衡山派开发板红外编解码模块驱动移植与NEC协议应用实战

衡山派开发板红外编解码模块驱动移植与NEC协议应用实战最近在做一个智能家居项目需要控制家里的空调和电视红外遥控是最直接的方案。正好手头有衡山派开发板和一个红外编解码模块今天就来分享一下如何把这个模块的驱动移植到衡山派开发板上并实现NEC协议的红外信号收发。这篇文章适合正在使用衡山派开发板做物联网或智能家居项目的朋友我会手把手教你从驱动移植到实际应用的全过程。学完这篇教程你就能用衡山派开发板通过串口控制红外模块实现红外信号的接收和发射轻松控制各种家电设备。1. 红外模块基础认知1.1 模块是什么能做什么咱们先来认识一下这个红外编解码模块。它其实是一个集成了MCU、红外发射头和红外接收头的独立模块通过串口与主控板比如衡山派通信。这个模块最大的特点就是支持NEC格式的红外编码发射功能可以控制市面上99%的NEC格式设备。像大部分电视机、机顶盒、DVD、电饭煲等家电用的都是NEC协议。NEC协议小知识NEC是红外遥控中最常用的协议之一它用脉冲宽度调制的方式编码数据。一个完整的NEC码包含用户码、用户码反码、命令码和命令码反码总共32位。模块的工作方式很简单发射通过串口发送指定的指令模块就会发射对应的红外信号接收模块接收到红外信号后通过串口输出解码后的数据你甚至可以用两个模块实现无线控制一个当发射端一个当接收端中间不需要任何连线。1.2 模块关键参数在开始移植前咱们先看看模块的基本参数这些信息在硬件连接和代码配置时都会用到参数规格工作电压5V供电电流 100mA发射距离6-10米根据环境光线和收发情况有差异接收距离6-10米和发射设备的功率有关控制方式串口管脚数量4 Pin2.54mm间距排针模块的管脚定义很简单就4个引脚VCC接5V电源GND接地TXD模块的发送引脚接开发板的RXRXD模块的接收引脚接开发板的TX2. 驱动移植完整流程2.1 准备工作获取驱动代码首先需要下载驱动代码包。原始资料里提供了百度网盘链接你也可以从衡山派官网的资料下载中心找到。下载后把驱动代码文件夹复制到你的工程目录下\luban-lite\application\rt-thread\helloworld\user-bsp\如果你找不到user-bsp这个文件夹说明你还没进行模块移植的前置操作。需要先按照衡山派官方手册的必要操作章节进行配置。2.2 修改Kconfig文件接下来要修改Kconfig文件让系统知道我们要添加这个模块。用VSCode打开工程中的Kconfig文件application\rt-thread\helloworld\Kconfig在文件的#endif前面添加下面这行代码# 红外解码编码模块 source application/rt-thread/helloworld/user-bsp/infrared-decoding-coding-module/Kconfig这个操作相当于告诉编译系统嘿我这里有个红外模块的驱动你编译的时候记得把它加进去。2.3 配置menuconfig现在进入menuconfig进行配置。这里我分享一下我的操作习惯双击luban-lite文件夹下的win_env.bat脚本打开env工具输入以下命令列出所有可用的默认配置scons --list-def选择衡山派开发板的默认配置d13x_JLC_rt-thread_helloworldscons --apply-def7或者scons --apply-defd13x_JLC_rt-thread_helloworld_defconfig这两个命令作用是一样的一个是文件编号一个是配置名称。输入以下命令进入menuconfig菜单scons --menuconfig在menuconfig界面中找到并选中Porting code using the LCKFB module按Y键选中按N键取消选中方向键左右调整最下面菜单的选项方向键上下调整列表的选项回车执行最下面菜单的选项回车进入Porting code using the LCKFB module菜单按方向键上下选中Using infrared decoding and encoding modules然后按Y键。看到前面括号里出现一个*号就表示选中成功了。按方向键左右选中Save然后一路回车退出即可。2.4 编译与烧录配置保存并退出menuconfig后开始编译scons如果你的电脑配置不错可以用多核编译加快速度scons -j16-j参数用来选择并行编译的核心数我这里选择16核。大家可以根据自己电脑的CPU核心数来调整核心越多编译越快。如果写的数量高于电脑本身那么会自动按照最高可用的来执行。编译完成后会在\luban-lite\output\d13x_JLC_rt-thread_helloworld\images文件夹下生成一个d13x_JLC_v1.0.0.img镜像文件。接下来就是烧录镜像到开发板具体的烧录教程可以参考衡山派官方的镜像烧录教程。3. 代码深度解析3.1 核心驱动文件分析驱动代码的核心在bsp_ir_decode_encode.c这个文件里。我带你看看几个关键函数理解了这些你就能完全掌握这个模块的使用。首先是初始化函数INFRARED_Init()int INFRARED_Init(void) { // 清空接收缓冲区 rt_memset(serial_recv_buff,0,sizeof(serial_recv_buff)); // 清空标志位 serial_recv_flag 0; // 清空缓冲区长度计数器 serial_recv_length 0; rt_kprintf(Try to open(%s)\n, SAMPLE_UART_NAME); // 获取串口设备 serial rt_device_find(SAMPLE_UART_NAME); if (!serial) { LOG_E(find %s failed!\n, SAMPLE_UART_NAME); return -RT_ERROR; } // 初始化信号量 ret rt_sem_init(rx_sem, rx_sem, 0, RT_IPC_FLAG_FIFO); if (ret ! RT_EOK) { LOG_E(failed to rt_sem_init !\n); return -RT_ERROR; } // 打开串口设备 ret rt_device_open(serial, RT_DEVICE_FLAG_INT_RX); if (ret ! RT_EOK) { LOG_E(open %s failed : %d !\n, SAMPLE_UART_NAME, ret); return -RT_ERROR; } // 设置接收回调函数 rt_device_set_rx_indicate(serial, uart_input); // 创建串口数据接收线程 serial_recv_thread rt_thread_create(serial, serial_recv_thread_entry, RT_NULL, 1024*2, 15, 20); if (serial_recv_thread ! RT_NULL) { // 启动线程 rt_thread_startup(serial_recv_thread); } else { rt_device_close(serial); LOG_E(Failed to [rt_thread_create] !!!); return -RT_ERROR; } return RT_EOK; }这个函数做了几件重要的事初始化各种变量和缓冲区查找并打开UART3串口模块默认用UART3创建信号量用于线程同步创建一个专门的线程来接收串口数据然后是红外发射函数INFRARED_Emit_CMD()int INFRARED_Emit_CMD(uint8_t *cmd_buff, uint32_t len) { uint8_t send_buff[5] {0}; // 必须赋初值 uint32_t time_out 1000; // 超时时间单位MS // 发送的数据长度是否正确 if( (len 3) || (len 3) ) return 100; send_buff[0] device_addr; // 设备地址 send_buff[1] Infrared_emission; // 操作位 send_buff[2] cmd_buff[0]; // 数据位1 send_buff[3] cmd_buff[1]; // 数据位2 send_buff[4] cmd_buff[2]; // 数据位3 /* 先清除接收的数据 */ Clear_recv_buff(); /* 发送数据 */ serial_send_string(send_buff, 5); /* 等待响应数据 */ while( serial_recv_flag ! 1 time_out 0 ) { time_out--; delay_ms(1); } /* 检查是否超时 */ if(!time_out) { LOG_E([INFRARED_Emit_CMD]Waiting for response data has timed out !!); return 1; // 超时未收到发射成功数据 } if(serial_recv_buff[0] ! 0xF1) { LOG_E([INFRARED_Emit_CMD]The data received is incorrect !!); return 2; // 接收到的数据不是想要的数据 } /* 成功 */ return 0; }这个函数有几个关键点需要注意发送的数据必须是3个字节对应NEC协议的用户码1用户码2命令码发送前会先清空接收缓冲区避免旧数据干扰有1秒的超时等待防止程序卡死模块会返回0xF1表示发射成功最后是红外接收函数INFRARED_Recv_CMD()int INFRARED_Recv_CMD(uint8_t *cmd_buff) { int i; /* 判断是否收到了数据 */ if((serial_recv_flag ! 1) || (serial_recv_length 0)) { /* 未收到 */ return 0; } /* 将数据转存到指针指向的地址中 */ for(i 0; i serial_recv_length; i) { cmd_buff[i] serial_recv_buff[i]; } /* 清除接收的数据、标志位和数据长度。 */ Clear_recv_buff(); return i; // 返回接收到的数据长度 }这个函数很简单就是检查是否有数据收到有的话就复制到用户提供的缓冲区然后返回数据长度。3.2 通信协议详解模块的串口通信协议需要特别注意这是我调试时踩过的坑所有指令都是16进制格式比如设备地址A1要写成0xA1。模块有两个地址需要注意默认地址0xA1通用地址0xFA忘记了自己设置的地址时可以用这个每个指令发送完毕后都有对应的返回信息。比如发送红外信号数据FA F1 E0 FD FD 回车返回 F1 说明发送成功返回其他说明发送失败发送修改通信地址FA F2 A5 00 00 回车返回 F2 说明修改成功发送修改波特率FA F3 02 00 00 回车返回 F3 说明修改成功操作位的作用是表示当前指令用于实现什么功能具体定义如下操作位功能说明0xF1红外发射状态0xF2修改设备地址0xF3修改波特率3.3 测试代码解析测试文件test_infrared_decoding_coding_module.c定义了一个处理红外编解码模块的线程。这个线程的主要任务是循环接收红外编解码模块的数据并将接收到的数据以十六进制格式打印到控制台。线程入口函数逻辑打印一条消息表示线程开始运行在一个无限循环中首先尝试从红外编解码模块接收数据定义一个整型变量count用于记录接收到的数据长度并定义一个recv_buff缓冲区用于存储接收到的数据调用INFRARED_Recv_CMD函数获取接收到的数据长度并存储到recv_buff中检查接收到的数据长度是否超过缓冲区大小如果超过则打印错误信息并限制数据长度如果接收到数据则将其以十六进制格式打印到控制台每次循环结束时线程会挂起一段时间这里是100毫秒此外该文件还定义了两个命令test_infrared_decoding_coding_module和test_exit_infrared_decoding_coding_module它们分别用于启动和退出红外编解码模块线程。4. 实际测试验证4.1 硬件连接测试前需要正确连接硬件将USB转TTL模块连接到衡山派开发板上红外模块的TX接开发板的RXUART3红外模块的RX接开发板的TXUART3红外模块的VCC接5VGND接GND具体的串口调试教程可以参考串口调试教程串口波特率默认为1152004.2 运行测试在串口终端中输入以下命令运行该模块的线程test_infrared_decoding_coding_module输入的时候按下TAB键会进行命令补全模块上电效果我们使用红外遥控器进行控制向红外编解码模块发送数据这时候用红外遥控器对着模块的接收头按下按键你会在串口终端看到类似这样的输出Read CMD a1 f1 e0 fd fd这就是解码后的NEC红外码格式是用户码1用户码2命令码三位。4.3 发射测试要发射红外信号你需要在代码中调用INFRARED_Emit_CMD()函数。比如你想发射刚才接收到的那个码uint8_t ir_code[3] {0xE0, 0xFD, 0xFD}; // 用户码1、用户码2、命令码 int ret INFRARED_Emit_CMD(ir_code, 3); if(ret 0) { rt_kprintf(红外发射成功\n); }这样模块就会发射对应的红外信号可以用来控制电视、空调等设备。5. 常见问题与调试技巧5.1 模块无响应怎么办如果模块完全没有反应按以下步骤排查检查电源模块需要5V供电电流要大于100mA检查串口连接TX、RX是否接反了检查波特率默认是115200如果修改过要对应上检查设备地址默认是0xA1如果修改过要用新地址5.2 接收数据乱码如果接收到的数据不对环境干扰红外接收容易受日光灯、太阳光干扰尽量在暗环境下测试距离问题接收距离要在6-10米内太远信号弱遥控器电池电池电量不足会导致发射功率不够5.3 发射距离短如果发射距离达不到预期发射头要对准红外是直线传播要对准接收设备避免遮挡中间不要有障碍物检查发射头有些模块的发射头有保护膜记得撕掉5.4 修改模块参数如果你想修改模块的地址或波特率可以使用提供的函数// 修改设备地址为0xB0 Modify_Serial_Addr_CMD(0xB0); // 修改波特率为9600 Modify_Baud_CMD(9600);修改后记得保存模块会记住设置下次上电仍然有效。这个红外模块我在好几个智能家居项目里都用过稳定性很不错。最大的优点是省事——不用自己写红外编解码串口一发一收就搞定。如果你要做红外相关的项目这个模块绝对能帮你节省大量开发时间。驱动代码和资料我都放在文章里了按照步骤一步步来肯定能调通。有什么问题可以在评论区交流我看到都会回复。