”起始码、连接码组成：
0的电平宽度为：600us低电平+600us高电平，
1的电平宽度为：600us低电平+1600us高电平
起始码S电平宽度为：9000us低电平+4500us高电平
连接码C电平宽度为：600us低电平+20000us高电平
例如item构建函数：构建70个item，item的内容由使用的协议决定。
/*
* @brief Build NEC 32bit waveform.
*/
static void nec_build_items( rmt_item32_t* item, int item_num, uint64_t ir_data0,uint32_t ir_data1)
{
int j = 0;
nec_fill_item_header(item++); //构建起始信号
//35位数据码
for(j = 0; j < 35; j++) {
if(ir_data0 & 0x1) {
//ESP_LOGI(TAG, "item =1");
nec_fill_item_bit_one(item);
} else {
//ESP_LOGI(TAG, "item =0");
nec_fill_item_bit_zero(item);
}
item++;
ir_data0 >>= 1;
}
//连接信号
nec_fill_item_connect(item);
item++;
//32位数据码
for(j = 0; j < 32; j++) {
if(ir_data1 & 0x1) {
//ESP_LOGI(TAG, "item =1");
nec_fill_item_bit_one(item);
} else {
//ESP_LOGI(TAG, "item =0");
nec_fill_item_bit_zero(item);
}
item++;
ir_data1 >>= 1;
}
nec_fill_item_end(item);
}
/*
* @brief 填充item的电平和电平时间 需要将时间转换成计数器的计数值 /10*RMT_TICK_10_US
*/
static inline void nec_fill_item_level(rmt_item32_t* item, int high_us, int low_us)
{
item->level0 = 1;
item->duration0 = (high_us) / 10 * RMT_TICK_10_US;
item->level1 = 0;
item->duration1 = (low_us) / 10 * RMT_TICK_10_US;
}
/*
* @brief Generate NEC header value: active 9ms + negative 4.5ms
*/
static void nec_fill_item_header(rmt_item32_t* item)
{
nec_fill_item_level(item, NEC_HEADER_HIGH_US, NEC_HEADER_LOW_US);
}
/*
* @brief
*/
static void nec_fill_item_connect(rmt_item32_t* item)
{
nec_fill_item_level(item, NEC_CONNECT_HIGH_US, NEC_CONNECT_LOW_US);
}
/*
* @brief Generate NEC data bit 1: positive 0.56ms + negative 1.69ms
*/
static void nec_fill_item_bit_one(rmt_item32_t* item)
{
nec_fill_item_level(item, NEC_BIT_ONE_HIGH_US, NEC_BIT_ONE_LOW_US);
}
/*
* @brief Generate NEC data bit 0: positive 0.56ms + negative 0.56ms
*/
static void nec_fill_item_bit_zero(rmt_item32_t* item)
{
nec_fill_item_level(item, NEC_BIT_ZERO_HIGH_US, NEC_BIT_ZERO_LOW_US);
}
/*
* @brief Generate NEC end signal: positive 0.56ms
*/
static void nec_fill_item_end(rmt_item32_t* item)
{
nec_fill_item_level(item, NEC_BIT_END, 0x7fff);
}
4.2 item解析
红外编码的解析是构建的逆过程。首先了解红外接收器的工作原理：
在初始化时我们就开启了中断，红外模块的中断寄存器就只有三个，如下。在初始化过程中开启了发送和接收完成中断，在接收完成中断服务函数中，将RAM中接收到的数据写入ringbuff，所以我们需要在只需要从ringbuff中就能读取RAM中接收的数据，此部分代码如下：
接收中断：
RMT.conf_ch[channel].conf1.rx_en = 0;
int item_len = rmt_get_mem_len(channel);
//change memory owner to protect data.
RMT.conf_ch[channel].conf1.mem_owner = RMT_MEM_OWNER_TX;
if(p_rmt->rx_buf) {
//将RAM中数据写入ringbuff
BaseType_t res = xRingbufferSendFromISR(p_rmt->rx_buf, (void*) RMTMEM.chan[channel].data32, item_len * 4, &HPTaskAwoken);
if(res == pdFALSE) {
ESP_EARLY_LOGE(RMT_TAG, "RMT RX BUFFER FULL");
} else {
}
} else {
ESP_EARLY_LOGE(RMT_TAG, "RMT RX BUFFER ERROR\n");
}
RMT.conf_ch[channel].conf1.mem_wr_rst = 1;
RMT.conf_ch[channel].conf1.mem_owner = RMT_MEM_OWNER_RX;
RMT.conf_ch[channel].conf1.rx_en = 1;
break;
在接收完成后解析items：
/*
* 解析从item中的信息
*/
static int nec_parse_items(rmt_item32_t* item, int item_num, uint64_t* data0, uint32_t* data1)
{
int i;
uint64_t temp0 = 0;
uint32_t temp1 = 0;
//接收的数据长度不小于一次传输的长度
if(item_num < NEC_DATA_ITEM_NUM)
{
return -1;
}
//检查起始位
if(!nec_header_if(item))
{
return -2;
}
item++;
//检查数据位
for(i = 0; i < 35; i++)
{
ESP_LOGI(IR_TAG, "item data0 %u, %u, %u, %u", NEC_ITEM_DURATION(item->level0), NEC_ITEM_DURATION(item->duration0), NEC_ITEM_DURATION(item->level1), NEC_ITEM_DURATION(item->duration1));
if(nec_bit_one_if(item))
{
temp0 |= (1<<i);
}else if(nec_bit_zero_if(item))
{
temp0 &= (0<<i);
}else
{
ESP_LOGI(IR_TAG, "item i= %d", i);
return -3;
}
item++;
}
//检查连接段信号
if(nec_bit_connect_if(item))
{
return -4;
}
item ++;
//检查第二段信号
for(i = 0; i < 35; i++)
{
ESP_LOGI(IR_TAG, "item data1 %u, %u, %u, %u", NEC_ITEM_DURATION(item->level0), NEC_ITEM_DURATION(item->duration0), NEC_ITEM_DURATION(item->level1), NEC_ITEM_DURATION(item->duration1));
if(nec_bit_one_if(item))
{
temp1 |= (1<<i);
}else if(nec_bit_zero_if(item))
{
temp1 &= (0<<i);
}else
{
ESP_LOGI(IR_TAG, "item i= %d", i);
return -5;
}
item++;
}
*data0 = temp0;
*data1 = temp1;
return 0;
}
五，进阶—万能遥控
esp32 的rmt外设不仅可以用来处理红外，他可以广泛用于电平信号的接收与产生，他的分辨率可以达到微秒级别，使用rmt可以与其他的模块进行通信等。总之rmt的功能还是非常的强大的。
如果打算实现万能遥控的功能，可用参考我的博客：esp32实现万能红外遥控器，这篇博客是在本文的基础上增加了一个开源红外码库的使用
格力红外编码
YB0F2协议：http://bbs.eeworld.com.cn/thread-462015-1-1.html
esp32技术参考手册
由于作者才疏学浅，难免有错误，欢迎指正~
