ESP32-S3 红外发射

从物理学角度看，红外线是波长介于可见光与微波之间的电磁波（波长范围约 $0.75\mu m$ 至 $1000\mu m$）。 在电子工程中，我们通常不依赖自然热辐射，而是通过电致发光（Electroluminescence）效应，利用半导体器件主动产生特定波长的红外光。目前最常用的红外发射源是红外发光二极管（IR LED）。其核心原理是利用半导体 PN 结的能量转换。当给红外发射管施加正向电压时，P 区的空穴和 N 区的电子会向 PN 结移动并发生复合。

• 能量释放： 在复合过程中，电子从高能级（导带）落入低能级（价带）。根据能量守恒定律，多余的能量会以光子的形式释放出来。
• 波长决定： 释放的光子波长 $\lambda$ 取决于材料的禁带宽度（Bandgap Energy, $E_g$），公式如下：
  $$\lambda =\frac{h\cdot c}{E_g}$$
  其中 $h$ 为普朗克常数，$c$ 为光速。
• 常用材料： * 砷化镓 (GaAs)： 发射波长约为 $940nm$（最常用于遥控器）。
  • 铝砷化镓 (AlGaAs)： 发射波长约为 $850nm$（常用于安防监控夜视，肉眼可见微弱红光）。

红外光如何传输信息？
仅仅发射红外光是不够的，为了防止环境光（如太阳光、灯光）的干扰，红外发射通常需要经过调制。

1. 载频调制 (Carrier Modulation)
   在遥控领域，红外信号通常被调制在 $38kHz$ 的载波上。

• 逻辑 0 与 1： 通过控制 $38kHz$ 脉冲串的“有”或“无”（或脉冲宽度）来代表二进制数据。
• 抗干扰： 接收端通过带通滤波器滤除其他频率的干扰，只识别 $38kHz$ 的闪烁信号，这极大提高了传输的可靠性。

2. 硬件实现电路

• 开关电路： 由于单片机 GPIO 口驱动能力有限，通常使用三极管（如 S8050）作为开关，控制红外灯的高电流流过（通常为 $20mA$ 到 $100mA$）。
• 限流电阻： 必须串联电阻以防止烧毁二极管，其压降通常在 $1.2V-1.5V$ 左右。

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1. 核查原理图

ESP32 S3 红外接收使用 TOP75238TR 双红外接收头，接收更稳定。供电范围 3-5V。

红外发送头（如VS1838B）的IN引脚 → ESP32-S3 GPIO8
红外发送头 VCC → 3.3V

红外接收头（如VS1838B）的OUT引脚 → ESP32-S3 GPIO7
红外接收头 VCC → 3.3V
红外接收头 GND → GND

建议在OUT与VCC之间连接10kΩ上拉电阻，或使用代码中的INPUT_PULLUP启用内部上拉（内部上拉较弱，可能影响远距离接收）。

2. 编写代码

• 红外发射管
  红外发射管，不能直接由 GPIO 驱动，因为其工作电流较大（通常 50~100mA），而 ESP32 的 GPIO 最大输出电流有限。建议使用一个 NPN 三极管（如 2N2222）或 MOSFET 搭建驱动电路，串联一个 10~20Ω 的限流电阻。简单的电路参考：GPIO8 通过 1kΩ 电阻接三极管基极，发射极接地，集电极接红外发射管负极，发射管正极接 3.3V 或 5V（根据发射管参数）。

• 按键 IO0
  ESP32-S3 开发板上的 BOOT 按钮通常连接 GPIO0，默认内部上拉，按下为低电平，符合“低电平有效”。

#include <Arduino.h>
#include <IRremoteESP8266.h>
#include <IRrecv.h>
#include <IRsend.h>
#include <IRutils.h>

// 引脚定义
#define IR_RECV_PIN 36     // 红外接收器引脚
#define IR_SEND_PIN 37     // 红外发射器引脚
#define BUTTON_PIN 0       // 按键引脚（注意：GPIO0通常有上拉电阻）

// 红外接收设置
#define CAPTURE_BUFFER_SIZE 1024
#define TIMEOUT 50  // 解码超时时间(ms)

// 红外接收对象
IRrecv irrecv(IR_RECV_PIN, CAPTURE_BUFFER_SIZE, TIMEOUT, true);

// 红外发送对象
IRsend irsend(IR_SEND_PIN);

// 存储接收到的红外数据
decode_results received_data;
bool has_received_data = false;

// 按键状态
int button_state = HIGH;
int last_button_state = HIGH;
unsigned long last_debounce_time = 0;
unsigned long debounce_delay = 50;

// 用于存储原始数据的数组
uint16_t rawData[CAPTURE_BUFFER_SIZE];
uint16_t rawDataLen = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial) delay(10);
  
  Serial.println("\nESP32-S3 红外收发程序");
  Serial.println("等待接收红外信号...");

  // 初始化红外接收
  irrecv.enableIRIn();
  Serial.print("红外接收器已启用，引脚: ");
  Serial.println(IR_RECV_PIN);

  // 初始化红外发送
  irsend.begin();
  Serial.print("红外发射器已启用，引脚: ");
  Serial.println(IR_SEND_PIN);

  // 初始化按键引脚（使用内部上拉电阻）
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
  Serial.print("按键已初始化，引脚: ");
  Serial.println(BUTTON_PIN);

  // 测试按键初始状态
  button_state = digitalRead(BUTTON_PIN);
  Serial.print("按键初始状态: ");
  Serial.println(button_state == HIGH ? "HIGH (未按下)" : "LOW (按下)");

  // 打印使用说明
  Serial.println("\n使用说明:");
  Serial.println("1. 用遥控器对准红外接收器发送信号");
  Serial.println("2. 按下按键触发发送存储的红外信号");
  Serial.println("3. 串口监视器显示详细信息");
  
  delay(1000);
}

void loop() {
  // 1. 检查红外接收
  checkIRReceive();

  // 2. 检查按键（带防抖）
  checkButton();

  delay(10); // 短暂延迟减少CPU占用
}

void checkIRReceive() {
  // 检查是否接收到红外信号
  if (irrecv.decode(&received_data)) {
    Serial.println("\n=== 收到红外信号 ===");
    
    // 打印接收到的信号信息
    Serial.print("解码类型: ");
    Serial.println(typeToString(received_data.decode_type));
    
    if (received_data.decode_type == UNKNOWN) {
      Serial.println("收到未知格式信号");
    } else {
      Serial.print("值: 0x");
      Serial.println(uint64ToString(received_data.value, HEX));
      Serial.print("位数: ");
      Serial.println(received_data.bits);
    }
    
    // 保存原始数据用于发送
    if (received_data.rawlen > 1) {
      rawDataLen = received_data.rawlen - 1;
      for (uint16_t i = 1; i < received_data.rawlen; i++) {
        rawData[i-1] = received_data.rawbuf[i] * kRawTick;
      }
      Serial.print("原始数据长度: ");
      Serial.println(rawDataLen);
    }
    
    // 标记已接收到数据
    has_received_data = true;
    
    // 恢复接收
    irrecv.resume();
    
    Serial.println("信号已存储，按下按键发送");
  }
}

void checkButton() {
  // 读取按键状态
  int reading = digitalRead(BUTTON_PIN);
  
  // 检查状态变化
  if (reading != last_button_state) {
    // 重置防抖计时器
    last_debounce_time = millis();
    Serial.print("按键状态变化: ");
    Serial.println(reading == HIGH ? "HIGH -> 释放" : "LOW -> 按下");
  }
  
  // 检查防抖时间是否已过
  if ((millis() - last_debounce_time) > debounce_delay) {
    // 如果状态稳定且已改变
    if (reading != button_state) {
      button_state = reading;
      
      // 按键按下（低电平）
      if (button_state == LOW) {
        Serial.println("\n=== 按键按下 ===");
        
        if (has_received_data) {
          sendIRData();
        } else {
          Serial.println("错误: 没有存储的红外数据");
        }
      } else {
        // 按键释放
        Serial.println("按键释放");
      }
    }
  }
  
  // 保存当前状态用于下次比较
  last_button_state = reading;
}

void sendIRData() {
  if (!has_received_data) {
    Serial.println("错误: 没有存储的红外数据");
    return;
  }

  Serial.println("\n=== 发送红外信号 ===");
  
  // 根据解码类型发送相应的信号
  switch (received_data.decode_type) {
    case NEC:
      Serial.println("发送 NEC 格式信号");
      irsend.sendNEC(received_data.value, received_data.bits);
      break;
      
    case SONY:
      Serial.println("发送 SONY 格式信号");
      irsend.sendSony(received_data.value, received_data.bits);
      break;
      
    case RC5:
      Serial.println("发送 RC5 格式信号");
      irsend.sendRC5(received_data.value, received_data.bits);
      break;
      
    case RC6:
      Serial.println("发送 RC6 格式信号");
      irsend.sendRC6(received_data.value, received_data.bits);
      break;
      
    case PANASONIC:
      Serial.println("发送 Panasonic 格式信号");
      irsend.sendPanasonic64(received_data.value);
      break;
      
    case LG:
      Serial.println("发送 LG 格式信号");
      irsend.sendLG(received_data.value, received_data.bits);
      break;
      
    case JVC:
      Serial.println("发送 JVC 格式信号");
      irsend.sendJVC(received_data.value, received_data.bits, 0);
      break;
      
    case SAMSUNG:
      Serial.println("发送 SAMSUNG 格式信号");
      irsend.sendSAMSUNG(received_data.value, received_data.bits);
      break;
      
    case WHYNTER:
      Serial.println("发送 Whynter 格式信号");
      irsend.sendWhynter(received_data.value, received_data.bits);
      break;
      
    case COOLIX:
      Serial.println("发送 Coolix 格式信号");
      irsend.sendCoolix48(received_data.value);
      break;
      
    case RAW:
      Serial.println("发送原始数据格式信号");
      irsend.sendRaw(rawData, rawDataLen, 38); // 38kHz
      break;
      
    default:
    case UNKNOWN:
      Serial.println("发送未知格式信号（原始数据）");
      if (rawDataLen > 0) {
        irsend.sendRaw(rawData, rawDataLen, 38); // 38kHz
      } else {
        Serial.println("错误: 原始数据为空");
      }
      break;
  }
  
  Serial.println("信号发送完成");
  Serial.println("等待接收新信号...");
}

按下开发板上的 BOOT 按钮（IO0），串口应打印“Button pressed! Repeating last IR code…”，然后红外发射管应转发刚才接收到的信号。

结语

文章都看到完了，就不点个关注吗，老铁！
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