一、紅外遙控

紅外遙控技術(shù)是通過紅外技術(shù)、紅外通信技術(shù)和遙控技術(shù)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)的一種無線控制技術(shù)。由于紅外線的波長(zhǎng)較短，對(duì)障礙物的衍射能力較差，無法穿透墻壁，所以紅外遙控術(shù)更適合應(yīng)用在短距離直線控制的場(chǎng)合，也正是這樣，放置在不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會(huì)產(chǎn)生相互干擾。

紅外遙控所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，一般僅為幾個(gè)至幾十個(gè)字節(jié)的控制碼，傳輸距離一般小于 10 米，因其功耗小、成本低、易實(shí)現(xiàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電視機(jī)、機(jī)頂盒、DVD 播放器、功放、空調(diào)等家用電器的遙控。

二、手機(jī)紅外遙控功能

部分智能手機(jī)都配置了是紅外遙控功能（即安裝紅了外發(fā)射器）。那么，安裝了紅外發(fā)射器的智能手機(jī)，可以拿來當(dāng)遙控器使用，還能一部手機(jī)遙控許多家電。具有紅外功能的智能手機(jī)的頂部，有的鑲嵌一個(gè)或多個(gè)小燈泡，有的是一小片黑色蓋子，這個(gè)黑蓋子對(duì)紅外線來說可是透明的，只是人的肉眼看不穿它。紅外遙控帶著燈泡就像一支手電筒，紅外光照到哪里，哪里的電器才會(huì)接收響應(yīng)，這決定了紅外遙控的三個(gè)特性：

1. 遙控器要對(duì)準(zhǔn)電器才有反應(yīng)。
2. 遙控器不能距離電器太遠(yuǎn)，最好是五米之內(nèi)。
3. 遙控器與電器之間不能有障礙物。

安裝了紅外發(fā)射器的手機(jī)，可以拿來當(dāng)遙控器使用，還能一部手機(jī)遙控許多家電，這就需要破解電器的信號(hào)編碼了。

三、紅外發(fā)射原理簡(jiǎn)介

通用紅外遙控系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩大部分組成。發(fā)射部分包括單片機(jī)芯片或紅外遙控發(fā)射專用芯片實(shí)現(xiàn)編碼和調(diào)制，紅外發(fā)射電路實(shí)現(xiàn)發(fā)射；接收部分包括一體化紅外接收頭電路實(shí)現(xiàn)接收和解調(diào)，單片機(jī)芯片實(shí)現(xiàn)解碼。紅外遙控發(fā)射專用芯片非常多，編碼及調(diào)制頻率也不完全一樣。手機(jī)實(shí)現(xiàn)紅外遙控功能，主要就是發(fā)射紅外信號(hào)部分，這就需要了解下紅外信號(hào)的編碼和調(diào)制原理。

3.1.紅外遙控二進(jìn)制信號(hào)的編碼

紅外遙控器發(fā)射的信號(hào)由一串「0」和「1」的二進(jìn)制代碼組成，不同的芯片對(duì)「0」和「1」的編碼有所不同，通常有曼徹斯特 (Manchester) 編碼和脈沖寬度編碼 (PWM)。家用電器使用的紅外遙控器絕大部分都是脈沖寬度編碼，如下圖所示：

圖1 脈沖寬度編碼

3.2.紅外遙控二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制

二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制由發(fā)送單片機(jī)芯片或紅外遙控發(fā)射專用芯片來完成，把編碼后的二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制成頻率為 38kHz 的間斷脈沖串，相當(dāng)于用二進(jìn)制信號(hào)的編碼乘以頻率為38kHz 的脈沖信號(hào)得到的間斷脈沖串，即是調(diào)制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號(hào)。通用紅外遙控器里面常用的紅外遙控發(fā)射專用芯片載波頻率為 38kHz，這是由發(fā)射端所使用的 455kHz 陶瓷晶振來決定的。在發(fā)射端對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取 12 所以 455kHz ÷ 12 ≈ 37.9kHz ≈ 38kHz。

四、 NEC編碼協(xié)議

在紅外開發(fā)中，可能最重要的就是發(fā)送二進(jìn)制信號(hào)的編碼協(xié)議了，各個(gè)廠家所使用的編碼協(xié)議不同，所以遙控器也不能相互控制，而即使編碼協(xié)議相同，使用的用戶碼不同，也不能被接收端接受。所以類似萬能遙控器這種應(yīng)用，第一個(gè)要解決的問題就是各類家用電器，各類廠家所使用的編碼協(xié)議以及所使用的用戶碼等。但各類電器眾多，這種應(yīng)用是很難兼容全的，有的大廠家會(huì)將自家產(chǎn)品的編碼及對(duì)應(yīng)功能鍵的數(shù)據(jù)序列公布在網(wǎng)上，方便其他開發(fā)者開發(fā)，至于其他沒有公布的，可能就要使用紅外解碼儀來破解它所使用的協(xié)議以及各功能鍵對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)碼等。

在日常家用電器中，NEC 編碼是比較常見的一種編碼協(xié)議， 通用紅外遙控器發(fā)出的一串二進(jìn)制代碼按功能可以分為分「引導(dǎo)碼、用戶碼 16 位、數(shù)據(jù)碼 8 位、數(shù)據(jù)反碼 8 位和結(jié)束位」，編碼共占 32 位，如下圖2所示：

圖2 NEC編碼格式

其中引導(dǎo)碼由一個(gè) 9ms 的 38kHz 載波起始碼和一個(gè) 4.5ms 的無載波低電平結(jié)果碼組成。用戶碼由低 8 位和高 8 位組成 (用戶碼高八位和低八位可采用原碼與反碼的方式，可用于糾錯(cuò)，但也可直接是 16 位的原碼方式)，不同的遙控器有不同的用戶碼，避免不同設(shè)備產(chǎn)生干擾，用戶碼又稱為地址碼或系統(tǒng)碼。數(shù)據(jù)碼采用原碼和反碼方式重復(fù)發(fā)送，編碼時(shí)用于對(duì)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)，遙控器發(fā)射編碼時(shí)，低位在前，高位在后。結(jié)束位是 0.56ms 的 38kHz 載波。而其中的「0」碼由 0.56ms 的 38kHz 載波和 0.56ms 的無載波低電平組合而成，脈沖寬度為 1.125ms，「1」碼由 0.56ms 的 38kHz 載波和 1.69ms 的無載波低電平組合而成，脈沖寬度為 2.25ms，如下圖所示：

圖3 NEC 0碼和1碼

五、紅外遙控器解碼

紅外遙控器的解碼儀能夠分析常見家電的紅外遙控信號(hào)，下面兩種除外：
1、空調(diào)遙控器，空調(diào)的控制比較復(fù)雜，光光溫度就可能調(diào)節(jié)十幾次，難以破解。
2、燈光遙控器，燈本身發(fā)光發(fā)熱，同時(shí)也會(huì)散發(fā)大量紅外線，勢(shì)必對(duì)外部的紅外信號(hào)造成嚴(yán)重干擾；所以燈只能采取射頻遙控器。

紅外解碼儀是家電維修人員的必備儀器，常用于檢測(cè)遙控器能否正常工作，開發(fā)者為了讓手機(jī)實(shí)現(xiàn)遙控功能，也要利用解碼儀捕捉每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的紅外信號(hào)，紅外信號(hào)由三部分組成，分別是：

1. 用戶碼，表示廠商代號(hào)，每個(gè)廠家都有自己的唯一代號(hào)；
2. 數(shù)據(jù)碼，表示按鍵的編號(hào)，不同的數(shù)據(jù)碼代表不同的按鍵；
3. 電路格式，表示紅外信號(hào)的編碼協(xié)議，每種協(xié)議都有專門的指令格式。

比如說電路61212表示的是NEC6121協(xié)議，該協(xié)議的紅外信號(hào)編碼格式為：引導(dǎo)碼+用戶碼+數(shù)據(jù)碼+數(shù)據(jù)反碼+結(jié)束碼，其中引導(dǎo)碼和結(jié)束碼都是固定的，數(shù)據(jù)反碼由數(shù)據(jù)碼按位取反得來，真正變化的只有用戶碼和數(shù)據(jù)碼。

六、 Android紅外遙控功能開發(fā)

1、紅外權(quán)限配置

在App工程的AndroidManifest.xml中補(bǔ)充紅外權(quán)限配置

<!--紅外遙控-->
<uses-permission android:name="android.permission.TRANSMIT_IR" />
<!-- 是否僅在支持紅外的設(shè)備上運(yùn)行 -->
<uses-feature android:name="android.hardware.ConsumerIrManager" android:required="false" /> 

2、紅外功能API

紅外遙控功能從Android4.4之后才開始支持，對(duì)應(yīng)的管理類名叫ConsumerIrManager，常用的三個(gè)方法分別是：

hasIrEmitter (): 用于檢查設(shè)備是否具有紅外發(fā)射器。返回true表示有，返回false表示沒有。
getCarrierFrequencies() : 獲得紅外發(fā)射器可用的載波頻率范圍。
transmit (int carrierFrequency, int[] pattern) : 用于發(fā)射紅外信號(hào)。
第一個(gè)參數(shù)為信號(hào)頻率，單位赫茲(Hz)，家用電器的紅外頻率通常使用38000Hz；第二個(gè)參數(shù)為整型數(shù)組形式的信號(hào)格式。

下邊是一個(gè)封裝好的紅外遙控管理類

package com.startimes.home.irManager.manager;

import android.annotation.TargetApi;
import android.content.Context;
import android.os.Build;

@TargetApi(Build.VERSION_CODES.KITKAT)
public class ConsumerIrManagerApi {

    private static ConsumerIrManagerApi instance;
    private static android.hardware.ConsumerIrManager service;

    private ConsumerIrManagerApi(Context context) {
        //Android4.4才開始支持紅外功能
        if(Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.KITKAT){
            // 獲取系統(tǒng)的紅外遙控服務(wù)
            service = (android.hardware.ConsumerIrManager) context.getApplicationContext().getSystemService(Context.CONSUMER_IR_SERVICE);
        }
    }

    public static ConsumerIrManagerApi getConsumerIrManager(Context context){
        if(instance == null){
            instance = new ConsumerIrManagerApi(context);
        }
        return instance;
    }

    /**
     * 手機(jī)是否有紅外功能
     * @return
     */
    public static boolean hasIrEmitter() {
        //android4.4及以上版本&有紅外功能
        if(service!=null){
            return service.hasIrEmitter();
        }
        //android4.4以下及4.4以上沒紅外功能
        return false;
    }

    /**
     * 發(fā)射紅外信號(hào)
     * @param carrierFrequency 紅外頻率
     * @param pattern
     */
    public static void transmit(int carrierFrequency, int[] pattern) {
        if(service!=null){
            service.transmit(carrierFrequency, pattern);
        }
    }

    /**
     * 獲取可支持的紅外信號(hào)頻率
     * @return
     */
    public static android.hardware.ConsumerIrManager.CarrierFrequencyRange[] getCarrierFrequencies() {
        if(service!=null){
            return service.getCarrierFrequencies();
        }
        return null;
    }
}

3、碼值編碼

上文提到過，一般家用電器遙控器的頻率是38000，核心就在transmit()方法的信號(hào)編碼參數(shù)上，上文第5部分提到過，編碼由“引導(dǎo)碼（9ms+4.5ms）+用戶編碼（高八位）+用戶編碼（低八位）+鍵數(shù)據(jù)碼+鍵數(shù)據(jù)反碼+結(jié)束碼”組成，然后按照一定的編碼規(guī)則，合成數(shù)組的形式。以NEC6122協(xié)議舉例，引導(dǎo)碼都是固定的（9000+4500），結(jié)束碼即停止位可以按照（560，2000），不同遙控器差別主要在于用戶碼和數(shù)據(jù)碼，同一個(gè)遙控器的用戶碼是一樣的，不同按鍵有不同的碼值，碼值可以轉(zhuǎn)換出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼，以下面的遙控器碼值舉例。

圖4 碼值舉例

用戶碼是0X08E6，按鍵2對(duì)應(yīng)的碼值是0X41，碼值都是十六進(jìn)制表示的，轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制，用戶碼高八位08為00001000，用戶碼低八位E6為11100110，數(shù)據(jù)碼41為01000001，數(shù)據(jù)反碼為10111110。

由于手機(jī)與遙控器的信號(hào)編碼有區(qū)別，需要逆序編碼。逆序編碼后，用戶碼高八位為00010000，用戶碼低八位為01100111，數(shù)據(jù)碼為10000010，數(shù)據(jù)反碼為01111101。

編碼轉(zhuǎn)換完成，但是transmit方法，參數(shù)要傳遞整型數(shù)組形式的信號(hào)，并不是二進(jìn)制數(shù)而是電平信號(hào)數(shù)據(jù)。電平是電路中某一點(diǎn)電壓的高低狀態(tài)，在數(shù)字電路中常用高電平表示“1”，用低電平表示“0”。根據(jù)上文第四部分圖三可以看出，遙控器發(fā)射紅外信號(hào)之時(shí)，通過“560us低電平+1690us高電平”代表“1”，通過“560us低電平+565us低電平”代表“0”。于是編寫Android代碼的時(shí)候，使用“560,1690”表示二進(jìn)制的1，使用“560,565”表示二進(jìn)制的0，具體數(shù)組值如下所示：

int[] pattern = {9000,4500, // 開頭兩個(gè)數(shù)字表示引導(dǎo)碼
    // 下面兩行表示用戶碼
    560,565, 560,565, 560,565, 560,1690, 560,565, 560,565, 560,565, 560,565,
    560,565, 560,1690, 560,1690, 560,565, 560,565, 560,1690, 560,1690, 560,1690,
    // 下面一行表示數(shù)據(jù)碼
    560,1690, 560,565, 560,565, 560,565, 560,565, 560,565, 560,1690, 560,565,
    // 下面一行表示數(shù)據(jù)反碼
    560,565, 560,1690, 560,1690, 560,1690, 560,1690, 560,1690, 560,565, 560,1690,
    560,20000}; // 末尾兩個(gè)數(shù)字表示結(jié)束碼

具體這些轉(zhuǎn)換工作用代碼寫出，如下：

package com.startimes.home.irManager.ircode;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * Copyright  : huangr
 * Created by huangr on 2019/8/8.
 * ClassName  : NecPattern
 * Description  : 構(gòu)造NEC協(xié)議的pattern編碼
 */

public class NecPattern {
    //引導(dǎo)碼
    private static final int startH = 9000;
    private static final int startL = 4500;

    //結(jié)束碼
    private static final int endL = 560;
    private static final int endH = 2000;

    //高電平
    private static final int high8 = 560;
    //低電平0：1125
    private static final int low0 = 565;
    //低電平1：2250
    private static final int low1 = 1690;

    private static int[] pattern;
    private static List<Integer> list = new ArrayList<>();


    /**
     * 正常發(fā)碼：引導(dǎo)碼（9ms+4.5ms）+用戶編碼（高八位）+用戶編碼（低八位）+鍵數(shù)據(jù)碼+鍵數(shù)據(jù)反碼+結(jié)束碼
     */
    public static int[] buildPattern(int userCodeH, int userCodeL, int keyCode) {
        //用戶編碼高八位00
        String userH = constructBinaryCode(userCodeH);
        //用戶編碼低八位DF
        String userL = constructBinaryCode(userCodeL);
        //數(shù)字碼
        String key = constructBinaryCode(keyCode);
        //數(shù)字反碼
        String keyReverse = constructBinaryCode(~keyCode);

        list.clear();
        //引導(dǎo)碼
        list.add(startH);
        list.add(startL);
        //用戶編碼
        changeAdd(userH);
        changeAdd(userL);
        //鍵數(shù)據(jù)碼
        changeAdd(key);
        //鍵數(shù)據(jù)反碼
        changeAdd(keyReverse);
        //結(jié)束碼
        list.add(endL);
        list.add(endH);

        int size = list.size();
        pattern = new int[size];
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            pattern[i] = list.get(i);
        }
        return pattern;
    }

    /**
     * 十六進(jìn)制鍵值轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制串，并逆轉(zhuǎn)編碼
     * @param keyCode
     * @return
     */
    private static String constructBinaryCode(int keyCode) {
        String binaryStr = convertToBinary(keyCode);
        char[] chars = binaryStr.toCharArray();
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 7; i >= 4; i--) {
            sb.append(chars[i]);
        }

        for (int i = 3; i >= 0; i--) {
            sb.append(chars[i]);
        }
        return sb.toString();
    }

    /**
     * 數(shù)字轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度為8位的二進(jìn)制字符串
     * @return
     */
    private static String convertToBinary(int num) {
        String binary = Integer.toBinaryString(num);
        StringBuffer sb8 = new StringBuffer();
        //每個(gè)元素長(zhǎng)度為8位，不夠前面補(bǔ)充0
        if (binary.length() < 8) {
            for (int i = 0; i < 8 - binary.length(); i++) {
                sb8.append("0");
            }
            String binaryStr8 = sb8.append(binary).toString();
            return binaryStr8;
        }else{
            String binaryStr8 = binary.substring(binary.length() - 8);
            return binaryStr8;
        }
    }

    /**
     * 二進(jìn)制轉(zhuǎn)成電平
     *
     * @param code
     */
    public static void changeAdd(String code) {
        int len = code.length();
        String part;
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            list.add(high8);
            part = code.substring(i, i + 1);
            if (part.equals("0"))
                list.add(low0);
            else
                list.add(low1);
        }
    }
}

4、使用

在需要發(fā)射紅外信號(hào)處調(diào)用如下：

/**
 * 按下按鍵發(fā)射紅外信號(hào)
 */
public void transmit() {
     ConsumerIrManagerApi.transmit(38000,NecPattern.buildPattern(NecPattern.buildPattern(0X08,0XE6, 0X41));
}