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自製紅外線遙控接收與發射器

cubie

自製紅外線遙控接收與發射器
文∕趙英傑

隨著寬頻網路、Media Center、迷你桌上型電腦主機與平面電視的日益普及，十年前壯烈成仁的Web TV概念（註：透過數位機上盒set-top box與電視瀏覽網路資訊或互動視訊）已捲土重來。

把電腦搬到客廳，除了要注重機器的外型設計和噪音值之外，也要考慮到是否能方便地透過遙控器操作。標榜MPC功能的電腦，一定有紅外線遙控功能。即使沒有內建，要自己DIY也很簡單。

目前最普遍的電腦紅外線遙控方案是開放原始碼的LIRC（Linux Infrared Remote Control，Linux紅外線遙控），這原先設計用於Linux系統的遙控裝置，也被移植到Windows平台，簡稱WinLIRC。Mobile01網站上，已經有一位Jetter大大詳細說明了相關電路的製作與軟體的操作設定方式（參閱：[很好DIY] WinLIRC電腦萬用紅外線遙控器）。整個紅外線遙控接收器的硬體成本只需台幣數十元。

裝在麵包版上的紅外線發射與接收器

這個自製紅外線接收器電路有一個限制：你的電腦上一定要有內建的串列埠（serial port或簡稱RS-232埠），採用「USB轉RS-232」的裝置將USB轉換成序列埠似乎不能用。蘋果的Mac電腦都沒有內建序列埠（只有在80和90年代生產的Mac上才找得到），所以無法使用這個方案（解決方式請參閱下文說明）。

我的紅外線遙控感應零件是從報廢的先鋒牌（Pioneer）535K DVD播放器上拆下來的，我不知道它的型號，但經過測試，此元件的接腳和6038LM-5A定義是一樣的。

紅外線接收感應器

製作紅外線遙控發射器

我製作這個電路的主要目的是想要測試用電腦遙控Roomba吸塵器機器人的效果，所以我其實不太需要紅外線接收的功能。透過RS-232序列埠發射紅外線遙控訊號的電路也有多種，底下是最簡單的，用一個電阻連接紅外線發射二極體（IR LED）就完成了。底下的圖片取自LIRC網站的Serial Port Transmitters（序列埠發射器）頁面，由Ralph Metzler設計：

簡易的序列埠紅外線發射器

這篇文章提到，上面的簡易型電路有燒壞電腦主機板的風險，所以Ralph Metzler沒有直接將此電路接在主機內建的序列埠，而是接在序列埠擴充卡上。底下是比較安全的紅外線發射電路（已經依照這篇文章的解說加上旁路電容），採用兩個NPN電晶體（電路圖標示的是BD237，我用的是2N2222，應該也能用3904或9013代替）。電路左下角的電阻值範圍約在5~100歐姆之間，電阻值小，發射功率越高。

改良的發射電路

底下是另一個紅外線發射和接收器的電路（取自IguanaWorks網站），發射器部分的線路比上圖的還要簡潔。不過，此電路採用了一個0.33F的電容，沒錯，是0.33「法拉」！

紅外線收發器電路

按照常理判斷，0.33F電容應該很巨大，不過從照片看來卻很小（電路版中間下面，看起來像電池的那一個）：

紅外線收發器

我們家附近的電子材料行沒有賣這款電容，材料行的店員還再三跟我確認是不是電容的單位搞錯了？

遠端遙控啟動Roomba吸塵器機器人

製作好紅外線收發電路之後，可以使用學習功能讓它記錄遙控器的訊號，或者到LIRC網站的Remote Codes網頁下載現成的遙控器設定檔。例如，Roomba吸塵器機器人的設定檔就放在irobot路徑底下。

我測試了其中的Roomba_Discovery_4220設定檔，確實可以從個人電腦遙控Roomba。不過，就像使用PDA遙控Roomba一樣，這個電路的遙控距離並不長。

為何要使用電腦來遙控Roomba？假設你想要從遠端來啟動Roomba，或者替那些不具備定時功能的Roomba（例如：Roomba 530）建立一個定時啟動的機制。就可以把紅外線發射器設在Roomba的充電基地台上面，再透過HttpIrc伺服器軟體（PHP的程式框架）即可從遠端的瀏覽器啟動PHP程式來遙控它。

自製的紅外線接收和發射裝置不一定要裝在電腦上，像華碩（Asus）的WL-500gp無線寬頻路由器，改裝自訂的Linux系統並且加上序列埠之後，也可以轉變成Roomba的無線基地控制台。

使用麥克風輸入埠接收紅外線訊號

對於沒有RS-232序列埠的裝置或電腦，可以嘗試底下這個電路（這個網站有改裝在Power Mac主機的照片）。基本上，光線和聲音都是一種「波（wave）」，這個電路直接把紅外線感測元件的電流（波形）導入麥克風當成聲波，輸入到電腦。電腦上的軟體將解析聲波訊號，並執行對應的遙控操作。

使用麥克風輸入埠感應紅外線

電腦上的聲音訊號處理電路，其頻率響應該是設計成和人耳所能接受的頻率範圍相近，約20Hz~20KHz之間。如果我沒記錯，紅外線遙控的頻率通常是38KHz或更高，超出處理聲音的響應頻率。

也許理論上，我們可以用「立體聲」訊號輸入，讓左聲道和右聲道各記錄20KHz的訊號，這樣合起來就可達到40KHz的頻率了。上面的電路只使用單一聲道，所以我猜想這個遙控電路的訊號感應誤差可能蠻大的，不過，如果只用來遙控基本的操作（如：播放、停止影片），也許沒有太大的影響吧。

將聲音轉換成紅外線輸出

既然紅外線訊號能被轉換成聲音輸入，聲音訊號當然也可以轉變成紅外線控制訊號輸出。好幾年前，Griffin Technology公司就曾推出叫做Total Remote的產品，將它接在PDA的耳機插座並安裝控制軟體後，就能當成長距離（相對於PDA本身的紅外線埠）的遙控裝置。這項商品似乎已經停產了，外觀如下：

Total Remote裝置

上圖取自Code Project網站的C# Remote Control using the Audio Port這篇文章，在該文的讀者回應中有人提出簡易的相容電路。此外，也有人運用這個裝置將iPod變成遙控器…只是看起來不是很好用…把紅外線訊號轉錄成MP3格式後，再透過Flash設計遙控器的操作介面並播放紅外線聲音訊號，不是更好用且更酷嗎 🙂

把iPod轉變成紅外線遙控器

延伸閱讀

Website https://swf.com.tw
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49 thoughts on “自製紅外線遙控接收與發射器”

  1. 您好, 提供您一點通訊原理的觀念
    電腦上的聲音訊號處理電路的左聲道跟右聲道所使用的頻帶,在頻譜上來看”都是”落在20Hz~20KHz之間,就算你把它們相加,它所能處理的訊號還是只能在20Hz~20KHz之間喔,並不會因此就變成40kHz.
    如果您想讓聲音訊號處理電路接收38kHz的紅外線遙控的頻率,只能透過調變技術把38kHz的訊號降到20kHz以下. 不過,現今通用的38kHz紅外線訊號是”數位的”,在頻譜上來看可能會帶有20kHz以下的訊號,可是這訊號是不是我們想要的可能就要透過示波器來看看才知道了,我想多半是不正確的吧.

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  2. hi FlameMkIII:

    當您把一個訊號，往左、右聲道輸出，並錯開一點時間差，再將兩個訊號合併之後，就不只是20KHz，這就是 Total Remote 產品可以將一般的聲音訊號，轉換成紅外線遙控所需的 38KHz 頻率的原因。

    thanks,
    jeffrey

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    1. 老師-請問你一下…音頻是不是可透過某些儀器傳送在借由電腦，手機，定位功能或網路訊號甚至wifi，紅外線收發器，轉換音頻，這樣是不是就能遠端發 送或接收了

    2. hi 鐵男：

      可以，但其實不必使用迂迴法…紅外線訊號本身就是一連串0和1數位信號，可直接透過Wi-Fi或藍牙傳送，不用先轉換成聲音。
      轉換成聲音只是為了直接用耳機孔輸出紅外線訊號。

      thanks,
      jeffrey

  3. 那就是我所說的調變技術, 經過一個乘法電路來讓這兩個20kHz的訊號相乘就能變成40kHz, 我想說的是單純的相加是沒辨法的

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  4. 那應該不是乘法電路，從一端輸出訊號，另一端則是在相隔一個週期之後，再輸出訊號，兩者做 OR 合併，即可得到兩個週期的訊號。

    回覆

  5. 它所說的是相隔半週期, 也就是相位差π(180度), 並不是相隔一個週期,相隔一個週期的話, 相位差是2π(360度),那左右聲道根本就沒有差別.

    假設右聲道的訊號是 cos(2πft), f=20kHz
    左聲道的訊號就會是 cos(2πft+π)
    如果是用OR合成的話, 那輸出就會是
    cos(2πft)+cos(2πft+π)
    =2*cos(((2πft)+(2πft+π))/2)*cos(((2πft)-(2πft+π))/2)
    =2*cos(2πft+π/2)*0
    =0
    輸出結果是直流訊號呀… 並不會變成40kHz啊

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  6. 它其實是利用LED的二極體的特性, 來把弦波的下半週給翻上來就會得到40kHz的訊號了, 一個LED發出上半週的訊號, 一個LED發出下半週的訊號, 那麼你在接收端收到的就是40kHz的訊號了

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  8. 剛剛想到，如果是相同的正弦或餘弦波形，相隔半個週期再予以合成，波峰和波谷才會相互抵銷變成直流。

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  9. 沒錯, 波峰跟波谷會互相抵消變成直流, 所以我才會覺得奇怪

    以它這個設計原理來說連乘法電路都可以省了, 就只是個倍頻而已, 跟橋式整流電路有點像

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  10. 不過,它還是只能送不能收呀, 你要拿來收的話還是須要乘法電路把載波頻率降下來

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  13. https://swf.com.tw/images/hardware/IR/better_transmitter.gif

    你好 我依以上的電路圖買了零件裝好
    使用WINLIRC0.65版
    先用上述推薦的DIY IRLED接收器 以WINLIRC接收TECO DVDplayer 遙控器的電源紐訊號

    再換上此IR發射電路以WINLIRC軟體有發射此訊號 可是DVDPLATER卻無反應

    仔細以三用電表檢查了此發射電路

    發現在未以軟體發射訊號時 DTR腳位電壓預設大概-20V
    且此時IRLED以數位相機觀察並沒有發光

    以軟體發射訊號時 DTR腳位電壓會升高到-15V
    但此時IRLED以相機觀察仍無發光

    電路零件都再三確認過 但卻無法成功發射訊號去遙控DVDplayer
    能否請有成功製成發射IRLED者 詳細解說一下各個細節…

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  14. 可能大家都已經知道了，不過還是回一下 (兩年前的文了 XD)

    電路圖上面那顆TSOP1738跟6038LM一樣內含38kHz解調變的功能，所以他data腳位輸出的已經是解調過的編碼訊號了。一般protocol來講，編碼的每個bit長度大概都有1ms以上，所以頻率只會用到1kHz左右，轉成音頻來錄是OK的~

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  16. 请问大侠，为什么我按照http://www.mobile01.com/topicdetail.php?f=168&t=124928里介绍的用RS232串口去做，加上USB转RS232线接在电脑里，按遥控器键learn remote没有出现PULSE。
    还有用http://winlirc.sourceforge.net/audioreciever.html里面介绍声卡的MICPHONE做法，也不成功，按遥控器键出现的是数据无法连接。
    请大侠帮忙，本人万分感谢！可电130778626XX（深圳）或QQ292674443联系。

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  17. 上面主題「使用麥克風輸入埠接收紅外線訊號」提供的電路圖，在DATA與GND之間，並聯一顆電容即可將38K載頻濾掉，轉成數位訊號。( 電容不要太大，以免DATA變樣 )

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  19. 請問一下我買了一顆MIR053白色一顆MPT051藍色,我一直搞不清楚那顆是發射哪顆是接收,因為使用起來怪怪的,我2顆分別都串一顆LED做顯示,理論上是接受的那顆LED會亮才對,但好像是相反的狀況?? 🙁

    回覆

    1. 我手邊沒有光電晶體，不過印象中，光電晶體在受光前後的阻抗值變化很大。你可以用電錶測量它的阻抗，如果是光電晶體，它在暗處的阻值應該是數百K歐姆；若用電燈或遙控器照射它，阻值應該會降到數K歐姆。

      have fun!
      jeffrey

  21. 您好

    請問接收的原理是否為

    使用FM6038之類的接收器

    如果不是用RS232來做接收，而採用麥克風孔座接收的話

    解出來的訊號應該只有原來的一半是吧?(因為只有一個聲道做接收)

    回覆

  23. HI 我想請問一下製作紅外線遙控發射器 那接上電腦之後 電腦內要用什麼軟體來控制他的發射訊號? 如果我不遙控Roomba 我想遙控其他東西 是用什麼程式呢?

    回覆

  25. 請問一下 那個比較安全的紅外線發射電路，電晶體的基極接了兩顆二極體， 請問它的作用是什麼呢? 謝謝

    回覆

    1. 應該只是用於偏壓，一個1N4148的順向電壓是0.7V，串接兩個約1.4V。

      thanks,
      jeffrey

  26. 趙老師您好！

    互動第二版書上 16-39 有說繼電器不能控制電視, 那我需要控制電視的電源, 有什麼方法可以使用呢？
    麻煩老師了，謝謝！！

    回覆

    1. hi kenny:

      我指的是一般的小型繼電器（常見的Arduino繼電器模組都是），不能用於控制大型電器。

      若要控制電視機，假設它的消耗功率是250瓦，根據公式：

      W = V × I

      可得知，此電視機的消耗電流約2.2A（註：250W/110V），為了安全起見，建議採用110V 5A規格的繼電器。

      至於此繼電器的電晶體驅動電路的電阻計算方式，請參閱書本16-39頁說明。

      thanks,
      jeffrey

  27. 老師您好，我在”超圖解Arduino互動設計入門”，紅外線遙控章節裡，我使用冷氣的遙控器(TECO)，但使用光碟程式燒入後，序列部視窗找不到可以用的例如sony等等，但是只能使用row，學生找出數字碼，運用在row中，但卻無法控制冷氣，是有甚麼地方出錯呢?
    煩請老師給予學生一些方向來解決，謝謝老師！

    回覆

  28. 老師你好

    最近在使用紅外線來測試 遇到到問題是

    Arduino 板上同時有發射和接收模組，測試當中接收可以收到數值，發射也是可以正常發射，不過每當使用發射完後，接收都會沒反應，只好再將板子Reset…

    回覆

    1. hi ted:

      也許你可以加上判斷條件測試：在發射信號階段，先暫停接收功能。

      thanks,
      jeffrey

  29. 老師抱歉又打擾了
    請問我想用arduino做出類似中繼站的東西
    讓arduino具備接收信號 做出相對應動作後 再轉發出去給下一個arduino
    但是發現只要加了接收的部分 信號就發射不出去
    請問老師這個是哪裡出問題了呢?
    謝謝老師

    回覆

    1. 我不太確定所謂的「信號發射不出去」的問題。我猜想是程式的問題，你不妨讓程式接收到紅外線訊號之後，輸出一份到序列埠監控視窗，查看信號是否正確、完整；接收訊號之後，或許可以先暫停一段短短的時間（建議用比較時間差的方式，不要用delay()），確認所有信號都接收到了，再轉發出去。

      thanks,
      jeffrey

  30. 老師那請問有辦法把irrecv.enableIRIn();這個函式關掉嗎
    或是跟他相反的函式
    這樣問不知道會不會很蠢哈哈哈
    謝謝老師

    回覆

    1. 紅外線收發器只是傳遞訊息，解讀訊息需要透過微控器。你可以使用Arduino控制板來達成。

      thanks,
      jeffrey

  32. 請問老師現在還能找到「HttpIrc伺服器軟體（PHP的程式框架）」的程式碼嗎?文章中的鏈結已經失效了。

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