In questo tutorial imparerai come utilizzare un telecomando IR con un ESP32. I telecomandi IR (a infrarossi) sono comunemente usati per controllare vari dispositivi elettronici come TV, lettori DVD e condizionatori d’aria. Integrando un telecomando IR con un ESP32, possiamo creare un sistema di automazione domestica smart, controllare luci colorate o costruire un robot telecomandato.
L’ESP32 è un microcontrollore potente che offre Wi-Fi e Bluetooth integrati, rendendolo una scelta ideale per progetti IoT. Con l’aiuto di un modulo ricevitore IR, possiamo ricevere e decodificare i segnali da un telecomando IR, permettendoci di controllare diversi componenti e dispositivi.
In questo articolo vedremo quali sono i componenti necessari per questo progetto, capiremo come funziona un telecomando IR e impareremo a collegare il ricevitore IR all’ESP32. Esploreremo anche come leggere i segnali IR, controllare un LED, regolare la luminosità di un LED e suonare un buzzer.
Allora, iniziamo!
Componenti necessari
Qui sotto trovi i componenti richiesti per questo progetto. Se hai già un telecomando IR, non ti serve il Kit Ricevitore Telecomando IR, ma solo il Modulo Ricevitore IR. Tuttavia, non tutti i telecomandi IR sono adatti. D’altra parte, se acquisti o possiedi il Kit, non ti serve il Modulo Ricevitore IR, perché è già incluso nel Kit.
Per questo progetto sto usando una vecchia scheda ESP32, che è stata deprecata ma si trova ancora a buon prezzo. È quella elencata qui sotto.
ESP32 lite
Cavo dati USB
Set di cavi Dupont
Breadboard
Kit di resistenze & LED
Modulo Ricevitore IR
Kit Ricevitore Telecomando IR
Buzzer Attivo
Arduino IDE
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Come funziona un telecomando IR
Un telecomando IR ( Infrarossi ) è un dispositivo che utilizza la luce a infrarossi per trasmettere segnali e controllare dispositivi elettronici. Utilizza un Trasmettitore IR e un LED IR per inviare segnali IR a un Ricevitore IR :
Luce a infrarossi
La luce a infrarossi (IR) fa parte dello spettro elettromagnetico, proprio come la luce visibile, le onde radio e le microonde. Tuttavia, ha una lunghezza d’onda maggiore rispetto alla luce visibile, rendendola invisibile all’occhio umano.
La luce a infrarossi viene spesso usata per comunicazione grazie alla sua bassa interferenza con altri dispositivi elettronici.
IR vs. Radio RF vs. Bluetooth
Nota che la comunicazione IR è diversa da quella Radio RF e Bluetooth. Anche se tutte e tre possono essere usate per comunicazioni wireless, hanno caratteristiche distinte.
La comunicazione IR è limitata alla trasmissione a vista, cioè il ricevitore deve essere nel campo visivo diretto del trasmettitore. È comunemente usata per comunicazioni a corto raggio, come il controllo di dispositivi nella stessa stanza.
La comunicazione Radio RF, invece, utilizza onde radio per trasmettere segnali. Ha una portata maggiore rispetto all’IR e non richiede la trasmissione a vista. La Radio RF viene usata per comunicazioni wireless tra dispositivi, come i telecomandi per porte da garage o tastiere wireless.
Il Bluetooth è una tecnologia wireless che opera nella banda di frequenza dei 2,4 GHz. Offre una portata maggiore rispetto all’IR e supporta la comunicazione bidirezionale. Il Bluetooth viene tipicamente usato per collegare dispositivi come smartphone, cuffie e altoparlanti.
Trasmettitore IR
Il trasmettitore IR è nascosto all’interno del telecomando stesso. Crea segnali con uno schema specifico per comunicare con il ricevitore IR. I segnali vengono convertiti in luce IR tramite un LED IR. Se guardi da vicino, di solito puoi vedere un LED trasparente sulla parte frontale del telecomando. Quello è il LED IR che emette il segnale.
Il protocollo più comune usato per la comunicazione IR è il protocollo NEC (Nihon Electronics Corporation).
Protocollo NEC per la comunicazione IR
Il NEC protocollo definisce un modo standard per codificare e decodificare i dati trasmessi tramite segnali a infrarossi. Questo protocollo è comunemente usato nell’elettronica di consumo, e molto probabilmente la maggior parte dei telecomandi IR che hai in casa lo utilizza (fanno eccezione i condizionatori d’aria).
Il protocollo NEC utilizza una frequenza portante di 38 kHz, il che significa che il segnale a infrarossi viene modulato a questa frequenza. Il segnale modulato consiste in raffiche di luce IR, con ogni raffica che rappresenta un bit binario (0 o 1).
Per trasmettere i dati, il telecomando IR invia una serie di raffiche, ciascuna composta da un blocco dati con un Address, il suo inverso (complemento), un Command, seguito dal suo inverso. In pratica, ogni tasto del telecomando corrisponde a un blocco dati di 32 bit, codificato come segue.
| Formato del frame del protocollo NEC IR | |||
| Address | Inverso di Address | Command | Inverso di Command |
| 0-7 bit | 8-15 bit | 16-23 bit | 24-31 bit |
I bit del blocco dati vengono convertiti in impulsi, dove un bit 0 viene inviato come 562,5µs di livello alto + 562,5µs di livello basso, e un bit 1 come 562,5µs di livello alto + 1,6875ms di livello basso. Su un oscilloscopio vedresti un segnale simile a questo:
Dal lato ricevitore, un modulo ricevitore IR rileva le raffiche di luce IR e le demodula per estrarre i dati binari.
Ricevitore IR
Il ricevitore IR è il componente che riceve i segnali a infrarossi dal telecomando. È composto da un fotodiodo che rileva la luce IR in arrivo e la converte in segnali elettrici. Qui sotto puoi vedere un tipico modulo ricevitore IR.
Per ricevere e decodificare il protocollo NEC, il ricevitore IR deve essere collegato a un microcontrollore in grado di leggere e interpretare i segnali in arrivo. Questo permette al microcontrollore di capire la pressione dei tasti e svolgere le azioni desiderate.
Nella prossima sezione ti mostrerò come collegare un ricevitore IR a una scheda ESP32 per ricevere e decodificare i segnali IR. Resta sintonizzato!
Collegare il ricevitore IR
Collegare il modulo ricevitore IR all’ESP32 è semplice. Il circuito Fritzing qui sotto ti mostra come fare. Nota che qui sto usando una Lolin32 lite. Tuttavia, quasi tutte le altre schede di sviluppo ESP32 funzioneranno altrettanto bene.
Per prima cosa colleghiamo il pin di massa (GND) dell’ESP32 alla barra negativa della breadboard, usando un filo blu. Poi colleghiamo la barra positiva della breadboard (contrassegnata da una linea rossa), con un filo rosso al pin 3.3V sulla scheda ESP32.
Ora che abbiamo alimentazione sulla breadboard, possiamo collegare il modulo ricevitore IR. Collega il pin contrassegnato con il segno (-) sul modulo ricevitore IR con un filo blu alla barra negativa della breadboard. Poi collega il pin contrassegnato con (S) per Signal al Pin 4 dell’ESP32 (filo giallo). Infine collega il pin rimanente del ricevitore IR con un filo rosso alla barra positiva. Fatto!
Decodifica dei segnali IR
Per usare il nostro telecomando IR dobbiamo sapere quale tasto invia quale codice. Il seguente codice ti aiuterà a scoprirlo. Per maggiori dettagli vedi il nostro tutorial How to use an IR receiver and remote with Arduino.
#include "IRremote.hpp"
const int irReceiverPin = 4;
void setup() {
Serial.begin(9600);
IrReceiver.begin(irReceiverPin , ENABLE_LED_FEEDBACK);
}
void loop() {
if (IrReceiver.decode()) {
IrReceiver.printIRResultShort(&Serial);
IrReceiver.resume();
}
}
Funziona così: per prima cosa includiamo la libreria IRremote. Poi definiamo la costante irReceiverPin per far sapere alla libreria a quale pin è collegato il ricevitore IR.
La funzione setup
Nella funzione setup() inizializziamo la comunicazione seriale a 9600 baud, che permette all’Arduino di comunicare con il computer. Poi chiamiamo la funzione begin() dell’oggetto IrReceiver, passando irReceiverPin e ENABLE_LED_FEEDBACK come argomenti. Questo inizializza il ricevitore IR e abilita il feedback LED sul modulo ricevitore IR. Significa che vedrai un LED lampeggiare ogni volta che premi un tasto sul telecomando e il modulo lo riceve.
La funzione loop
Nella funzione loop() controlliamo se il ricevitore IR ha ricevuto un segnale. Se viene rilevato un segnale, la funzione IrReceiver.decode() restituisce true. In tal caso, chiamiamo rReceiver.printIRResultShort(), che stampa un breve riepilogo del segnale IR ricevuto sul monitor seriale. Poi viene chiamata la funzione IrReceiver.resume() per preparare il ricevitore IR al prossimo segnale.
Ad esempio, se premo alcuni tasti sul mio telecomando, ottengo il seguente output sul monitor seriale. Puoi vedere che è stato rilevato il protocollo NEC e quali valori di Address e Command sono stati inviati.
Decodifica del mio telecomando IR
Quando eseguo il codice sopra e annoto i codici per i singoli comandi, ottengo la seguente mappatura tra tasti e comandi per il mio telecomando IR:
| Tasto | Address | Codice comando |
|---|---|---|
| On/Off | 0x00 | 0x52 |
| Mode | 0x00 | 0x4E |
| Set | 0x00 | 0x40 |
| Up | 0x00 | 0x41 |
| Down | 0x00 | 0x44 |
Nota che l’Address (0x00) è sempre lo stesso per tutti i tasti. Di solito è così, ma telecomandi IR diversi avranno indirizzi diversi. Per il tuo telecomando questa mappatura di tasti e codici comando sarà diversa e dovrai usare il codice sopra per scoprirla.
Una volta che hai i codici per il tuo telecomando IR puoi usarli per controllare ogni tipo di dispositivo. Nelle prossime sezioni ti mostrerò alcuni esempi.
Accendere e spegnere un LED
In questa sezione ti mostro come accendere e spegnere un LED usando il tasto On/Off del telecomando.
Circuito per accendere/spegnere un LED
Per prima cosa dobbiamo aggiungere un LED al nostro circuito. È semplice. Basta posizionare un LED sulla breadboard e collegare l’anodo (il pin più lungo) tramite una resistenza da 68Ω al Pin 2 dell’ESP32. Poi colleghiamo il catodo del LED (il pin più corto) a massa sulla breadboard.
Nota che la scheda ESP32 funziona a 3,3V. Per questo motivo serve una resistenza di valore abbastanza basso rispetto a un circuito Arduino, che funziona a 5V. Con una resistenza più grande il LED si accenderà comunque, ma più debolmente.
Codice per accendere/spegnere un LED
Ora possiamo usare il seguente codice per accendere o spegnere il LED sulla scheda.
#include "IRremote.hpp"
const int irReceiverPin = 4;
const int ledPin = 2;
void toggle(uint8_t pin) {
auto state = digitalRead(pin);
digitalWrite(pin, !state);
}
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
IrReceiver.begin(irReceiverPin, ENABLE_LED_FEEDBACK);
}
void loop() {
if (IrReceiver.decode()) {
uint16_t command = IrReceiver.decodedIRData.command;
if (command == 0x52) { // On/Off
toggle(ledPin);
}
delay(100);
IrReceiver.resume();
}
}
Il codice è quasi identico a quello visto prima. Aggiungiamo solo una nuova costante (ledPin) per il pin a cui è collegato il LED
const int ledPin = 2;
e una funzione che alterna lo stato di uscita di quel pin:
void toggle(uint8_t pin) {
auto state = digitalRead(pin);
digitalWrite(pin, !state);
}
Ogni volta che chiamiamo questa funzione, lo stato dell’uscita passa da acceso a spento e viceversa. Questo fa accendere o spegnere il LED. Tuttavia, non dimenticare di definire il pin come pin di output nella funzione setup() !
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
IrReceiver.begin(irReceiverPin, ENABLE_LED_FEEDBACK);
}
Nel loop principale aggiungiamo un if statement che controlla se il codice comando ricevuto è 0x52. Questo è il codice comando per il tasto On/Off che abbiamo identificato prima.
void loop() {
if (IrReceiver.decode()) {
uint16_t command = IrReceiver.decodedIRData.command;
if (command == 0x52) { // On/Off
toggle(ledPin);
}
delay(100);
IrReceiver.resume();
}
}
Se è così, alterniamo lo stato del LED. Nota che non serve controllare l’indirizzo inviato dall’IrReceiver, visto che è sempre lo stesso. Tuttavia, se vuoi reagire a segnali da telecomandi diversi usando lo stesso ricevitore IR, potresti doverlo fare.
Infine, aspettiamo 100ms per evitare di alternare il LED ripetutamente se il tasto On/Off viene premuto un po’ più a lungo.
E questo è tutto. Ora puoi controllare un LED, un relè o qualsiasi altro dispositivo di commutazione tramite il tuo telecomando IR.
Regolare la luminosità di un LED
Proviamo qualcosa di un po’ più avanzato. Invece di accendere o spegnere semplicemente il LED, andremo a controllarne la luminosità. Usiamo lo stesso LED e circuito di prima, ma cambiamo il codice come segue:
#include "IRremote.hpp"
const int irReceiverPin = 4;
const int ledPin = 2;
const int inc = 10;
int brightness = 100;
void init() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
analogWrite(ledPin, brightness);
}
void execute(uint16_t command) {
if (command == 0x41) { // UP
brightness = min(brightness + inc, 255);
}
if (command == 0x44) { // DOWN
brightness = max(brightness - inc, 0);
}
analogWrite(ledPin, brightness);
delay(100);
}
void setup() {
IrReceiver.begin(irReceiverPin, ENABLE_LED_FEEDBACK);
init();
}
void loop() {
if (IrReceiver.decode()) {
execute(IrReceiver.decodedIRData.command);
IrReceiver.resume();
}
}
Per capire questo codice diamo un’occhiata prima alle funzioni setup e loop . Tendono a essere quasi identiche per la maggior parte delle applicazioni, quindi le ho rese il più generiche possibile. Nella funzione setup chiamo una funzione init() che inizializza i pin e altre cose. E nella funzione loop chiamo una funzione execute() che esegue un comando ricevuto dal telecomando IR.
void setup() {
IrReceiver.begin(irReceiverPin, ENABLE_LED_FEEDBACK);
init();
}
void loop() {
if (IrReceiver.decode()) {
execute(IrReceiver.decodedIRData.command);
IrReceiver.resume();
}
}
Con questo schema possiamo mantenere le funzioni setup() e loop() uguali per diverse applicazioni e dover solo implementare o modificare le funzioni init() e execute().
La funzione init
Ad esempio, per controllare la luminosità del LED, implementiamo la funzione init() così:
void init() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
analogWrite(ledPin, brightness);
}
Questo imposta il pin del LED come output e impostiamo anche la luminosità iniziale del LED tramite analogWrite(), dove brightness è una variabile che abbiamo definito.
La funzione execute
La funzione execute() prende un comando ricevuto dal telecomando IR e, se il comando è 0x41 (tasto su), aumenta la luminosità. Se il comando è 0x44 (tasto giù), la diminuisce.
void execute(uint16_t command) {
if (command == 0x41) { // UP
brightness = min(brightness + inc, 255);
}
if (command == 0x44) { // DOWN
brightness = max(brightness - inc, 0);
}
analogWrite(ledPin, brightness);
delay(100);
}
Per cambiare la luminosità aggiungiamo o sottraiamo un incremento predefinito (inc). Incrementi più grandi cambieranno la luminosità più velocemente. Incrementi più piccoli daranno una variazione più graduale ma più lenta.
Usiamo analogWrite() per scrivere il valore di luminosità sul ledPin. Tuttavia, l’intervallo di valori che puoi scrivere su un’uscita analogica va da 0 a 255. Bisogna fare attenzione a non superare questi limiti. Ecco perché usiamo le funzioni min() e max(). Queste assicurano che i nostri incrementi non facciano superare il valore massimo o minimo consentito.
Infine, analogWrite() richiede che il pin di uscita supporti il PWM (Pulse Width Modulation). Ma sulla maggior parte delle schede di sviluppo ESP32 quasi tutti i pin supportano il PWM, quindi di solito non è un problema. In caso di dubbio controlla il pinout e cerca il simbolo ondulato.
Nella prossima sezione useremo lo stesso schema e principio di funzionamento per controllare la frequenza di un buzzer.
Suonare un buzzer
Come per la luminosità dei LED, la frequenza di un buzzer attivo può essere controllata tramite un segnale PWM. Questo significa che, con poche modifiche, possiamo usare praticamente lo stesso codice di prima. Ma prima costruiamo il circuito.
Circuito per suonare un buzzer
Rimuoviamo il LED e lo sostituiamo con un buzzer. Non serve una resistenza, basta assicurarsi di collegare il polo negativo del buzzer alla barra negativa della breadboard e il polo positivo al Pin 2 dell’ESP32.
Nota che i buzzer di solito hanno un piccolo segno più sulla parte superiore che indica il polo positivo. Siccome è difficile da vedere, assicurati di collegare il lato positivo al Pin 2 dell’ESP32. Inoltre, assicurati di avere un buzzer active e non uno passivo.
Codice per suonare un buzzer
Come promesso, il codice per controllare il buzzer è molto simile a quello per il LED.
#include "IRremote.hpp"
const int irReceiverPin = 4;
const int buzzerPin = 2;
const int inc = 10;
int freq = 1000;
bool do_sound = false;
void init() {
pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
noTone(buzzerPin);
}
void execute(uint16_t command) {
switch (command) {
case 0x41: // Up
freq = min(freq + inc, 65535);
break;
case 0x44: // Down
freq = max(freq - inc, 0);
break;
case 0x52: // Stop
do_sound = !do_sound;
delay(100);
break;
}
do_sound ? tone(buzzerPin, freq) : noTone(buzzerPin);
delay(10);
}
void setup() {
IrReceiver.begin(irReceiverPin, ENABLE_LED_FEEDBACK);
init();
}
void loop() {
if (IrReceiver.decode()) {
execute(IrReceiver.decodedIRData.command);
IrReceiver.resume();
}
}
Nella funzione init() impostiamo il pin a cui è collegato il buzzer come output. Poi ci assicuriamo che il buzzer sia spento all’avvio chiamando no Tone().
void init() {
pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
noTone(buzzerPin);
}
Nota che noTone() e tone() sono funzioni integrate di Arduino. Non serve includere una libreria aggiuntiva per usarle.
Nella funzione execute() ascoltiamo di nuovo un comando dal ricevitore IR e reagiamo di conseguenza.
void execute(uint16_t command) {
switch (command) {
case 0x41: // Up
freq = min(freq + inc, 65535);
break;
case 0x44: // Down
freq = max(freq - inc, 0);
break;
case 0x52: // Stop
do_sound = !do_sound;
delay(100);
break;
}
do_sound ? tone(buzzerPin, freq) : noTone(buzzerPin);
delay(10);
}
Se viene premuto il tasto Su (0x41) aumentiamo la frequenza, se viene premuto il tasto Giù (0x44) la diminuiamo. I valori validi per la frequenza vanno da 0 a 65535. Quindi, come prima, usiamo min() e max() per limitare l’intervallo dei valori.
Volevo anche poter accendere o spegnere il suono. Perciò il codice controlla anche il tasto Stop (0x52) e alterna la variabile booleana do_sound. Dopo di che aggiungiamo un delay di 100ms per evitare che il cambio sia troppo rapido.
L’ultima cosa da fare è effettivamente suonare il buzzer, che si ottiene con questa riga di codice:
do_sound ? tone(buzzerPin, freq) : noTone(buzzerPin);
Se do_sound è True, suoniamo il tono alla frequenza impostata, altrimenti spegniamo il buzzer.
Le funzioni setup() e loop() sono le stesse di prima. Ecco fatto! Ora hai tre esempi su come usare un telecomando IR per controllare diversi dispositivi. Hai anche un piccolo framework di codice dove basta implementare le funzioni init() e execute() per controllare altri dispositivi.
Ad esempio, se vuoi controllare dei motori dai un’occhiata ai nostri tutorial su How to Control a Servo with an IR Remote e Control a Stepper Motor with an IR Remote.
Infine, questo circuito e codice ti permette solo di ricevere segnali IR. Se vuoi inviare segnali leggi How to build a universal, programmable IR remote.
Conclusione
In questo tutorial abbiamo visto come usare un telecomando IR con un ESP32. Abbiamo iniziato capendo quali sono i componenti necessari per questo progetto, tra cui una scheda ESP32 e un ricevitore IR.
Successivamente abbiamo esplorato come funziona un telecomando IR e come invia segnali al ricevitore IR. Poi siamo passati al collegamento del ricevitore IR alla scheda ESP32, assicurandoci che i pin necessari fossero collegati correttamente.
Una volta completato l’hardware, siamo passati al codice e abbiamo imparato a leggere i segnali IR usando la libreria IRremote. Abbiamo implementato varie funzionalità, come accendere e spegnere un LED, regolare la luminosità di un LED e suonare un buzzer, in base ai segnali IR ricevuti.
Seguendo questo tutorial, ora dovresti avere una buona comprensione di come integrare un telecomando IR con un ESP32 e controllare diversi componenti usando i segnali ricevuti. Questo apre un’ampia gamma di possibilità per i tuoi progetti, dalla creazione di un sistema di automazione domestica telecomandato alla realizzazione di un telecomando personalizzato per le tue applicazioni.
Se hai altre domande o incontri problemi durante il progetto, consulta la sezione Domande Frequenti qui sotto. Inoltre, trovi link utili a risorse e documentazione per approfondire le tue conoscenze e abilità in questo campo.
Buon divertimento con i tuoi esperimenti!
Domande Frequenti
Ecco alcune domande comuni sull’uso di un telecomando IR con ESP32:
D: Posso usare qualsiasi telecomando IR?
R: Sì, la libreria IRRemote e il modulo IRReceiver che abbiamo usato qui riconoscono la maggior parte dei telecomandi IR standard. Un’altra possibile scelta è la libreria IRremoteESP8266. Tuttavia, è importante controllare la compatibilità di frequenza del telecomando con il modulo ricevitore IR che stai usando.
D: Come trovo i codici IR del mio telecomando?
R: Ci sono diversi metodi per trovare i codici IR del tuo telecomando. Un modo è usare un modulo ricevitore IR e un Arduino o ESP32 per catturare e decodificare i segnali, come abbiamo mostrato sopra. Oppure puoi acquistare un semplice Component tester che può decodificare i segnali IR. L’ultima opzione è cercare online il modello specifico del telecomando e vedere se i codici sono disponibili.
D: Posso controllare più dispositivi con un solo telecomando IR?
R: Sì, puoi controllare più dispositivi con un solo telecomando IR usando codici IR diversi per ogni dispositivo. Decodificando i segnali IR e associandoli ad azioni specifiche, puoi controllare vari dispositivi come LED, motori o anche elettrodomestici.
D: Qual è la portata del segnale di un telecomando IR?
R: La portata di un telecomando IR dipende da vari fattori, tra cui la potenza del telecomando, la sensibilità del ricevitore IR e eventuali ostacoli nella linea di vista. In generale, la portata può variare da pochi metri fino a circa 10 metri.
D: Posso usare un telecomando IR con altri microcontrollori o schede di sviluppo?
R: Sì, i telecomandi IR possono essere usati con vari microcontrollori e schede di sviluppo. Dai un’occhiata al nostro tutorial su How to use an IR receiver and remote with Arduino, ad esempio.
Se hai altre domande o hai bisogno di ulteriore assistenza, sentiti libero di chiedere nella sezione commenti qui sotto.
Link
Qui sotto trovi alcuni link per approfondire
- IRremote library documentation
- ESP32 board documentation
- How to build a universal, programmable IR remote
- How to Control a Servo with an IR Remote
- Control a Stepper Motor with an IR Remote
- IR Remote control codes database
- IR Remote Control Basics
- IR Remote Control with Arduino
- The ESP32-based IR remote control for household appliances
- ESP32 – IR Remote Control
