STM32F4红外发射控制家电联动方案

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#STM32F4 # 红外控制 # 家电联动

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STM32F4红外发射控制家电联动方案

在智能家居的浪潮中，我们常常被“全屋Wi-Fi”、“语音控制”这些光鲜词汇包围。但现实是：家里的老空调、传统电视、机械风扇……它们不会说话，也不懂网络，只能安静地待在角落里，享受着被遗忘的“退休生活”。

可真的只能换掉它们吗？当然不！💡 有没有一种方式，能让这些“老古董”也听懂Siri和小爱同学的话？答案就是—— 用STM32F4打造一个智能红外中枢 ，让旧设备焕发新生！

想象一下：下班路上手机一点，“回家模式”自动启动——窗帘缓缓拉开，空调提前制冷，电视打开你喜欢的节目。这一切，不需要更换任何家电，只需要一块STM32F4开发板 + 几个红外LED，就能实现 ✨。

这背后的关键，正是我们每天都在用却很少关注的技术： 红外遥控 。虽然它看起来“土”，但它兼容性强、成本低、无需配对，依然是绝大多数家电的“标准语言”。而STM32F4，这位Cortex-M4架构下的性能猛将，恰好能当好这个“翻译官”。

红外通信：不只是“滴滴滴”的光信号 🌟

很多人以为红外就是“按下按钮→发出一串光脉冲”，其实没那么简单。真正的挑战在于 精确的时间控制 。

比如最常见的NEC协议：
- 逻辑“0”：560μs高电平 + 560μs低电平
- 逻辑“1”：560μs高电平 + 1690μs低电平

误差必须控制在微秒级，否则接收端根本识别不了。而这，正是STM32F4的强项。

它拥有最高180MHz主频、浮点运算单元（FPU）、高级定时器（TIM1/TIM8）和DMA支持，完全可以胜任这种“时间敏感型”任务。相比之下，普通51单片机靠软件延时来控制，稍有中断就会出错，稳定性差远了。

如何用STM32F4精准生成38kHz载波？🔧

核心思路是： 硬件PWM + 软件调制 。

我们以TIM3为例，在PB4引脚输出38kHz的载波信号。关键不是一直开着PWM，而是只在需要“高电平”的时候才开启，其余时间关闭——这种方式叫 空间调制（Space Modulation） ，既能省电又能避免干扰。

void IR_Timer_Init(void) {
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);

    // PB4 -> TIM3_CH1
    GPIO_InitTypeDef gpio;
    GPIO_StructInit(&gpio);
    gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &gpio);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_TIM3);

    TIM_TimeBaseInitTypeDef tim;
    TIM_TimeBaseStructInit(&tim);
    tim.TIM_Prescaler = 84 - 1;        // 168MHz / 84 = 2MHz -> 0.5μs tick
    tim.TIM_Period = 52 - 1;           // 2MHz / 52 ≈ 38.46kHz
    TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    tim.CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &tim);

    TIM_OCInitTypeDef oc;
    TIM_OCStructInit(&oc);
    oc.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    oc.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    oc.TIM_Pulse = 17;                 // ~1/3 duty (17/52)
    oc.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM3, &oc);

    TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); // 初始关闭，按需启动
}

📌 小贴士：为什么选1/3占空比？因为大多数红外接收头对1/3占空比最敏感，效率高且发热小。别再用1/2了，那是“教科书式浪费” 😅。

NEC协议实战：从0到1发送完整帧 🔁

接下来就是编码部分。NEC协议结构清晰，适合入门：

[9ms AGC] [4.5ms low] 
[地址][~地址][命令][~命令] 
[560us high]

每bit通过“低电平长度”区分0和1：
- bit0：总周期约1.12ms
- bit1：总周期约2.25ms

下面是实现代码：

#define TICK_US 560

void IR_SendNEC(uint8_t address, uint8_t command) {
    uint8_t data[4] = {address, ~address, command, ~command};

    // 引导码
    IR_EnableCarrier();
    Delay_us(9000);
    IR_DisableCarrier();
    Delay_ms(4.5);

    // 数据位
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        for (int b = 0; b < 8; b++) {
            IR_EnableCarrier();
            Delay_us(TICK_US);
            IR_DisableCarrier();

            if (data[i] & (1 << b)) {
                Delay_us(3 * TICK_US);  // 1.69ms gap
            } else {
                Delay_us(TICK_US);      // 0.56ms gap
            }
        }
    }

    // 结束位
    IR_EnableCarrier();
    Delay_us(TICK_US);
    IR_DisableCarrier();
}

void IR_EnableCarrier(void) {
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

void IR_DisableCarrier(void) {
    TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);
}

⚠️ 注意事项来了！👇
- Delay_us() 必须基于 DWT Cycle Counter 或 SysTick 实现，普通for循环不准！
- 阻塞延时会锁死CPU，建议进阶时改用 定时器中断+状态机 或 DMA触发GPIO翻转 。
- NEC协议支持重复帧（Repeat Code），长按遥控器时不发数据，只发9ms+2.25ms脉冲。系统应具备该机制提升可靠性。

构建真正的“家电联动大脑”🧠

光会发红外还不够，我们要的是“智能联动”。这就需要整个系统的协同设计。

分层架构一览：

[用户界面] ←(MQTT/HTTP)→ [ESP8266桥接]
                             ↓
                      [STM32F4主控]
                     ↙               ↘
          [红外驱动电路]       [Flash存储/RTC]

工作流程也很直观：
1. 手机App点击“打开客厅空调”
2. 指令通过MQTT发布到本地Broker
3. ESP-01S接收并串口转发给STM32F4
4. STM32查表找到对应红外码（如NEC: 0x23, 0x1A）
5. 调用 IR_SendNEC() 完成发射 ✅

是不是很像一个迷你版的“家庭网关”？

工程实践中的那些“坑”与对策 💣➡️🛡️

❓问题1：不同品牌家电协议五花八门怎么办？

✅ 方案：建立 可扩展的协议数据库
- 把NEC、Sony SIRC、RC5等常用协议封装成独立函数模块；
- 设备码存入内部Flash或外部EEPROM；
- 支持OTA更新码库，未来还能接入Home Assistant自动同步配置。

❓问题2：红外方向性太强，换个角度就失灵？

✅ 方案：多角度覆盖设计
- 使用3~4个红外LED呈扇形排布；
- 或加装漫反射板扩大照射范围；
- 推荐使用TSAL6100这类高辐射强度LED，传输距离轻松突破8米。

❓问题3：怎么知道家电是否成功响应？

✅ 方案：引入辅助感知
- 加电流传感器检测空调是否启动；
- 或结合摄像头做画面变化分析（进阶玩法）；
- 更聪明的做法：学习用户习惯，若连续多次操作都有效，则认为路径可靠。

❓问题4：配对过程太繁琐？

✅ 方案：加入 学习模式 （Learning Mode）
- 增加一个红外接收头（如VS1838B）；
- 让系统“听”原装遥控器的信号，自动解析并保存；
- 用户只需对着设备按一次，即可完成录入 👍。

硬件设计要点 ⚙️

别忘了，软件再强也得靠硬件支撑！

红外驱动电路推荐设计：

STM32 GPIO → 1kΩ电阻 → NPN三极管基极 (S8050)
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                       Vcc (5V)
                         |
                     集电极 ── 限流电阻(100Ω) ── 红外LED阳极
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                     发射极 ──────────────── 地(GND)