05．ソフトウェア実装

学習リモコンのソフトウェアの実装、すなわち、Raspberry Pi のプログラムの実装

概要

ハードウェア仕様、ハードウェア組み立て、ソフトウェア仕様に従い、Raspberry Pi プログラムを実装します。

リモコンから信号を受信する処理、赤外線LEDから信号を送信する処理は、マイクロ秒精度の処理速度が必要であり、C言語で書かれた Raspberry Pi 用のGPIOアクセスライブラリである、「Wiring Pi」を利用します。
（Python言語で、リモコンから信号を受信する処理、赤外線LEDから信号を送信する処理を、実現することは、処理速度の観点から容易ではありません。C言語で書かれた処理をPython言語から利用する方法もありますが、核となる処理はC言語でプログラミングする必要があります。）

Wiring Pi のインストール

Raspberry Pi に Wiring Pi をインストールしてない場合は、まず、Wiring Pi をインストールします。

Wiring Pi のインストール

コード

「/home/pi/work/universalremote」というフォルダを作成し、作成したフォルダに、「universalremote.cpp」というファイル名で、以下の内容のファイルを作成します。

// // universalremote.c // // 学習リモコンプログラム // // Written by Nobuki HIRAMINE // Last modified : 2016/05/02 // #include <wiringPi.h> #include <stdio.h> // for myprintf() #include <stdlib.h> // for atoi() #include <string.h> // for strtok() // printfを有効にするか #define ENABLE_PRINT #ifdef ENABLE_PRINT #define myprintf(fmt, args...) printf(fmt, ## args) #else #define myprintf(fmt, args...) #endif // 定数 #define PIN_IRSENSOR (27) // 赤外線センサーのピン番号 const int PIN_BUTTONS[] = { 6, 13, 19, 26 }; // ボタンのピン番号 const int COUNT_BUTTON = sizeof(PIN_BUTTONS)/sizeof(int); // ボタンの個数 #define PIN_STATELED (5) // 状態表示用LEDのピン番号 #define PIN_IRLED (17) // 赤外線LEDのピン番号 #define MICROS_LEARNINGTIMEOUT (32000) // 学習タイムアウト時間。32000マイクロ秒=0.032秒（Short型の上限32767を元に設定） #define MILLIS_MODETIMEOUT (10000) // モードタイムアウト時間。10000ミリ秒=10秒 #define MILLIS_DEBOUNCEDELAY (500) // デバウンス時間。500ミリ秒=0.5秒 #define STRING_FILENAME ("highlow_ch%d.txt") // 学習したHigh時間Low時間を保存するファイル名 #define MAX_HIGHLOW (1024) // High時間Low時間の最大個数 #define MILLIS_BLINKINTERVAL (500) // LED点滅の間隔 #define MAX_BUTTON (10) // ボタンの最大個数 // 型定義 enum EMODE // モード列挙型 { MODE_GENERAL = 0, // 通常モード MODE_LEARNING, // 学習モード MODE_STORING, // 記憶モード }; // グローバル変数 enum EMODE g_eMode = MODE_GENERAL; unsigned int g_uiMillis_ModeChanged = 0; // モード変更時刻（モードタイムアウト処理用） int g_aiState_Button_prev[MAX_BUTTON]; // ボタンの前回の状態（デバウンス処理用） unsigned int g_auiMillis_Button_prev[MAX_BUTTON]; // ボタンの状態が「OFF→ON」した前回の時刻（デバウンス処理用） int g_aiPushed_Button[MAX_BUTTON]; // ボタンの押下状態（ボタン同時押し処理用） int g_iCountHighLow = 0; // 学習したHigh時間Low時間の個数 short g_ashMicrosHighLow[MAX_HIGHLOW]; // 学習したHigh時間Low時間の配列 // 学習したHigh時間Low時間の保存 int SaveHighLowArray( char* pszFileName, // [in] ファイル名 int iCountHighLow, // [in] High時間Low時間の個数 short* ashMicrosHighLow ) // [in] High時間Low時間の配列 { // インプットチェック if( NULL == pszFileName || 0 == iCountHighLow || NULL == ashMicrosHighLow ) { return 0; } // ファイルオープン FILE* pFile = fopen( pszFileName, "wt" ); if( NULL == pFile ) { return 0; } int iIndexHighLow; for( iIndexHighLow = 0; iIndexHighLow < iCountHighLow; iIndexHighLow++ ) { fprintf( pFile, "%d,", ashMicrosHighLow[iIndexHighLow] ); } // ファイルクローズ fclose( pFile ); return 1; } // 学習したHigh時間Low時間の読み込み int LoadHighLowArray( char* pszFileName, // [in] ファイル名 int* piCountHighLow, // [in/out] 時間バッファーサイズを入力。読み込み結果の時間の個数が出力される。 short* ashMicrosHighLow ) // [in/out] 時間バッファーを入力し、読み込み結果の時間が入ったバッファーが出力される。 { // インプットチェック if( NULL == pszFileName || NULL == piCountHighLow || NULL == ashMicrosHighLow ) { return 0; } // ファイルオープン FILE* pFile = fopen( pszFileName, "rt" ); if( NULL == pFile ) { return 0; } // 1行の文字列の読み込み char szReadBuffer[1024 * 6]; // 6文字 : 数値5桁,カンマ if( NULL == fgets( szReadBuffer, 1024 * 6, pFile ) ) { fclose( pFile ); goto LABEL_FAILED; } // ファイルクローズ fclose( pFile ); // 読み込んだ文字列をトークンに分割 int iIndexHighLow = 0; char* pszToken = strtok( szReadBuffer, "," ); while( pszToken ) { if( iIndexHighLow >= *piCountHighLow ) { // バッファーサイズ越え goto LABEL_FAILED; } ashMicrosHighLow[iIndexHighLow] = atoi( pszToken ); // 出力変数への代入 iIndexHighLow++; pszToken = strtok( NULL, "," ); } // 成功 *piCountHighLow = iIndexHighLow; // 読み込み結果の時間の個数を出力 return 1; LABEL_FAILED: // 失敗 *piCountHighLow = 0; // 読み込み結果の時間の個数を出力 return 0; } // 学習したHigh時間Low時間の送信 int SendHighLowArray( int iPinIRLED, int iCountHighLow, short* ashMicrosHighLow ) { // インプットチェック if( 0 == iCountHighLow || NULL == ashMicrosHighLow ) { return 0; } // ピン設定 pinMode( iPinIRLED, OUTPUT ); // 出力ピンの初期化 digitalWrite( iPinIRLED, LOW ); int iIndexHighLow; for( iIndexHighLow = 0; iIndexHighLow < iCountHighLow; iIndexHighLow++ ) { int iMicros_length = ashMicrosHighLow[iIndexHighLow]; unsigned int uiMicors_start = micros(); do { // 周波数38kHzでOn/Offするように２つのdelayMicrosecondsの時間を調整。 // 38kHz => 26.3[マイクロ秒]/回。 // リモコン信号は消費電力を抑えるためにデューティー比１対２のパルス出力。 // HIGH出力は、HIGHを9[マイクロ秒]、LOWを17[マイクロ秒]繰り返し出力します。 digitalWrite( iPinIRLED, 1 - (iIndexHighLow % 2) ); // iIndexHighLow : 0は、high。 1は、low。以下同様。 delayMicroseconds(9); digitalWrite( iPinIRLED, 0 ); delayMicroseconds(17); } while( iMicros_length > micros() - uiMicors_start ); } // 出力ピンの後処理 digitalWrite( iPinIRLED, LOW ); return 1; } // セットアップ関数 void setup(void) { int iIndexButton; // グローバル変数の初期化 for( iIndexButton = 0; iIndexButton < COUNT_BUTTON; iIndexButton++ ) { g_aiState_Button_prev[iIndexButton] = LOW; g_auiMillis_Button_prev[iIndexButton] = 0; g_aiPushed_Button[iIndexButton] = 0; } // ピン設定 pinMode( PIN_IRSENSOR, INPUT ); for( iIndexButton = 0; iIndexButton < COUNT_BUTTON; iIndexButton++ ) { pinMode( PIN_BUTTONS[iIndexButton], INPUT ); } pinMode( PIN_IRLED, OUTPUT ); pinMode( PIN_STATELED, OUTPUT ); // 出力ピンの初期化 digitalWrite(PIN_IRLED, LOW); digitalWrite(PIN_STATELED, LOW); myprintf( "UniversalRemote has Started.\n" ); } // 通常モード void loopSub_General(void) { unsigned int uiMillis = millis(); digitalWrite(PIN_STATELED, LOW); // 状態表示用LED : 消灯 int iIndexButton; // ボタンが押されたかどうか for( iIndexButton = 0; iIndexButton < COUNT_BUTTON; iIndexButton++ ) { int iState_Button = digitalRead(PIN_BUTTONS[iIndexButton]); if( LOW == g_aiState_Button_prev[iIndexButton] && HIGH == iState_Button ) { // OFF→ON時 if( MILLIS_DEBOUNCEDELAY < (uiMillis - g_auiMillis_Button_prev[iIndexButton]) ) { // デバウンス時間よりも経過しているならば、正当な「OFF→ON」とみなす g_aiPushed_Button[iIndexButton] = 1; } g_auiMillis_Button_prev[iIndexButton] = uiMillis; } g_aiState_Button_prev[iIndexButton] = iState_Button; } // 端の２つのボタンの同時押下判定。同時押下の場合は、学習モードに移行する。 int iCountPushedButton = 0; for( iIndexButton = 0; iIndexButton < COUNT_BUTTON; iIndexButton++ ) { if( 1 == g_aiPushed_Button[iIndexButton] ) { iCountPushedButton++; } } if( 2 <= iCountPushedButton ) { for( iIndexButton = 0; iIndexButton < COUNT_BUTTON; iIndexButton++ ) { g_aiPushed_Button[iIndexButton] = 0; // ボタン押下状態のクリア } myprintf( "Change Mode : LearningMode\n" ); g_eMode = MODE_LEARNING; // 学習モードに移行 g_uiMillis_ModeChanged = uiMillis; // モード変更時刻の保持 return; } // 単独のボタン押下判定（デバウンス時間分遅延して判定） for( iIndexButton = 0; iIndexButton < COUNT_BUTTON; iIndexButton++ ) { if( 1 == g_aiPushed_Button[iIndexButton] && MILLIS_DEBOUNCEDELAY < (uiMillis - g_auiMillis_Button_prev[iIndexButton]) ) { myprintf( "Send Signal : ButtonID = %d\n", iIndexButton ); g_aiPushed_Button[iIndexButton] = 0; int iCountHighLow = MAX_HIGHLOW; short ashMicrosHighLow[MAX_HIGHLOW]; char szFileName[1024]; sprintf( szFileName, STRING_FILENAME, iIndexButton ); if( !LoadHighLowArray( szFileName, &iCountHighLow, ashMicrosHighLow ) ) { myprintf( "Failed : LoadHighLowArray\n" ); break; } myprintf( "Succeeded : LoadHighLowArray\n" ); if( !SendHighLowArray( PIN_IRLED, iCountHighLow, ashMicrosHighLow ) ) { myprintf( "Failed : SendHighLowArray\n" ); break; } myprintf( "Succeeded : SendHighLowArray\n" ); break; } } } // 学習モード void loopSub_Learning(void) { static int s_iState_prev = HIGH; // 赤外線センサーの前回の値 static unsigned int s_uiMicros_prev = 0; // 赤外線センサーの値が変化した前回の時刻 digitalWrite(PIN_STATELED, HIGH); // 状態表示用LED : 点灯 int iState = digitalRead(PIN_IRSENSOR); // センサー値を読み取る // センサー値が変化したかどうか if( iState != s_iState_prev ) { // 前回センサー値が変化した時間からの経過時間を算出 unsigned int uiMicros = micros(); if( 0 == s_uiMicros_prev ) { // 学習の1回目のセンサ値変化は、「長いLOW」⇒「HIGH」。 // HighLowカウンターをリセット g_iCountHighLow = 0; } else { // Low時間もしくはHigh時間 short shMicros_diff = (short)(uiMicros - s_uiMicros_prev); g_ashMicrosHighLow[g_iCountHighLow] = shMicros_diff; g_iCountHighLow++; myprintf( "%d,", shMicros_diff ); } s_uiMicros_prev = uiMicros; s_iState_prev = iState; return; // センサー値変化時の処理が済み、一回のループ処理の終了。 } // センサー値は変化していない if( s_uiMicros_prev ) { // 学習中（s_uiMicros_prevがゼロ以外） // センサー値変化のないの時間がタイムアウト秒経過したら学習終了。 if( MICROS_LEARNINGTIMEOUT < (micros() - s_uiMicros_prev) ) { // 学習タイムアウト // 学習タイムアウト時は「長い時間のHIGH」状態であり、 // 学習結果としては、Low時間、High時間、Low時間、、、Low時間 // と、HighLow時間の個数は奇数個が正しい状態。 if( 0 == g_iCountHighLow % 2 ) { // HighLow時間の個数が偶数なので、学習失敗 myprintf( "\nFailed : Learning\n" ); } else { // HighLow時間の個数が奇数なので、学習成功 // 最後にLow時間を追加する。 g_ashMicrosHighLow[g_iCountHighLow] = MICROS_LEARNINGTIMEOUT; g_iCountHighLow++; myprintf( "%d, ", MICROS_LEARNINGTIMEOUT ); myprintf( "\nSucceeded : Learning\n" ); } s_uiMicros_prev = 0; myprintf( "Change Mode : StoringMode\n" ); g_eMode = MODE_STORING; // 記憶モードに移行 g_uiMillis_ModeChanged = millis(); // モード変更時刻の保持 return; // モード変更したので、一回のループ処理の終了。 } } else { // 学習中でない // センサー値変化のない時間がタイムアウト秒経過したら通常モードに戻る unsigned int uiMillis = millis(); if( MILLIS_MODETIMEOUT < (uiMillis - g_uiMillis_ModeChanged) ) { // モードタイムアウト myprintf( "TimeOut : LearningMode\n" ); s_uiMicros_prev = 0; myprintf( "Change Mode : GeneralMode\n" ); g_eMode = MODE_GENERAL; // 通常モードに移行 g_uiMillis_ModeChanged = uiMillis; // モード変更時刻の保持 return; // モード変更したので、一回のループ処理の終了。 } } } // 記憶モード void loopSub_Storing(void) { static unsigned int s_uiMillis_blinkturn_prev = 0; // 状態表示用LEDの点滅処理した前回の時刻 static int s_iBlink_current = LOW; // 状態表示用LEDの点滅の現在の状態 unsigned int uiMillis = millis(); if( MILLIS_BLINKINTERVAL < (uiMillis - s_uiMillis_blinkturn_prev) ) { s_iBlink_current = !s_iBlink_current; digitalWrite(PIN_STATELED, s_iBlink_current); // 状態表示用LED : 点滅 s_uiMillis_blinkturn_prev = uiMillis; // 点滅処理した時刻の保持 } int iIndexButton; // ボタンが押されたかどうか int g_aiPushed_Button[MAX_BUTTON]; for( iIndexButton = 0; iIndexButton < COUNT_BUTTON; iIndexButton++ ) { g_aiPushed_Button[iIndexButton] = 0; int iState_Button = digitalRead(PIN_BUTTONS[iIndexButton]); if( LOW == g_aiState_Button_prev[iIndexButton] && HIGH == iState_Button ) { // OFF→ON時 if( MILLIS_DEBOUNCEDELAY < (uiMillis - g_auiMillis_Button_prev[iIndexButton]) ) { // デバウンス時間よりも経過しているならば、正当な「OFF→ON」とみなす g_aiPushed_Button[iIndexButton] = 1; } g_auiMillis_Button_prev[iIndexButton] = uiMillis; } g_aiState_Button_prev[iIndexButton] = iState_Button; } // 押されたボタンがあれば、対応するファイルに信号を上書き for( iIndexButton = 0; iIndexButton < COUNT_BUTTON; iIndexButton++ ) { if( 1 == g_aiPushed_Button[iIndexButton] ) { char szFileName[1024]; sprintf( szFileName, STRING_FILENAME, iIndexButton ); if( !SaveHighLowArray( szFileName, g_iCountHighLow, g_ashMicrosHighLow ) ) { myprintf( "Failed : SaveHighLowArray\n" ); } else { myprintf( "Succeeded : SaveHighLowArray\n" ); myprintf( "Finish Storing : Ch=%d\n", iIndexButton ); } g_iCountHighLow = 0; myprintf( "Change Mode : GeneralMode\n" ); g_eMode = MODE_GENERAL; // 通常モードに移行 g_uiMillis_ModeChanged = uiMillis; // モード変更時刻の保持 return; // 信号を記憶したので、一回のループ処理の終了。 } } // ボタンが押されない時間がタイムアウト秒経過したら通常モードに戻る if( MILLIS_MODETIMEOUT < (uiMillis - g_uiMillis_ModeChanged) ) { // モードタイムアウト myprintf( "TimeOut : StoringMode\n" ); myprintf( "Change Mode : GeneralMode\n" ); g_eMode = MODE_GENERAL; // 通常モードに移行 g_uiMillis_ModeChanged = uiMillis; // モード変更時刻の保持 return; // モード変更したので、一回のループ処理の終了。 } } void loop(void) { if( 0 == g_eMode ) { // 通常モード loopSub_General(); } else if( 1 == g_eMode ) { // 学習モード loopSub_Learning(); } else if( 2 == g_eMode ) { // 記憶モード loopSub_Storing(); } } int main(void) { // Wiring Piセットアップ。GPIOピン番号を使用するセットアップ関数を使用。 wiringPiSetupGpio(); setup(); while(1) { loop(); } return 0; }

実行ファイル作成

コンパイルし、実行ファイルを作成します。
以下のコマンドを実行します。

gcc -Wall -o universalremote universalremote.c -lwiringPi

ダウンロード

プログラムファイル

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