AKI-H8(3048)を使った赤外線リモコンの解析

赤外線リモコンの応用機器はいくつか作ってきたのですが、赤外線リモコン信号の解析は製作中の 機器で行ってしまうので解析装置としては残っていません。手軽に使えるものがあるとちょっと便利なので、 作っておこうと思いました。

（ここでは秋月電子様のコンパイラ、リンカ、モニタデバッガを使用してソフトを作成しています。
Renesas純正のHEWとモニタデバッガ、Htermを使用して新たに作り直しました。よろしければこちらも ご覧ください。 AKI-H8(3048)を使った赤外線リモコンの解析２）(2010/9/26)

開発方針など

以前からＣ言語を使ったＨ８マイコンの開発には興味がありました。自分のやりたい範囲 では、たいがいのことはＰＩＣマイコンをアセンブラで使用することで足りていたのですが、 マイコンの機種に依存するアセンブラにとらわれないＣ言語と、ＰＩＣに比べ非常に大きな プログラムを書き込めるＨ８を使用できれば、より大きなシステムを手軽に開発できるように なるはずです。今回の場合もＰＩＣ＋アセンブラで作れるのですが、Ｈ８マイコン＋Ｃ言語 を体験しておきたかったのでチャレンジしてみることにしました。

秋月電子様のＡＫＩ−Ｈ８＋マザーボードを使用しました。これを使うと赤外線信号解析に 足りない部分だけを自作すればよいのでハードの設計が非常に楽になります。 Ｃ言語コンパイラも秋月様の物を使いました。

赤外線信号の解析方法

リモコンの赤外線信号はデジタル信号として１，０の信号として送受信されます。この場合の １，０の論理値表現は｛電圧レベルのＨ（高い）、Ｌ（低い）｝＝｛論理値の１、０｝のような 単純なものではなくＨの時間、またはＬの時間の長さによって決まります。

下図は赤外線リモコンの信号の例です。この例では電圧レベルがＨの時の時間の長さによって 論理値の１，０を表現しています。

１，０を表現する電圧レベルをＨ，Ｌのどちらにするか、時間の加減をどの程度にするかは 製品により様々ですが、ＨとＬの時間を計測できればリモコンの信号を解析することが 可能となります。

リモコンの赤外線信号は上記のような電気信号で表現されるのですが、実際の赤外光の 送受信ではＨ，Ｌ信号を約３８ＫＨｚで振幅変調したものが使われます。これは、自然光や 室内照明などによる干渉を受けないようにするためです。
一般的にリモコンの赤外線信号の受信は受信モジュールを使用して行います。この受信モジュール には変調された赤外線信号を復調する機能が備わっているので、マイコン側では変調・復調を意識することなく 信号を受信することができます。

赤外線信号の受信と保存

赤外線信号の受信には、赤外線リモコン信号受信モジュールCRVP1738（これも秋月様から購入） を使用しました。このCRVP1738から出力される電圧レベルＨ，Ｌの時間を逐一計測して内臓ＲＡＭに 保存し、受信完了後にまとめてパソコンに転送することにしました。

回路と基板

作成した基盤を以下に示します。ピンヘッダとCRVP1738、ジャンパーだけで構成されています。
右の写真はＨ８マザーボードに装着したときの写真です。

ソフトウェアの処理概要

メイン処理

以下の初期化処理を行う。

• ＬＣＤ表示機能
• キー入力ポート
• ＳＣＩ１　ＲＳ２３２Ｃ通信機能
• ＩＴＵ１　10uS周期のクロックを生成、ＴＩＯＣＡ１から出力

赤外線信号受信処理

スイッチＳ１が押されたら以下の手順で受信処理を行う。

1. CRVP1738の出力が接続されたPA-2を監視し、Ｌレベルになるまで待機
2. PA-2がＬレベルになったらＩＴＵ０を初期化。
   • ＩＴＵ１が生成したクロックを入力クロックとし、ＴＣＬＫＤから入力
   • ＴＩＯＣＡ０入力の立ち上がり、立下り両方でＧＲＡ０にインプットキャプチャ
   • インプットキャプチャ、オーバーフローで割り込み許可
3. インプットキャプチャの割り込みごとにＧＲＡ０の値をＲＡＭに保存。
   保存数が２００になったら割り込みを禁止し、ＩＴＵ０を停止して受信処理終了。
4. オーバーフロー割り込みが発生したら割り込みを禁止し、ＩＴＵ０を停止して受信処理終了。

受信データＲＳ２３２Ｃ出力

スイッチＳ２が押されたらＲＡＭに格納された赤外線信号データをシリアルポート （ＲＳ２３２Ｃ）に出力する。送信するデータは１０進数キャラクタ文字列に変換して 送信する。

ソースファイル

ハイパーターミナルの設定

ＲＡＭに保存された赤外線データは、ハイパーターミナルの機能を使ってパソコンに取り込みます。
ＷｉｎｄｏｗｓをＯＳとして、ＲＳ２３２Ｃ（ＤＳＵＢ９ＰＩＮ）ポートを装備したパソコンが必要です。
以下のようにハイパーターミナルを設定します。

接続方法

ＣＯＭＸへダイレクト（Ｘ：１〜４　パソコンの環境に合ったものを選択してください）

ビット／秒

９６００

データビット

８

パリティ

なし

ストップビット

１

フロー制御

なし

ハイパーターミナルの”テキストのキャプチャ”を使用するとテキストファイルとして保存 できて便利です。

データを解析する

各ボタンの生データは ここにあります。
このデータをエクセルにまとめたものが これです。
データの単位は１０μ秒です。

このデータでまず目に付くのが約３４０００μ秒のＨレベルです。おそらくこれがデータの 区切りであり、ひとつのデータを送信し終えたことを表すものだと思われます。先頭からこの ３４０００μ秒のＨレベルまでのデータを以下に示します。

データの最初の３０００μ秒以上のＬＨはヘッダーだと思われます。
Ｌレベルの時はすべて９５０μ秒位で安定していますが、Ｈレベルでは約８００μ秒のときと２５００ μ秒のときがあります。このことから、Ｌレベルの時間を固定してＨレベルの時間を変化させることに って１と０の論理値をあらわしていることが分かります。
上記のデータからヘッダーとＬレベルデータを削除すると以下のようになります。

このデータの約８００μ秒を０に、約２５００μ秒を１に置き換えると以下のようになります。

ここでそれぞれのデータ観察すると、後半の１２ビットは前半の１２ビットのデータを論理的に 反転させたものであることが分かります。たとえばpowerのデータで見てみると、
前半：0001 0100 0001
後半：1110 1011 1110
となっています。これは、ビットの誤りがないかどうかを確認するための工夫だと思われます。

さらに観察すると、前半の６ビットがすべて同じであることに気が付きます。おそらくこの部分は 機種コードのようなものだと思われます。よって、リモコンのどのボタンが押されたかを純粋に表す データは７ビット目から１２ビット目までの６ビットであると判断されます。