2012年12月22日 星期六

使用 Arduino 遙控家電

前言

躺在床上看書看累了,你想倒頭就睡,卻懶得下床關燈嗎?或是窩在舒服的沙發上看電視,你想開個電風扇涼快一下,卻連抬個腿都覺得麻煩嗎?「拿起一個遙控器,按一下把電燈關掉,再按一下就把電風扇打開。」,如果可以這樣,該是多麼美好的一件事!

這聽起來很困難嗎?不!一點都不!本專題要告訴您如何使用紅外線遙控插座,藉此控制電器的開關,並且以 Arduino 自製一個簡單的紅外線遙控器,利用 Arduino 來遙控紅外線插座。

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STEP 1:

把紅外線插座插到 110V 插座 (圖1),先按一下黑色按鈕讓燈亮,再按住按鈕約 3 秒鐘,等燈亮後手放開,此時燈會閃爍 (圖2),代表紅外線插座已進入紅外線學習模式:

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▲ 圖 1:將紅外線插座插入110V插座

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▲ 圖 2: 按住按鍵 3 秒鐘後放開,此時燈會閃爍,表示已進入紅外線學習模式

拿起家裏任何一個遙控器,對著紅外線插座按任一鍵 (圖3),這個紅外線插座很聰明,當你聽到繼電器發出嗒的一聲時,表示它已經把紅外線學起來了。

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▲ 圖 3:用遙控器對著紅外線插座按任一鍵

完成設定後,馬上來做個簡單的測試,將電器 (例如電風扇、立燈) 插到紅外線插座上,然後按一下遙控器同一顆按鍵,此時電器電源會打開 (圖4),再按一下,便會關閉電源 (圖5)。

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▲ 圖 4:按一下打開電器,此時燈會亮

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▲ 圖 5:再按一下關閉電器,此時燈會熄滅

STEP 2:

下一步是使用 Arduino 讀取遙控器的紅外線訊號。

首先是連接電路,將 38kHz 紅外線接收器接到 Arduino 上。紅外線接收器的接法如圖 6 所示,接收器的 Vout 腳接到 pin 2 腳位,Vcc 接到 5V 輸出腳位,GND 接到 Arduino 的 GND 腳位。

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▲ 圖 6:紅外線接收器線路接法

接著是安裝 IRRemote Library。請將 IRRemote Library 下載後(註1),解壓縮放到 libraries 資料夾底下即可,例如 "C:\arduino-1.0.1\libraries"

將底下的程式輸入Arduino IDE 並上傳至 Arduino 板子上:

程式上傳完畢後,打開 Serial Monitor,接著拿起遙控器,對著紅外線接收器按下按鍵(要用跟紅外線插座一樣的同一個按鍵),這時候 Serial Monitor 會顯示紅外線訊號的編碼,如圖 7 所示:

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▲ 圖 7:遙控器紅外線訊號

請將解到的 Protocol 種類與編碼記錄下來(本例為 NEC 協定,編碼為 4CB3817E),待會我們會用到。

STEP 3:

下一步我們將使用 Arduino 來發射紅外線,以遙控紅外線插座。

首先一樣是先連接電路,我們要把紅外線發射器和一顆按鈕接到 Arduino。紅外線發射器的接法如圖8所示,發射器的長腳要接到 pin 3 腳位,並且串接一顆 100 ohm 電阻,短腳要接到 GND 腳位。至於按鈕則是一支腳接到 5V輸出腳位,另一支腳接到 pin 4 腳位,同時接一個 10K 電阻連接到 GND 腳位。

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將底下的程式輸入Arduino IDE 並上傳至 Arduino 板子上:

本例所用的是講 NEC 協定的遙控器,所以程式呼叫 sendNEC() 發射紅外線訊號,如果你在 STEP 2 解到是其它紅外線協定,必須改呼叫其它函式,例如 sendSony(), sendRC5(), sendRC6(), sendSharp() 等。另外,記得將程式裏的紅外線編碼換成你遙控器的編碼。

大功告成了,此時按下按鈕後,Arduino 就會遙控紅外線遙控插座,你便可以打開或關閉電器的電源囉。

假如你有 Ethernet Shield、Wi-Fi Shield 或者是藍芽擴充模組,你只要利用 Arduino 和紅外線遙控插座,然後再寫個手機 App 便可以利用手機來遙控家電的開關了。這部份就留給你當作功課了。

註1: IRRemote Library 可由以下連結下載:

https://github.com/coopermaa/Arduino-IRremote

材料表:

1) 一張 Arduino 板子,一條 USB 傳輸線,以及 Arduino IDE 軟體開發環境:
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2) 一顆 38 kHz 的紅外線接收器 (Infrared Receiver),如 TSOP2438, TSOP4438, PNA4602, FM-8038TM2-5DN

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▲ 紅外線接收器(Infrared Receiver)

3) 一顆發射波長為 940nm (nanometer, 奈米) 的紅外線發射器
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4) 一個紅外線遙控插座 (可在露天或淘寶買到)

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2 意見:

Ed 提到...

請教一下
按鈕則是一支腳接到 5V輸出腳位,另一支腳接到 pin 4 腳位,同時接一個 10K 電阻連接到 GND 腳位
按鈕接一個 10K 電阻連接到 GND ,這是什麼功用呢?
謝謝

Cooper Maa 提到...

哈,這問題之前答過,請參考這篇的討論:

http://coopermaa2nd.blogspot.tw/2010/12/arduino-lab2-led.html