程序员为女友DIY一款红外线遥控器，感动哭了

智能物联研习社 | 2021-01-09 19:16:24 阅读：1790

身为一位资深电子发烧友，他经常自己动手将家中传统电器改造成智能电器。此次，该同学基于涂鸦 IoT 开发工具，使用涂鸦 WBR1D 云模组、红外遥控器外壳等器材，借助涂鸦智能红外遥控开源硬件开发资料，将家中空调改造成智能空调，可通过手机 App 轻松控制。

以下内容为涂鸦开发者“李勇”创作，经其授权编辑发布：

参加此次涂鸦智能&立创EDA实战训练营，要求做物联网相关项目，使用涂鸦的云模组。一提到云，我最先想到的是智能家居，自己平时工作之余，也做了不少与物联网相关的项目，做的大大小小的项目不少，家里电器差不多都自己动手改造成智能的。

正好最近有做红外遥控空调的想法。冬天来了，早上起床太早都不敢掀被子（太冷），一直想改造成智能的，用手机控制，支持定时开启/关闭，智能场景联动。加上工作原因，有涂鸦智能的云开发需求，所以参加此次训练营。

功能设计

要实现空调控制，就是要发送红外信号，所以要有红外发送功能。市面上空调种类繁多，肯定要适用多种品牌和机型，所以要有红外学习功能。要支持场景联动，就要有环境感知传感器。要支持手机控制，就要有云端和模组。

综上，设计功能有：

1、红外发送（红外****管）；

2、红外学习（一体化接收头）；

3、室内温度检测（DHT11）；

4、手机控制（通过涂鸦云模组实现）。

成品效果

在实际场景中，空调的安装位置一般都不固定，所以，红外控制器不能近距离控制。参考其他大品牌红外控制器设计，采用壁挂式设计，可以挂在天花板或墙壁上。

控制板全部用立创EDA绘制，自己手工贴片，涂鸦云模组上面的文字是被清洗剂洗掉了，操作时大意了。

使用的公模外壳，安装效果如下。

硬件设计

1.电源

电源部分采用Micro USB接口，直接提供5V电源，经过内部分压得到3.3V电压，为MCU、涂鸦云模组和外围电路供电。降压采用TI的TLV62569DBVR电源芯片，外围器件少，功率大，纹波小。

2.云模组

采用涂鸦智能提供的WBR1D-IPEX云模组，WBR1D是双频双模模组，支持WI-FI和蓝牙，采用MCU接入方案，通过串口与MCU连接。

3.MCU

MCU采用ST的STM32F103C8T6，64K的Flash。

4.红外****

红外****采用红外管，因为是壁挂式安装方式，所以对控制范围有要求，本设计中采用8颗红外****管并联，每科管子由一颗大功率三极管驱动，所有三极管由一个控制端驱动。以提高****功率，提高****功率后，红外控制范围会明显扩大。（多颗红外管最好并联控制，不要为画PCB方便或者节省器件而选择串联，串联的管子都不会正常工作，****功率会大幅度下降。）

5.红外接收

红外接收比较简单，直接采用一体化接收头。

6.附加电路

按键

按键用于配网使用，但是在实际调试时，模组会自动配网，所以按键改为清除红外预存的数据。

LED

LED用于指示配网状态和进入红外学习模式，以及故障闪烁。

DHT11

DHT11用于检测室内温湿度，在本设计中，红外遥控器作为单品使用，DHT11可以向云端上报室内温度、湿度，可实现智能场景联动。

7.PCB设计

PCB设计时，因为是壁挂式，所以选了一个公模外壳。在设计时器件布局和PCB外形要符合外壳尺寸。

外壳：

PCB：初版PCB有几个错误，按键位置与LED位置反了，丝印错误，已经更新。

软件设计

1.红外接收实现

红外接收比较简单，如果是易于解析的NEC格式编码，直接用定时器捕获外部输入电平时间长度即可，对于不易解析的编码（厂家自定义的编码）采用外部中断和定时器方式测电平时间长度。对于NEC格式编码，按照NEC编码格式的规范，先判断低电平时间，通过长度区分起始码、数据码和结束码。网上例程比较多，这里就不赘述了，要注意的是：有的厂家空调虽然是NEC编码，但是他们的编码中高低电平长度一般都不同，所以在中断中判断电平长度时，要注意设置范围。

2.红外****实现

红外****是红外管完成，注意：红外管不****红外在接收端输出1，****红外在接收端输出是0，这里要注意区分。

实现方式用定时器输出一个38K的方波，控制方波输出的时间长度即可实现发送不同的数据和编码。本项目采用两个定时器来实现发送红外，TIM1输出38K载波，TIM3定时，由TIM3计时，控制TIM1输出/关闭PWM，这样可以实现任意时间长度发送。但是这样比较耗费MCU资源，对于STM32来说，影响不大，对于小型MCU就要考虑资源了。

下面是实现红外发送的关键代码：

发送一组完整红外编码Inf_RX_NECcoding（）

void Inf_RX_NECcoding(uint8_t *pbuff,uint8_t Length,uint8_t quantity){    uint8_t i;
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);  //开输出
    TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);  //开定时器
    TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);    
  while(Inf_RX_StartCode()); //起始码
    
    if(Length>InfraredDataLength)  //数据有效长度限制
        Length = InfraredDataLength;  
    
    for(i=0;i<Length;i++)    //发送数据
      Inf_RX_Data(pbuff[i],Right); 
    
    while(Inf_RX_Stop());  //结束码
    
    while(Inf_RX_Interval()); //间隔码
    
    while(Inf_RX_StartCode());  
    
    if(Length>InfraredDataLength)
        Length = InfraredDataLength; 
    
    for(i=0;i<Length;i++)
      Inf_RX_Data(pbuff[i],Right); 
    
    while(Inf_RX_Stop());  
    
    for(i=0;i<quantity;i++)  //重复发送
    while(Inf_SendRepeatedly());
    
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,DISABLE);  //关输出    
    TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);  //关定时器
    TIM_Cmd(TIM1,DISABLE);
}

数据发送（1个8位）

uint8_t Inf_RX_StartCode(void)
{    if(!retemp)
    {
        retemp=1;
        TimerOclk=0;
        TIM_SetCompare1(TIM1,1100); //设置占空比为50%         
    }    if(TimerOclk==441) //低电平时间到
        TIM_SetCompare1(TIM1,0); //设置占空比为0
    if(TimerOclk==881) //高电平时间到
    {
        retemp=0;
        TimerOclk=0; 
    }    return retemp; //状态返回   }

3.红外学习功能

本项目中只实现NEC编码红外学习，当按下手机端空间时，如果没有指令，会自动进入学习状态，等待发送红外指令。红外指令接收到以后，会自动保存。

4.云功能实现

因为使用涂鸦的MCU接入方案，云端只做功能和APP界面的配置，并下载MCU的SDK，将SDK移植到代码中即可

云端功能配置：

APP界面配置：

5.防跑飞

在实际测试过程中遇到了，设备掉线和控制无反应问题，起初以为是网络问题，更换网络以后，问题依旧存在。

拆下板子发现整个PCB发烫，测量MCU供电只有接近2V左右，照理说可以正常工作。拔掉电源，重插，MCU供电恢复。

等待问题再次出现时，测得红外管驱动三极管控制端一直是低电平，问题发现了：8颗红外****管的****功率比较大，在关闭输出时可能是被中断打断，导致关断不成功，红外管一直处于发送状态，时间一长，8颗红外管总电流增大，提供给MCU的电流减小，出现假死现象。

为了解决这个问题，增加了三道防线，一是每次发送完成后将输出和定时器一起关闭，这样可以减少中断冲突的机率。二是增加STM32内部测温，一旦检测到温度超过允许值，再关定时器和PWM输出1次，如果超过警报值，直接复位MCU。三是增加看门狗，定时喂狗，防止假死和程序跑飞。

加上这三道防线后，实测问题不再发生。

关键点分析

1.MCU_SDK 移植

涂鸦提供配套的MCU SDK，具体使用方式涂鸦也提供很多的文档，b站也有很多案例。我们只需要移植到MCU中即可，通过串口通讯，实现MCU接入。注意接涂鸦模组串口的波特率，一般默认是9600，也可以修改为115200，具体在云端控制台的硬件开发->模组固件中修改。在移植时有以下几个地方要注意：

**mcu_api.c**

1）串口接收函数uart_receive_input()，要用中断法接收，防止数据丢包

涂鸦提供串口数据接收缓存和数据处理方法，我们不需要再单独去做处理，只需要在串口接收中断里面调用uart_receive_input()函数即可。

//USART2中断服务函数void USART2_IRQHandler(void)                {
  uint8_t value ;  if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
    {   value = USART_ReceiveData(USART2);   //读取接收数据        
     uart_receive_input(value); //数据存入涂鸦缓冲器
    }       
}

2）数据轮询函数wifi_uart_service()，要轮询这个函数，不然模组下发的数据MCU接收不到。放在主循环里面就行。

while (1)
{       
    wifi_uart_service(); //轮询涂鸦数据
    /*
      用户其他函数
    */}

3）协议初始化函数wifi_protocol_init()，这是为涂鸦串口数据提供一个缓存空间，在初始化中调用，初始化后不需要再调用。

int main(void){   
    wifi_protocol_init(); //涂鸦模组协议初始化
    /*
      用户其他初始化函数
    */
    while(1)
    {
       wifi_uart_service(); //轮询涂鸦数据
    /*
      用户其他函数
    */          
    }
}

**protocl.c**

1）串口发送函数uart_transmit_output()，用调用法发送，也可以用中断。

涂鸦提供串口发送数据处理方法，我们也不需要再单独去做处理，只需要将串口发送语句放在uart_transmit_output()函数里即可。

void uart_transmit_output(unsigned char value){ 
  while((USART2->SR &(1<<7))==0);  
    USART2->DR = value;
}

2）所有数据上报函数all_data_update()

我们要在all_data_update函数中实现设备数据的传入，涂鸦模组或向MCU申请返回设备全部数据，设备数据通过all_data_update函数发送，所以要把设备的数据项传入到对应的函数中。注意：这个函数根据自己云端定义的功能对应，不能直接添加。

void all_data_update(void)
{   
    //此代码为平台自动生成，请按照实际数据修改每个可下发可上报函数和只上报函数  
    mcu_dp_bool_update(DPID_SWITCH,AirControlStructure.AirPowerControl); //BOOL型数据上报; //当前开关
    mcu_dp_value_update(DPID_TEMP_SET,AirControlStructure.AirRunTemper); //VALUE型数据上报;  //当前温度设置    //    mcu_dp_value_update(DPID_TEMP_CURRENT,AirControlStructure.AirRunTemper); //VALUE型数据上报;  //当前当前温度  
    mcu_dp_enum_update(DPID_MODE,AirControlStructure.AirRunMode); //枚举型数据上报; //当前工作模式   
    mcu_dp_enum_update(DPID_FAN_SPEED_ENUM,AirControlStructure.AirRunFan); //枚举型数据上报; //当前风速    //    mcu_dp_enum_update(DPID_STATUS,AirControlStructure.AirRunFlag); //枚举型数据上报;  //当前状态    
    mcu_dp_bool_update(DPID_AUTO,AirControlStructure.AirForceful); //BOOL型数据上报; //当前自动模式    
    mcu_dp_bool_update(DPID_HEAT,AirControlStructure.AirHeat); //BOOL型数据上报;  //当前辅热  }

3）单个数据下发处理函数，在protocl.c中涂鸦定义了与功能对应的处理函数，我们要在对应函数中实现控制代码。示例

static unsigned char dp_download_switch_handle(const unsigned char value[], unsigned short length)    //开关{    //示例:当前DP类型为BOOL
    unsigned char ret;    //0:关/1:开
    unsigned char switch_1;
    
    switch_1 = mcu_get_dp_download_bool(value,length);    if(switch_1 == 0) {
        AirControlStructure.AirPowerControl=OFF;//关
        AirControlStructure.AirHeat = OFF;       //辅热关
        AirControlStructure.AirForceful = OFF;   //强劲关
    }else {
        AirControlStructure.AirPowerControl=ON; //开         
    }       
    AirControlInfRX(); //发送红外代码
  
    //处理完DP数据后应有反馈
    ret = mcu_dp_bool_update(DPID_SWITCH,switch_1);    if(ret == SUCCESS)        return SUCCESS;    else
        return ERROR;
}

其实MCU接入方案，就是串口通讯。涂鸦提供有SDK，在云端定义好功能，配置好固件和APP面板，下载SDK包，移植到MCU代码中就可以用，不要单独做函数设置配网，上云等繁琐的工序。这对产品研发者来讲，不管是测试，还是研发，都是非常友好的。

2.空调控制

以上工作完成后，重点来了，代码写得再漂亮，电路设计再完美，控制不了空调都等于0。大家都知道空调是红外遥控控制，所以本项目就是****空调遥控器****的红外编码，代替遥控器控制空调。这里的难点在于如何获得空调的红外编码，目前市面上销售的空调，红外编码都是厂家自定义的。售后或者说明书里面也不会提供具体的编码协议，所以只能自己去解析。下面简述解析过程，解析篇幅较多，详细内容请移步“阅读原文”。

首先要获得红外的编码，我的方式是用逻辑分析仪和红外接收头，按遥控器的一个键，查看分析仪捕获的波形，通过波形解析出数据，这个过程不难，但是很繁琐。

以开机为例，按下开机键，遥控器发送一组红外编码，逻辑分析仪捕获到波形，如图

重复按下开机键，每次分析仪捕获的波形都相同，将波形放大后打印，如图：

这就是完整的一组红外波形，我只要发送与这组波形一样的编码即可控制空调开机。但是现在只是知道了电平变换时间，具体变换的时间长度代表什么还不知道。但是通过这组完整的波形可以看出，它是符合NEC编码格式（不了解NEC红外编码格式的，请先查查相关资料），只是电平变换时间长度略有不同而已，所以先尝试用NEC编码接收程序试一下。通过NEC编码红外接收程序测试，发现能够接收到数据：