零知开源——STM32红外通信YS-IRTM红外编解码器集成灯控与显示系统

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目录

一、硬件设计部分

1.1 硬件清单

1.2 接线方案

1.3 具体连接图

1.4 实物接线图

二、软件代码详解

2.1 发送端代码（YS-IRTM）

1.软串口发送编码字节

2.读取NEC编码

2.2 接收端代码（IR Receiver）

1.初始化定义

2.红外接收数据处理

2.3 红外编码处理流程

三、系统演示效果

3.1 性能测试

3.2 视频演示

四、NEC红外协议

4.1 NEC编码方式

4.2 数据帧结构

4.3 扩展NEC协议

五、常见问题解答

Q1: 如何提高红外通信的距离和稳定性？

Q2: 遇到解码错误或信号干扰怎么办？

---

（1）项目概述

        本项目基于零知开发板系列（标准板和增强板）构建了一个完整的红外通信控制系统，实现了通过红外信号远程控制LED灯状态并在显示屏上实时显示控制信息的功能。发送端使用零知增强板通过YS-IRTM红外编解码模块发送编码后的红外信号。接收端使用零知标准板接收红外信号，解析后控制LED灯开关并在240×240分辨率的ST7789屏幕上显示接收信息。

红外通信模块

        >YS-IRTM红外编解码模块：集成了红外发射和接收功能，支持多种红外协议，可通过串口进行控制

        >IR Receiver红外接收器：常用的红外接收头，能够接收和解码38kHz载波的红外信号

（2）项目难点及解决方案

       问题描述：原始红外编码（如0XFF6897）与YS-IRTM模块所需的编码格式（如A1 F1 00 FF 16）之间存在显著差异，需要建立准确的映射关系。

解决方案：通过实验测试确定两种编码格式之间的对应关系，创建映射表并在发送端实现格式转换功能。

一、硬件设计部分

1.1 硬件清单

组件	型号/规格	数量
零知标准板	STM32F103RBT6	1
零知增强板	STM32F407VET6	1
YS-IRTM红外编解码模块	支持串口控制	1
IR Receiver红外接收器	38kHz	1
ST7789显示屏	240×240分辨率	1
LED灯	5mm	1

1.2 接线方案

发送端（零知增强板+YS-IRTM）

零知增强板引脚	YS-IRTM模块引脚	功能
3.3V	VCC	电源
GND	GND	地线
10	TX	数据接收
9	RX	数据发送

接收端（零知标准板）

零知标准板引脚	外设	功能
3.3V	IR Receiver VCC	电源
GND	IR Receiver GND	地线
6	IR Receiver OUT	数据输出
2	LED阳极	LED控制
10	ST7789 CS	片选
9	ST7789 DC	数据/命令
8	ST7789 RST	复位
7	ST7789 BL	背光控制
11	ST7789 SDA	数据输入
13	ST7789 SCL	时钟

1.3 具体连接图

（1）发送端接线

​

        将零知增强板上的11引脚用作软串口的TX、10引脚用作软串口的RX控制YS-IRTM红外编解码器收发数据

（2）接收端接线

​

1.4 实物接线图

​

二、软件代码详解

2.1 发送端代码（YS-IRTM）

1.软串口发送编码字节

#include <SoftwareSerial.h>// 软串口引脚定义
#define SOFT_RX 10
#define SOFT_TX 11// 解码后的编码映射 - 以字节数组形式存储
byte irCodes[10][5] = {{0xA1, 0xF1, 0x00, 0xFF, 0x16}, // 0{0xA1, 0xF1, 0x00, 0xFF, 0x0C}, // 1{0xA1, 0xF1, 0x00, 0xFF, 0x18}, // 2{0xA1, 0xF1, 0x00, 0xFF, 0x5E}, // 3{0xA1, 0xF1, 0x00, 0xFF, 0x08}, // 4{0xA1, 0xF1, 0x00, 0xFF, 0x1C}, // 5{0xA1, 0xF1, 0x00, 0xFF, 0x5A}, // 6{0xA1, 0xF1, 0x00, 0xFF, 0x42}, // 7{0xA1, 0xF1, 0x00, 0xFF, 0x52}, // 8{0xA1, 0xF1, 0x00, 0xFF, 0x4A}  // 9
};SoftwareSerial mySerial(SOFT_RX, SOFT_TX); // RX, TXvoid setup() {// 初始化硬件串口Serial.begin(9600);// 初始化软串口mySerial.begin(9600);Serial.println("YS-IRTM Controller Ready");Serial.println("Send numbers 0-9 to transmit IR codes");Serial.println("Send 'L' to enter learning mode");
}void loop() {// 处理硬件串口输入if (Serial.available()) {char c = Serial.read();if (c >= '0' && c <= '9') {int num = c - '0';// 通过软串口发送编码字节mySerial.write(irCodes[num], 5);Serial.print("Sent code for number ");Serial.print(num);Serial.print(": ");for (int i = 0; i < 5; i++) {if (irCodes[num][i] < 0x10) Serial.print("0");Serial.print(irCodes[num][i], HEX);Serial.print(" ");}Serial.println();} else if (c == 'L' || c == 'l') {// 进入学习模式enterLearningMode();}}// 检查是否有学习到的编码readLearnedCode();delay(100);
}

        零知IDE串口调试助手发送对应的数字后，将NEC格式的编码数据通过软串口发送到红外发射头。发送字符'L'时进入学习模式读取新的NEC编码

2.读取NEC编码

// 进入学习模式
void enterLearningMode() {Serial.println("Entering learning mode...");Serial.println("Press a button on your remote control");
}// 读取学习到的编码
void readLearnedCode() {if (mySerial.available() >= 3) {byte receivedData[3];mySerial.readBytes(receivedData, 3);Serial.print("Learned code: ");for (int i = 0; i < 3; i++) {if (receivedData[i] < 0x10) Serial.print("0");Serial.print(receivedData[i], HEX);Serial.print(" ");}Serial.println();}
}

2.2 接收端代码（IR Receiver）

1.初始化定义

#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_ST7789.h>
#include <IRremote.h>// 引脚定义
#define TFT_CS    10
#define TFT_DC    9
#define TFT_RST   8
#define TFT_BL    7  // 背光控制引脚
#define LED_PIN   2  // 板载LED引脚
#define IR_RECV_PIN 6  // 红外接收引脚// 创建ST7789显示对象
Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);// 红外接收对象
IRreceiver irrecv(IR_RECV_PIN);IRdecode_results decode_result;// 红外编码映射
unsigned long irCodes[10] = {0xFF6897, 0xFF30CF, 0xFF18E7, 0xFF7A85, 0xFF10EF,0xFF38C7, 0xFF5AA5, 0xFF42BD, 0XFF4AB5, 0XFF52AD
};// 当前显示的数字
int currentNumber = -1;void setup() {// 初始化串口通信Serial.begin(115200);// 初始化LED引脚pinMode(LED_PIN, OUTPUT);digitalWrite(LED_PIN, LOW);// 初始化ST7789显示屏tft.init(240, 240);tft.setRotation(1);pinMode(TFT_BL, OUTPUT);digitalWrite(TFT_BL, HIGH); // 开启背光// 显示欢迎界面tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);tft.setTextColor(ST77XX_WHITE);tft.setTextSize(3);tft.setCursor(50, 100);tft.print("Ready");// 初始化红外接收irrecv.enableIRIn();Serial.println("System initialized. Waiting for IR input...");Serial.println("Send numbers 0-9 via software serial to transmit IR codes");
}

2.红外接收数据处理

void loop() {// 处理红外接收if (irrecv.decode(&decode_result)) {unsigned long value = decode_result.value;Serial.print("Received IR code: 0x");Serial.println(value, HEX);// 检查是否为0-9的数字for (int i = 0; i < 10; i++) {if (value == irCodes[i]) {displayNumber(i);// 控制LED灯if (i == 2) {digitalWrite(LED_PIN, HIGH);Serial.println("LED turned ON");} else if (i == 3) {digitalWrite(LED_PIN, LOW);Serial.println("LED turned OFF");}break;}}irrecv.resume(); // 接收下一个值}  delay(100);
}// 在屏幕上显示数字
void displayNumber(int number) {if (number == currentNumber) return; // 避免重复绘制currentNumber = number;tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);// 绘制外圈tft.fillRoundRect(5, 5, 235, 235, 30, 0X8410);// 绘制内圈tft.fillRoundRect(15, 15, 215, 215, 30, ST77XX_WHITE);// 绘制数字tft.setTextColor(ST77XX_ORANGE);tft.setTextSize(20);// 根据数字大小调整位置int xPos = 75;if (number == 1) xPos = 80;tft.setCursor(xPos, 70);tft.print(number);Serial.print("Displaying number: ");Serial.println(number);
}

        将发送端的数字实时显示到接收端的显示屏，识别到数'2'和'3'时分别打开和关闭LED灯

2.3 红外编码处理流程

​

三、系统演示效果

3.1 性能测试

 （1）红外信号学习与发送测试

        通过YS-IRTM模块成功学习了10个数字按键的红外编码，学习过程稳定可靠。发送端使用串口发送对应的红外信号，测试数据如下：

​

数字键	原始编码	YS-IRTM编码	发送成功率
0	0xFF6897	A1 F1 00 FF 16	100%
1	0xFF30CF	A1 F1 00 FF 0C	100%

（2）控制设备测试

        数字键2和3分别控制LED灯的开关，测试结果：

        开关响应时间：<100ms        <
        控制准确率：100%               <

3.2 视频演示

YS-IRTM红外编解码器集成灯控与显示系统

串口发送红外编码和遥控发送红外信号效果对比

四、NEC红外协议

4.1 NEC编码方式

        NEC协议采用脉冲间隔的方式编码每一位数据，用不同数据位的时间间隔来表示不同的逻辑位。与众多单总线IC的通信方式很相似。NEC编码的载波频率为38KHz，对应的单脉冲周期约等于26.3us。

        每一数据位起始于562.5µs的载波，约为21.25个38 kHz脉冲组成。 脉冲的占空比通常为1/4或1/3，以减少电流消耗：

（1）数据表示方式

        NEC协议使用脉冲距离编码表示数据：

        >逻辑"0"：560μs高电平 + 560μs低电平
        >逻辑"1"：560μs高电平 + 1.68ms低电平

  

        逻辑"0"为562.5µs的有效脉冲 + 562.5µs的空闲间隔，总时长为1.125ms。逻辑"1"为562.5µs的有效脉冲 + 1.6875ms的空闲间隔，总时长为2.25ms（为逻辑0的一倍）。

（2）重复码机制

        当按键保持按下时，发送重复码：9ms高电平 + 2.25ms低电平 + 560μs高电平

        >即使一直按住遥控器上的一个键，命令帧也只会发送一次。 只要按键保持按下状态，就会每110毫秒发送一次重复码。

4.2 数据帧结构

        完整的NEC数据帧由 起始位 + 地址码 + 地址码反码 + 命令码 + 命令码反码 组成。

 （1）起始位

        每个序列均以9ms的脉冲（称为AGC脉冲）（是逻辑数据位使用的脉冲562.5us的16倍）开始。 接下来是4.5毫秒的空闲：（可以理解这一过程是每一帧的起始标志）

（2）地址码+命令码

        起始位之后会传输4个字节共32Bit的数据位，分别是 地址码 + 地址码反码 + 命令码 + 命令码反码。字面上是4个字节，而实际只有2个字节有效，多余的2字节为冗余的反码。一方面可以用于校验是否出错。另一方面，因为总有相同数量的反码的存在，每帧的总消息时长保持恒定。

（3）结束位

        结束位为末尾的562.5µs的有效脉冲。

4.3 扩展NEC协议

        NEC协议因应用广泛，原有地址很快会被用完。

        通过牺牲地址冗余，其地址范围从8位、256个扩展到16位、65536个，且无需改动协议其他属性。

        不过这样扩展后，消息总时长不再恒定，取决于消息中1和0的总数；若想保持时长恒定，需让地址字段中逻辑1和逻辑0各为8个，此时地址最大数量会减至约13000个。

        此外，协议仍保留命令冗余，每个地址仍可处理256个不同命令。

五、常见问题解答

Q1: 如何提高红外通信的距离和稳定性？

A: 可以通过以下方式提高红外通信性能：

        使用更高功率的红外发射管、确保发射器和接收器之间没有障碍物，避免强光直射接收器、调整发射器的发射角度、增加红外发射管的数量（阵列）

 

Q2: 遇到解码错误或信号干扰怎么办？

A: 解决解码错误和信号干扰的方法：

        检查电源稳定性，确保供电充足、增加软件去抖动机制，过滤干扰信号、使用错误检测和重发机制提高可靠性、调整接收器的灵敏度和滤波参数

项目资源：

        红外编解码模块：YS-IRTM模块数据手册

        NEC红外协议：NEC红外协议详解