遙控電器開關

18.1 使用樹莓派顯示紅外線遙控器的訊號

18.2 遙控器控制樹莓派上的 LED 燈開關

18-2 Raspberry Pi 超炫專案與完全實戰

18.1 使用樹莓派顯示紅外線遙控器的訊號

實驗介紹

這個專案將會介紹如何自製一個遙控器。為了達成這個目的，需要了解以下的知識：

樹莓派如何接收遙控器的訊號

了解遙控器的原理

首先介紹遙控器，家中可能有很多的遙控器，不管是開門的遙控器、看電視的遙控

器，現在連窗簾、冷氣機都有遙控器，本實驗會介紹如何將樹莓派透過遙控器，做

互相溝通和聯絡，有這樣的技術就更可以把玩家的動作和需求，在第一時間傳遞給

樹莓派，達到彼此之間的互動，並把比較複雜的計算，交給樹莓派這個小電腦，做

出合適的反應與處理動作。

遙控器是由發射器、接收器和微處理器組成。接收器和微處理器部分都在家電主機

上，例如電視機。遙控器產生不同的編碼脈衝，以決定不同的按鍵，而遙控器輸出

各種以紅外線為媒介的控制脈衝訊號，這些脈衝是特定的樣式，當接收器收到之

後，將紅外線訊號進行放大、限幅、檢波、整形後送到微處理器，微處理器根據不

同的訊號，再做不同按鍵的反應。需注意的是，根據發射不同編碼指令脈衝設計成

相應的控制功能，這些功能是生產廠商預先設計好的，再燒錄在遙控器裡面，所以

各種遙控器是不能通用的，而且各家廠商會刻意做不同的調整，以免互相干擾。

發送和接收端之間的方法，目前有兩種，分別是：

IR紅外線

RF（Radio Frequency）射頻

要知道遙控器是哪一種類，可以用照相機的預覽鏡頭，對著遙控器，按下時發射端

可以看到這個紅外線的亮度，但一般肉眼是看不到的。而另外一種 RF（Radio Frequency）射頻，就會看不到紅外線燈光，這是因為 RF 射頻遙控器是用頻率來做到這些事情，所以它的範圍比較廣，並可以穿越阻礙物，不會妨礙到資料傳輸。

實驗目的

透過 IR receiver接收遙控器送出來的資料，並且顯示在螢幕上。

Chapter 18 遙控電器開關 18-3

實驗硬體設備

遙控器的接收端稱為 receiver，IR receiver的外型如下，在電子零件都可以購買到。

圖 18-1 IR receiver 的外型

硬體規格

紅外線接收器有三個接腳，這三個接腳分別會依照不同廠牌的紅外線感應器，該三

個接腳的功能都不太一樣，所以請依照實際使用的硬體來調整接線。

圖 18-2 紅外線接收器（PNA4602）的接線

這裡列出比較常見的紅外線接收器接腳功能：

紅外線接收器編號 最左邊接腳 中間接腳 最右邊接腳

VS 1838B 接地 電源 訊號輸出

PNA4602 接地 電源 訊號輸出

TSOP4836/ SFH5110 訊號輸出 接地 電源

TSOP1836/NJK61H380 訊號輸出 接地 電源

TSOP1736/SFH506/TFMS5360 接地 電源 訊號輸出

SFH505A 電源 接地 訊號輸出

IS1U60 訊號輸出 接地 電源

PIC120435 訊號輸出 接地 電源

18-4 Raspberry Pi 超炫專案與完全實戰

只要確定是 IR 紅外線遙控器就可使用在本章實驗，如果不確定的

話，可以把家中所有的遙控器都準

備好，到時候只要經過本專案測試

之後，如果可以讀出遙控器編碼的

話，那就是 IR紅外線遙控器。

圖 18-3 紅外線遙控器的外型

實驗硬體設備

本實驗需要以下的硬體：

Raspberry Pi板子

麵包板

一個 IR receiver

一個 IR遙控器

接線

本實驗需要以下的軟體：

Python

Python GPIO函式庫

實驗接線

Raspberry Pi 接腳 元件接腳

接腳 24紅外線接收器 紅外線接收器

訊號輸出接腳

5V（接腳 2） 紅外線接收器

電源接腳

GND（接腳 6） 紅外線接收器

接地接腳

Chapter 18 遙控電器開關 18-5

圖 18-4 紅外線遙控器接收器連結到樹莓派的線路

再次提醒不同的 IR 接收器的接腳都不太一樣，但都是接到樹莓派的電源、接地和接腳 24。

實驗步驟

Step 1 更新安裝軟體

透過以下指令，更新安裝軟體：

$sudo apt-get update $sudo apt-get upgrade

這是用來更新安裝程式的設定。

圖 18-5 更新安裝軟體

Step 2 下載 Python和 GPIO安裝相關的程式

安裝相關的程式和工具：

$sudo apt-get install python-dev $sudo apt-get install python-rpi.gpio

18-6 Raspberry Pi 超炫專案與完全實戰

Step 3 請打開編輯程式輸入以下的程式碼

接下來我們就需要撰寫 Python的程式語言，用來顯示出遙控器按鍵按下去

的訊號。在有機個方法可以使用，有人會推薦使用 LIRC的函式庫來處理遙

控器的動作和反應，但是考量到之後我們會集合其它的硬體，所以這一個

章節我們就使用 Python的程式語言，來達到目的。

$sudo nano irread.py

範例程式：sample\ch20_IRread\irread.py

01 #!/usr/bin/env python 02 # author: Powen Ko 03 import time 04 import RPi.GPIO as GPIO 05 GPIO.setmode(GPIO.BOARD) 06 GPIO.setwarnings(False) # 不要顯示警告訊息

07 GPIO_ECHO = 24 08 print "IR Signal" 09 GPIO.setup(GPIO_ECHO,GPIO.IN) # 設定接腳

10 11 start=0 12 stop=0 13 while True: 14 start = time.time() 15 duringDown=start-stop; 16 while GPIO.input(GPIO_ECHO)==0: 17 start = time.time() 18 19 while GPIO.input(GPIO_ECHO)==1: 20 stop = time.time() 21 22 #計算波型的時間

23 duringUp = stop-start 24 info = "Up:%7.f" % (duringUp *100000) + ",Down:%7.f" % (duringDown*100000) 25 print info 26 if duringUp>0.1: 27 print("------------------") 28 # 離開並恢復接腳

29 GPIO.cleanup()

程式解說

第 1行：這是執行環境的定義檔，到時候 Python程式是放在哪裡的路徑。

Chapter 18 遙控電器開關 18-7

第 2行：註解的寫法,前面加個 # 就可以成為註解。

第 7,9行：設定接腳 24為輸入接腳

第 16-17行：等待接腳變成高電位。

第 19-20行：等待接腳變成低電位。

第 23行：計算接腳的高電位的時間。

第 24行：顯示資料。

完成後請按下 Ctrl + O做出儲存，並按下 Ctrl + X離開文字編輯工具 nano。

Step 4 執行和測試

將其他硬體接到樹莓派上並且準備好遙控器，然後執行以下指令：

$ sudo python irread.py

把遙控器對準 IR接收器，並且按下遙控器上面的按鈕，就會顯示出訊號。

執行結果

執行這個專案時，除了執行程式之外，還需要把

遙控器對準紅外線接收器，並且按下按鍵，如果

看到畫面上顯示出一連串的數字，那就是紅外線

接收器所收到的遙控器按鍵的訊號。建議先把其

中幾個遙控器按鍵記錄下來，因為下一個專案就

會使用到。

圖 18-6 紅外線接收器所接收到的訊號

18-8 Raspberry Pi 超炫專案與完全實戰

教學影片

完整的影片請參考光碟中的 RaspberryPi_IR_Read_Signal。

補充資料

對 C語言熟悉的開發者，可以使用一個處理遙控器相當普遍的函式庫 LIRC，來處理遙控器的按鍵反應和工作。

圖 18-7 C 語言的遙控器函式庫 LIRC

Chapter 18 遙控電器開關 18-9

18.2 遙控器控制樹莓派上的 LED 燈開關

實驗目的

本實驗接續着上一個章節，會把剛剛所讀到的遙控器訊號，加以判斷來確認玩家所

按下的是哪一個按鍵後，再來調整 LED 燈的明亮。本實驗的挑戰在於，一般的紅外線遙控器即使是同一個按鍵，每次送出來的訊號都會有誤差，所以在開發程式的

時候需要將這些問題排除。還有不同型號的遙控器所送出來的訊號也都不一樣，到

時候請依照實際的遙控器，再把資料稍微做調整就可正常運作。

硬體設備介紹

同上一章節。

實驗硬體設備

本實驗需要以下的硬體：

Raspberry Pi板子

麵包板

一個 IR receiver

一個 IR 遙控器

LED燈 × 2

接線

本實驗需要以下的軟體：

Python

Python GPIO函式庫

18-10 Raspberry Pi 超炫專案與完全實戰

實驗接線

Raspberry Pi 接腳 元件接腳

接腳 24 紅外線接收器

訊號輸出接腳

5V（接腳 2） 紅外線接收器

電源接腳

GND（接腳 6） 紅外線接收器

接地接腳，第一個 LED燈的短腳，第二個 LED燈的短腳

接腳 23 第一個 LED燈的長腳

接腳 24 第二個 LED燈的長腳

圖 18-8 紅外線遙控器接收器連結到樹莓派的線路

實驗步驟

本實驗是由「使用樹莓派顯示紅外線遙控器的訊號」實驗延伸而來，需要先完成本

書章節的：

使用樹莓派顯示紅外線遙控器的訊號

Chapter 18 遙控電器開關 18-11

Step 1 請整理出遙控器四個按鍵的訊號

請依照上一個專案，把遙控器四個按鍵的訊號整理出來，並且透過 Python

的 array的方法排列。

Step 2 請打開編輯程式輸入以下的程式碼：

$sudo nano irled.py

範例程式：sample\ch20-IRLED\ir2led.py

01 #!/usr/bin/env python 02 # author: Powen Ko 03 import time 04 import RPi.GPIO as GPIO 05 KeyCurrent=range(100) 06 i=0 # 遙控器按鈕的訊號

07 key2=[446, 167, 29, 82, 29, 84, 26, 85, 37, 78, 27, 84, 08 25, 88, 32, 81, 38, 77, 163, 65, 161, 52, 158, 57, 09 168, 54, 162, 57, 162, 50, 163, 56, 157, 65, 51, 53, 10 55, 48, 46, 58, 162, 56, 162, 49, 29, 87, 50, 49, 11 52, 62, 159, 57, 165, 48, 165, 52, 19, 98, 54, 63, 12 160, 49, 166, 50, 171, 50,4001, 61, 221, 69]; 13 key4=[445, 152, 22, 89, 26, 87, 34, 77, 42, 77, 32, 82, 14 33, 79, 38, 75, 29, 85, 155, 69, 166, 52, 165, 53, 15 162, 61, 165, 52, 141, 86, 163, 52, 166, 60, 49, 50, 16 556, 58, 50, 5, 166, 49, 47, 57, 50, 59, 58, 51, 17 54, 57, 166, 56, 162, 49, 165, 52, 43, 71, 167, 58, 18 164, 50, 163, 52, 166, 62] 19 key6=[447, 157, 29, 83, 31, 81, 34, 82, 27, 79, 43, 77, 20 24, 87, 29, 84, 34, 78, 149, 80, 148, 80, 140, 85, 21 144, 78, 166, 57, 169, 55, 165, 61, 163, 50, 50, 56, 22 165, 48, 48, 60, 166, 51, 163, 51, 53, 52, 166, 48, 23 55, 53, 166, 49, 52, 57, 164, 49, 54, 57, 50, 51, 24 158, 72, 48, 61, 165, 50,4003, 56, 223, 63] 25 key8=[443, 161, 29, 82, 34, 78, 30, 85, 32, 83, 36, 76, 26 22, 91, 24, 87, 37, 78, 167, 53, 164, 57, 165, 50, 27 164, 61, 161, 63, 163, 51, 168, 52, 166, 51, 50, 63, 28 169, 50, 46, 50, 53, 55, 161, 49, 57, 58, 165, 53, 29 53, 52, 166, 56, 52, 56, 164, 59, 168, 51, 49, 58, 30 166, 49, 44, 57, 167, 51] 31 32 keys=[key2,key4,key6,key8] 33 GPIO.setmode(GPIO.BOARD) 34 GPIO.setwarnings(False) 35 GPIO_ECHO = 24 36 print "IR Signal" 37

18-12 Raspberry Pi 超炫專案與完全實戰

38 #函數 -用來判斷用戶按下哪個按鈕

39 def Funcheck(a,b,i): 40 if (a-b)>0.1: #判斷是否傳送結束

41 i=0 42 43 44 for j1 in range(len(keys)): 45 isThisKey=True 46 for j2 in range(5,len(keys[j1])-4): 47 value=keys[j1][j2] 48 currentValue=KeyCurrent[j2] 49 rangeValue=100 # 注意：請依照實際狀況調整此變數

50 if ((currentValue-rangeValue)<value and 51 (currentValue+rangeValue)>value)==False : 52 isThisKey=False 53 # print " error:j1=%d" % j1 + " j2=%d" %j2 + 54 " currentValue=%d" %currentValue+ " value=%d "%value 55 break 56 if isThisKey==True: 57 print "Get it key%d" % j1 # 顯示用戶按下哪一個按鈕

58 if j1==0: 59 GPIO.output(21,True) 60 elif j1==1: 61 GPIO.output(21,False) 62 elif j1==2: 63 GPIO.output(22,True) 64 elif j1==3: 65 GPIO.output(22,False) 66 i=0 # 清除記錄

67 for j3 in range(len(KeyCurrent)): 68 KeyCurrent[j3]=0 69 70 return i 71 72 73 74 # 主程式 設定 GPIO

75 GPIO.setup(GPIO_ECHO,GPIO.IN) 76 GPIO.setup(21,GPIO.OUT) 77 GPIO.setup(22,GPIO.OUT) 78 start=0 79 stop=0 80 while True: 81 start = time.time() 82 duringDown=start-stop; 83 84 while GPIO.input(GPIO_ECHO)==0: 85 start = time.time() 86

Chapter 18 遙控電器開關 18-13

87 while GPIO.input(GPIO_ECHO)==1: 88 stop = time.time() 89 i=Funcheck(stop,start,i) 90 91 duringUp = stop-start 92 KeyCurrent[i]=(duringUp *100000) 93 i=i+1 94 KeyCurrent[i]=(duringDown*100000) 95 i=i+1 96 i=Funcheck(stop,start,i) 97 98 # 結束離開程式並還原 GPIO 的設定

99 GPIO.cleanup()

程式解說

第 1行：這是執行環境的定義檔，定義 Python程式放在哪一個路徑。

第 2行：註解的寫法，前面加個 # 就可以成為註解。

第 39-70行：Funcheck此函數式用來判斷，用戶所按下的按鍵，是否為這四個按鈕。

第 46 行：這個迴圈的判斷式，為何不是從第一個判斷到最後一個呢？這是因為最前面和最後的訊號是等待的用戶按下按鈕的時間。

第 56-70行：判斷出遙控器的按鍵之後，所要作出的反應。

接下來就需要撰寫 Python 的程式語言，其中部分的矩陣資料，會依照實際遙控器的按鍵訊號不同，需要做些調整。

第一個的部分是在程式的第 7-30行，需要一張實際的遙控器按鍵，將所偵測出的訊號加以調整。

程式的第 49 行，請依照按鍵的數字，調整這個變數的大小，原則上當變數越小，就越精準。

程式的第 40 行，這個變數的資料是用來決定，等待多久如果沒有反應，就算是遙控器的訊號結束。

完成後請按下 Ctrl + O儲存，並按下 Ctrl + X離開文字編輯工具 nano。

18-14 Raspberry Pi 超炫專案與完全實戰

Step 3 執行和測試

將其他硬體接到樹莓派上並且準備好遙控器，然後執行以下指令：

$ sudo python ir2led.py

把遙控器對準 IR接收器，並且按下遙控器上面的按鈕，就會顯示出訊號。

執行結果

執行這個專案時，只要用戶在遙控器按下自訂按鈕時，就會讓 LED 燈做開或關的反應。

圖 18-9 實際執行結果圖

教學影片

完整的影片請參考光碟中的 18-2_RaspberryPi_IR_CheckKeys.mp4。判斷用戶按下哪一個按鍵，而使用遙控器來開和關 LED 燈的範例，完整的影片請參考光碟中的18-2_RaspberryPi_IR_CheckKeys_LEDOnOff.mp4。