Infrarot Fernsteuerung

By | 29. Juni 2020

Grundlagen

Infrarotstrahlung, auch IR-Strahlung, Infrarot, ist die elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich zwischen sichtbarem Licht und der längerwelligen Terahertzstrahlung. Üblicherweise ist damit Licht mit einer Wellenlänge zwischen 780 nm und 1 mm gemeint.

Die Infrarot-Strahlung wurde 1666 von Sir Isaac Newton entdeckt, als er das Sonnenlicht durch ein Prisma leitete und in die Regenbogenfarben auftrennte. Im Jahre 1880 tat Sir William Herschel den nächsten Schritt, indem er die relative Energie der einzelnen Farben ermittelte. Er entdeckte auch die Energie jenseits des sichtbaren Spektrums. Anfang 1900 definierten Planck, Stefan, Boltzmann, Wien und Kirchhoff die Aktivitäten des elektromagnetischen Spektrums weiter und stellten quantitative Daten und Gleichungen zur Beschreibung der IR- Energie auf.

Im Alltag und in der Technik gibt es vielfältige Anwendungen optischer Strahlung. Dabei werden die unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Bereiche der Strahlung ausgenutzt. Infrarot-Strahlung dient beispielsweise zum Erwärmen, aber auch für die drahtlose Kommunikation um die es in diesem Beitrag speziell gehen soll.

IR-Signale senden und empfangen

A typical infrared communication system requires an IR transmitter and an IR receiver. The transmitter looks just like a standard LED, except it produces light in the IR spectrum instead of the visible spectrum. If you have a look at the front of a TV remote, you’ll see the IR transmitter LED:

Für die IR-Kommunikation benötigt man einen IR transmitter und einen IR receiver. Der Transmitter sieht aus wie eine LED nur mit dem Unterschied, dass Licht nicht im sichtbaren sondern im IR Spektrum gesendet wird.

Man findet derartige Dioden in fast allen Fernsteuerungen. Für den Arduino gibt es kostengünstige kompakte Fernsteuerungen die im folgenden Verwendung finden. Man kann aber auch ohne Probleme eine übriggebliebene Fernsteuerung eines TV-Gerätes verwenden.

Die eigentliche Kommunikation erfolgt über eine spezielle Modulation, meist mit einer Träger-Frequenz von 38kHz. Bei dieser Frequenz stört das Umgebungsrauschen am wenigsten. Um Daten zu übertragen, wird ein binäres Signal in ein moduliertes elektrisches Signal umgewandelt und über die LED gesendet. Ein IR-Receiver nimmt das Signal auf, demoduliert die Lichtimpulse in ein digitales Signal, das dann von einem Microcontroler weiter verarbeitet werden kann.

Übertragung-Protokolle

Mangels eines Standards gibt es leider verschiedene Protokolle. Viele Hersteller verwenden ihr eigenes hausinterne Protokoll, dazu gehören u.a. Sony, Samsung und Matsushita. Philips hat RC5 entwickelt und natürlich auch selbst benutzt. RC5 galt damals in Europa als das Standard-IR-Protokoll, welches von vielen europäischen Herstellern übernommen wurde. Mittlerweile ist es fast gar nicht mehr anzutreffen.

Die Bibliothek “IRremote” von Ken Shirriff stellt in der Maker Community den Quasi-Standard dar und ist in der Lage, folgende unterschiedliche Protokolle zu identifizieren und zu verarbeiten:

Programm-Beispiele

Empfangen von IR-Signalen

Um IR-Signale von einer Fernsteuerung gesendet mit einem Arduino zu empfangen braucht es wenig Aufwand. Man benötigt eine Empfangs-Einheit, die es für wenig Geld zu kaufen gibt und aufgrund der oben genannten IR-Bibliothek nur wenige Zeilen Code. Diese kommen praktischerweise schon als Beispiele mit dem Installieren der Bibliothek automatisch mit.

Mittels diese Arduino-Programms lassen sich die Steuercodes verschiedener Fernsteuerungen einfach ermitteln.

Auf Basis diese Ergebnisse lässt sich dann in einem weiteren Schritt abfragen, welche Taste gedrückt wurde und damit dann weitere Aktionen auslösen. Dies ist exemplarisch im nachfolgenden Beispiel mit einer Arduino-typischen Fernsteuerung dargestellt. Die Tastencodes wurden mit obigem Programm ermittelt und als Kommentar in den Quelltext aufgenommen. Diese müssten ggf. auf den jeweiligen Typ angepasst werden.