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赤外線受信モジュールとリモコン:Arduinoでリモコン操作のプロジェクト

赤外線(IR)受信モジュールのしくみは?VS1838Bの配線、IRremoteライブラリでのボタンコードの読み取り、NECプロトコル、リモコンでのLEDとリレーの操作、赤外線LEDでの送信、ESP32とPicoでの使い方を解説します。

テレビ、エアコン、オーディオのリモコンは赤外線(IR)の光で動いています。ほとんどお金のかからない赤外線受信モジュールをArduinoに加えれば、家にあるほぼすべてのリモコンのボタンを読み取り、ランプ、LED、モーター、音楽の操作に使えます。ペアリングもアプリもインターネットも不要で、リモコンをボードに向けてボタンを押すだけです。はじめてのリモコン操作のプロジェクトへの、いちばん簡単で安上がりな近道です。

VS1838B赤外線受信モジュール
赤外線受信モジュール(VS1838B):黒いドームの中に、光に反応するダイオードと信号を復号する小さな回路が入っています。足は3本です。

赤外線リモコンのしくみ

リモコンの先端にある赤外線LEDは、目に見えない約940 nmの光を出します。光は常に点いているわけではなく、1秒間に38,000回点滅する搬送波に乗せて送られます。受信モジュールの中の回路はその周波数でちらつく光だけに反応するため、日光や照明が信号を邪魔することはありません。受信モジュールはこのちらつきをきれいなデジタルパルスに変え、信号がある間は出力をLOWにします。

どのボタンが押されたかは、パルスの長さとパルスの間隔で表されます。その表し方にはプロトコルと呼ばれるいくつかの「言語」があります。もっとも一般的なのはNEC(アドレス1バイトとコマンド1バイト)で、Sony、RC5(Philips)、Samsungのプロトコルもよく使われています。うれしいことに復号はライブラリがやってくれるので、ボタンのコードを読むだけで済みます。

リモコンが動くか確かめるには、スマートフォンのカメラをリモコンのLEDに向けてボタンを押してみてください。目には見えない赤外線が、カメラの画面では紫がかった白い光のちらつきとして映ります。

仕様(VS1838B)

項目値
搬送波の周波数38 kHz
波長約940 nm
電源2.7〜5.5 V
到達距離8〜10 m(リモコンの電池と角度による)
受光角度約±35°
出力信号がある間はLOW(アクティブLOW)
ピンOUT、GND、VCC

赤外線受信モジュールの配線

受信モジュールのピンArduino UnoESP32Raspberry Pi Pico
OUT(S)D2GPIO 15GP16
GND(–)GNDGNDGND
VCC(+)5V3V33V3
単体のVS1838Bでは、ドームを手前に向けたとき、ピンの並びは左からOUT、GND、VCCです。基板に載ったモジュールでは、基板に印刷された表示に従ってください。VCCとGNDを逆にすると、受信モジュールは数秒で熱くなって壊れます。

IRremoteライブラリでボタンコードを読む

ライブラリマネージャでIRremoteを検索し、Armin Joachimsmeyer作のライブラリをインストールします。次のコードはバージョン4.x用で、ボタンを押すたびにプロトコル、アドレス、コマンドコードをシリアルモニタに表示します。ネット上の古い例でIRrecvやdecode(&results)のような命令を見かけたら、それは古いバージョンのものです。

C++ (Arduino IDE)
1#include <IRremote.hpp>
2
3const int IR_PIN = 2;
4
5void setup() {
6  Serial.begin(9600);
7  IrReceiver.begin(IR_PIN, ENABLE_LED_FEEDBACK);   // sinyal gelince dahili LED yanar / onboard LED blinks on signal
8}
9
10void loop() {
11  if (IrReceiver.decode()) {
12    Serial.print("Komut / command: 0x");
13    Serial.println(IrReceiver.decodedIRData.command, HEX);
14    IrReceiver.printIRResultShort(&Serial);        // protokol ve adres / protocol and address
15    IrReceiver.resume();                           // sonraki tuşa hazırlan / ready for the next key
16  }
17}

リモコンのボタンを1つずつ押して、コードを書き留めましょう。キットに入っている21キーの小さなリモコンはたいていNECプロトコルを使い、コードはおおむね次のとおりです。ただし、自分のリモコンのコードを読んで確認してください。

ボタンコマンド(NEC)
CH-0x45
CH0x46
CH+0x47
PREV0x44
NEXT0x40
PLAY/PAUSE0x43
VOL-0x07
VOL+0x15
00x16
10x0C
20x18
30x5E

リモコンでLEDとリレーを操作する

コードがわかれば、ボタンごとに役割を割り当てられます。次の例では、「1」ボタンでリレーのオン・オフを切り替え、VOL+とVOL-でLEDの明るさをPWMで調整します。ボタンを押し続けると、リモコンはリピート信号を送ります。オン・オフの操作ではこのリピートを無視する必要があり、そうしないとリレーがパタパタと切り替わってしまいます。リレーの配線はリレーモジュールとは?を参照してください。

C++ (Arduino IDE)
1#include <IRremote.hpp>
2
3const int IR_PIN = 2;
4const int LED_PIN = 9;       // PWM pini / PWM pin
5const int RELAY_PIN = 7;     // aktif LOW röle / active-LOW relay
6
7bool relayOn = false;
8int brightness = 128;
9
10void setup() {
11  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
12  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
13  digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
14  IrReceiver.begin(IR_PIN);
15}
16
17void loop() {
18  if (!IrReceiver.decode()) return;
19  bool repeat = IrReceiver.decodedIRData.flags & IRDATA_FLAGS_IS_REPEAT;   // tuş basılı tutuluyor / key held down
20  switch (IrReceiver.decodedIRData.command) {
21    case 0x0C:                               // "1": röleyi aç-kapa / toggle the relay
22      if (!repeat) {
23        relayOn = !relayOn;
24        digitalWrite(RELAY_PIN, relayOn ? LOW : HIGH);
25      }
26      break;
27    case 0x15:                               // VOL+: daha parlak / brighter
28      brightness = min(brightness + 15, 255);
29      break;
30    case 0x07:                               // VOL-: daha sönük / dimmer
31      brightness = max(brightness - 15, 0);
32      break;
33  }
34  analogWrite(LED_PIN, brightness);
35  IrReceiver.resume();                       // sonraki tuşa hazırlan / ready for the next key
36}
Arduino Unoでは、IRremoteライブラリがTimer2を使います。そのため、3番ピンと11番ピンのPWMや、ブザーに使うtone()関数がライブラリと衝突することがあります。LEDは5、6、9、10番ピンのどれかにつないでください。

Arduinoで赤外線信号を送る

Arduinoはリモコンの信号を受け取るだけでなく、リモコンそのものにもなれます。赤外線LED(940 nm)を100 Ωの抵抗を通してUnoの3番ピンにつなぎます。到達距離を伸ばしたいなら、トランジスタを通してLEDを駆動できます。まず、操作したい機器のリモコンを上のコードで読んでアドレスとコマンドを調べ、同じコードをArduinoから送ります。

C++ (Arduino IDE)
1#include <IRremote.hpp>
2
3const int IR_SEND_PIN = 3;    // IR LED, 100 Ω direnç ile / IR LED with a 100 Ω resistor
4
5void setup() {
6  IrSender.begin(IR_SEND_PIN);
7}
8
9void loop() {
10  IrSender.sendNEC(0x00, 0x46, 0);   // adres, komut, tekrar sayısı / address, command, repeats
11  delay(5000);
12}

ESP32とRaspberry Pi Picoで赤外線を使う

VS1838Bは3.3 Vでも問題なく動くので、ESP32やPicoに直接つなげます。IRremoteライブラリはESP32に対応しており、受信モジュールはGPIO 15など、どの入力ピンにもつなげます。ESP32なら、リモコンのボタン操作をWi-Fiでほかの機器に転送したり、スマートフォンからの命令を赤外線LEDでテレビに送る「スマートリモコン」を作ったりできます。PicoのMicroPythonでは、Peter Hinch作のmicropython_irライブラリを使います。

MicroPython
1from machine import Pin
2from ir_rx.nec import NEC_8          # micropython_ir kütüphanesi / library (Peter Hinch)
3import time
4
5def on_key(command, address, ctrl):
6    if command >= 0:                 # negatif değerler tekrar ya da hata / negatives mean repeat or error
7        print("Komut / command: 0x{:02X}".format(command))
8
9ir = NEC_8(Pin(16, Pin.IN), on_key)  # GP16 → OUT
10
11while True:
12    time.sleep(1)

赤外線受信モジュールとリモコンのプロジェクトアイデア

  • リモコンで操作するランプ:テレビのリモコンの使っていないボタンで、リレーを通して商用電源のランプを点けます。
  • カラーリモコン:数字ボタンでRGB LEDの色を変えます。
  • リモコン操作のロボットカー:矢印ボタンで2つのモーターを操る車です。
  • メロディーボックス:数字ボタンごとに違う曲を割り当てます。音の部分はブザーとは?を参照してください。
  • 学習リモコン:ほかのリモコンのコードを記録し、1台のArduinoから送ります。
  • 暗証番号ロック:正しい順番でボタンが押されたら、サーボで錠を開けます。

よくある間違いと対処法

  • コードがまったく届かない:OUTの線がコードと違うピンにつながっている、受信モジュールの足が逆、またはリモコンの電池切れです。スマートフォンのカメラでリモコンを確認してください。
  • サンプルコードがコンパイルできない:ネット上の古い例はIRremote 2.x用です。バージョン4.xではIrReceiver.begin()とIrReceiver.decode()を使います。
  • でたらめなコードが出る:受信モジュールが直射日光や蛍光灯の方を向いているのかもしれません。日陰に移してください。
  • オン・オフのボタンが2回反応する:リピート信号を無視できていません。IRDATA_FLAGS_IS_REPEATフラグを確認してください。
  • tone()や3番・11番ピンのPWMがおかしい:UnoではIRremoteと同じタイマー(Timer2)を共有しています。
  • 赤外線LEDで送るときの到達距離がとても短い:トランジスタを通して大きな電流でLEDを駆動し、機器の方に向けてください。

赤外線受信モジュールは、ワイヤレス化へのいちばん簡単で安上がりな方法です。家に眠っている古いリモコンも、新しいプロジェクトで第二の人生を送れます。BlueGraysアプリには、リモコンのコードの読み取り、LEDの切り替え、リモコンでのメロディー再生、商用電源のランプの操作、ESP32のユニバーサルリモコンのプロジェクトが、回路図とコード付きでそろっています。

よくある質問

赤外線受信モジュールはどれくらいの距離から信号を受け取れますか?

VS1838Bのような受信モジュールは、性能のよいリモコンで見通しがよければ、8〜10メートル離れた信号まで受け取れます。リモコンの電池が弱るほど、角度が大きくなるほど、周囲が明るくなるほど、到達距離は短くなります。

どのリモコンでもArduinoで使えますか?

38 kHzを使う赤外線リモコンならほぼすべて使え、IRremoteは一般的なプロトコルのほとんどを復号できます。36、40、56 kHzを使うリモコンでは到達距離が短くなることがあります。電波で動くリモコン(433 MHzなど)は、赤外線受信モジュールでは読み取れません。

赤外線受信モジュールは日光の下でも動きますか?

受信モジュール内部のフィルタは一定の光をかなり遮りますが、直射日光は受信モジュールを飽和させ、到達距離を大きく縮めることがあります。屋外では、受信モジュールを日陰か小さな保護用の筒の中に置いてください。

赤外線リモコンは壁越しに使えますか?

使えません。赤外線は壁を通り抜けられないため、リモコンと受信モジュールの間に見通しがあるか、光が反射する面が必要です。別の部屋の機器を操作するには、RFモジュールかWi-Fiを使ってください。

IRremoteはどのバージョンを使えばよいですか?

現在の4.xを使ってください。IrReceiver.begin()、IrReceiver.decode()、decodedIRData.commandを使います。ネット上の古い例に見られるIRrecv irrecv(pin)やdecode(&results)の命令はバージョン2.xのもので、新しいバージョンとは互換性がありません。

スマートフォンをリモコンとして使えますか?

Androidのスマートフォンの中には赤外線送信機を内蔵しているものがあり、適切なアプリを使えばリモコンになります。スマートフォンに赤外線がない場合は、ESP32でWebページを作り、スマートフォンからの命令を赤外線LEDで機器に送れます。

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ESP32で市販のIRリモコンの信号を読み取り、自作の機器を操作できます!このプロジェクトでは赤外線受信機(NECプロトコル、38 kHz)で20ボタンのIRリモコンの信号を受信します。各ボタンには異なる動作を割り当てています。1、2、3ボタンで3個のLEDをそれぞれオン・オフし、PWRボタンですべて消灯します。4~9の数字ボタンではOLEDに特別な表示を出します。SSD1306 OLEDには最後に押したボタンを大きく表示し、実行した動作の説明とLEDの状態もリアルタイムで表示します。未知のボタンを押すとOLEDにHEXコードを表示します。

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