手把手教你做一个相机红外遥控器

简介: 手把手教你做一个相机红外遥控器

ML-L3是用于尼康部分型号相机的无线红外遥控器,可以通过红外方式来控制快门的释放,支持B门拍摄。官方售价100RMB左右,山寨版售价10RMB左右。虽然也能实现基本的遥控功能,但是功能还是比较单一,如不能实现定时拍摄,即用来拍摄制作延时视频的素材。本篇文章介绍如何通过Arduino、MCU或FPGA来控制红外发射器,产生快门指令从而实现无线遥控快门的功能。

640.jpg


拆解ML-L3遥控器

为了实现ML-L3遥控器的功能,我们首先要了解无线遥控器的原理。当然最好的方式就是拆解一个ML-L3,然后看看内部的电路,然后测出红外的编码。但是手头又没有这样的一个遥控器,有国外的网友已经拆解了并且测出了红外编码的波形,如下图。


官方遥控器PCB板:

640.jpg


山寨遥控器PCB板:

640.jpg


从PCB板来看,果然还是官方的用料更足一些,通过测量红外发射引脚,在按下按钮时,红外发射头会发出一串脉冲信号,如下图所示:

640.png


其中黑色的部分是38KHz的PWM方波,空白部分是低电平,以上波形就表示一个快门指令。

红外遥控协议主要有两种:NEC协议和Philips RC-5协议,NEC采用PWM方式调制,RC-5采用PPM方式调制。其中使用最多的是NEC协议,38KHz载波,一般是由引导码+地址码+地址反码+数据+数据反码构成。其中逻辑0和逻辑1的编码如下:

640.png


基于Arduino的实现

好了,知道了快门指令的红外波形,我们只需要写个函数实现这一串脉冲信号就可以了。Arduino开发板,我手头上有的是Circuit Playground Express这款开发板,板载一对红外发射接收头,和两路按键,对于我们的功能已经是足够用了。在使用前需要先安装Cortex-M0的库。

640.jpg


程序非常简单,按下按键时,发出一个快门指令:

#include<Adafruit_CircuitPlayground.h>  
#define IR_Pin      25
#defineLed_Pin13
#defineButtonA_Pin4
#defineButtonB_Pin5
#define LED_ON      digitalWrite(Led_Pin, LOW)
#define LED_OFF     digitalWrite(Led_Pin, HIGH)
#define LED_SET(x)  digitalWrite(Led_Pin, x)
#define IR_ON     digitalWrite(IR_Pin, HIGH)
#define IR_OFF    digitalWrite(IR_Pin, LOW)
#define GET_BUTTONA()  digitalRead(ButtonA_Pin)
#define GET_BUTTONB()  digitalRead(ButtonB_Pin)
int sts = 0;
void setup()
{
  pinMode(IR_Pin, OUTPUT);
  pinMode(Led_Pin, OUTPUT);
  pinMode(ButtonA_Pin, INPUT_PULLDOWN);
  pinMode(ButtonB_Pin, INPUT_PULLDOWN);
Serial.begin(9600);
}
//Nikon ML-L3 红外遥控器快门编码:38KHz=26us
void loop()
{
if(GET_BUTTONA())
{
    delay(10);
if(GET_BUTTONA())
{
      sts = !sts;
      LED_SET(sts);
Serial.println("Right button pressed!");
OneShot();
}
}
while(GET_BUTTONA());  //等待松开
}
voidOneShot()
{
int i = 0;
for(i = 76; i > 0; i--)  //2100ms
{
    IR_ON;      //13.5
    delayMicroseconds(12);
    IR_OFF;     //13.7
    delayMicroseconds(12);
}
  IR_OFF;
  delay(28);  //2803us
for(i = 15; i > 0; i--) //393us
{
    IR_ON;
    delayMicroseconds(12);
    IR_OFF;
    delayMicroseconds(12);
}
  IR_OFF;
  delayMicroseconds(1580);    //1611us
for(i = 15; i > 0; i--)
{
    IR_ON;
    delayMicroseconds(12);
    IR_OFF;
    delayMicroseconds(12);
}
  delayMicroseconds(3580);
for(i = 15; i > 0; i--)
{
    IR_ON;
    delayMicroseconds(12);
    IR_OFF;
    delayMicroseconds(12);
}
  IR_OFF;
}


基于STM32的实现

在STM32F103上的实现也是非常简单,主要用到了GPIO控制和精确延时函数。红外控制引脚和按键引脚可根据需要来调整。

//根据Nikon ML-L3红外遥控器编码协议,产生快门指令
voidOneShot(void)
{
int i = 0;
for(i = 76; i > 0; i--)   //2100ms
{
        IR_ON;      //13.5
        delay_us(12);
        IR_OFF;     //13.7
        delay_us(12);
}
    IR_OFF;
    delay_ms(28);  //2803us
for(i = 15; i > 0; i--)  //393us
{
        IR_ON;
        delay_us(12);
        IR_OFF;
        delay_us(12);
}
    IR_OFF;
    delay_us(1580);    //1611us
for(i = 15; i > 0; i--)
{
        IR_ON;
        delay_us(12);
        IR_OFF;
        delay_us(12);
}
    delay_us(3580);
for(i = 15; i > 0; i--)
{
        IR_ON;
        delay_us(12);
        IR_OFF;
        delay_us(12);
}
    IR_OFF;
}


基于FPGA的实现

对于FPGA来说,这种波形的产生,时间可以控制的更精确,这取决于FPGA的时钟,时钟越高精度越高,而且可控性更强一些,就是实现起来稍微麻烦一些。

Verilog文件

module ml_l3_pulse_gen(
input clk_50M,  //20ns
input rst_n,
input trig,     //negedge trig
output pulse
);
parameter T1_2000US  = 100000;
parameter T2_28000US = 1400000;
parameter T3_400US   = 20000;
parameter T4_1580US  = 79000;
parameter T5_400US   = T3_400US;
parameter T6_3580US  = 179000;
parameter T7_400US   = T3_400US;
parameter T1_STS = 1;
parameter T2_STS = 2;
parameter T3_STS = 3;
parameter T4_STS = 4;
parameter T5_STS = 5;
parameter T6_STS = 6;
parameter T7_STS = 7;
parameter T8_STS = 8;
parameter T0_STS = 0;
parameter TIME_38KHZ = 658;
reg [7:0] cur_sts;
reg [31:0] cnt_38khz;
reg [31:0] cnt;
reg [31:0] cnt_max;
reg en;
reg pwm_38k;
reg trig_reg;
assign pulse = (en) ? pwm_38k : 0;
always @ (posedge clk_50M)
begin
    trig_reg <= trig;
end
always @ (posedge clk_50M)
begin
if(!rst_n)
        cnt_max <= 0;
else 
begin
case(cur_sts)
            T0_STS : cnt_max <= 0;
            T1_STS : cnt_max <= T1_2000US;
            T2_STS : cnt_max <= T2_28000US;
            T3_STS : cnt_max <= T3_400US;
            T4_STS : cnt_max <= T4_1580US;
            T5_STS : cnt_max <= T5_400US;
            T6_STS : cnt_max <= T6_3580US;
            T7_STS : cnt_max <= T7_400US;
default: cnt_max <= 0;
        endcase
end
end
always @ (posedge clk_50M)
begin
if(!rst_n)
        en <= 0;
else
begin
case(cur_sts)
1,3,5,7: en <= 1;
2,4,6,0: en <= 0;
default: en <= 0;
        endcase
end
end
always @ (posedge clk_50M)
begin
if(!rst_n)
        cnt <= 0;
else
begin
if(cur_sts != T0_STS && cnt < cnt_max)
            cnt <= cnt + 1;
else 
            cnt <= 0;
end
end
always @ (posedge clk_50M)
begin
if(!rst_n)
        cur_sts <= T0_STS;
else 
begin
case(cur_sts)
            T0_STS:
if(trig_reg & !trig)
                    cur_sts <= T1_STS;
            T1_STS:
if(cnt == T1_2000US)
                    cur_sts <= T2_STS;
            T2_STS:
if(cnt == T2_28000US)
                    cur_sts <= T3_STS;
            T3_STS:
if(cnt == T3_400US)
                    cur_sts <= T4_STS;
            T4_STS:
if(cnt == T4_1580US)
                    cur_sts <= T5_STS;
            T5_STS:
if(cnt == T5_400US)
                    cur_sts <= T6_STS;
            T6_STS:
if(cnt == T6_3580US)
                    cur_sts <= T7_STS;
            T7_STS:
if(cnt == T7_400US)
                    cur_sts <= T0_STS;
default:
                cur_sts <= T0_STS;
        endcase
end
end
/* 38KHz counter */
always @ (posedge clk_50M)
begin
if(!rst_n)
        cnt_38khz <= 0;
else 
begin
if(en && cnt_38khz < TIME_38KHZ)
            cnt_38khz <= cnt_38khz + 1;
else 
            cnt_38khz <= 0;
end
end
/* generate 38KHz pwm */
always @ (posedge clk_50M)
begin
if(!rst_n)
        pwm_38k <= 0;
elseif(cnt_38khz == TIME_38KHZ)
        pwm_38k <= ~pwm_38k;
end
endmodule


仿真test bench 文件

`timescale 1ns/100ps
module ml_l3_pulse_gen_tb;
parameter SYSCLK_PERIOD = 20;// 50MHZ
reg SYSCLK;
reg NSYSRESET;
reg trig;
wire pulse;
initial
begin
    SYSCLK = 1'b0;
    NSYSRESET = 1'b0;
    trig = 0;
end
initial
begin
    #(SYSCLK_PERIOD * 10 )
        NSYSRESET = 1'b0;
        trig = 0;
    #(SYSCLK_PERIOD * 1000 )
        NSYSRESET = 1'b1;
    #(SYSCLK_PERIOD * 10 )
        trig = 1;
    #SYSCLK_PERIOD
        trig = 0;
end
always @(SYSCLK)
    #(SYSCLK_PERIOD / 2.0) SYSCLK <= !SYSCLK;
ml_l3_pulse_gen ml_l3_pulse_gen_0 (
    // Inputs
    .clk_50M(SYSCLK),
    .rst_n(NSYSRESET),
    .trig(trig),
    // Outputs
    .pulse(pulse)
);
endmodule


实际使用效果

对于实际的脉冲时间,不用特别的精确,误差不要太大就行,最好使用示波器测量以下脉冲的时间。对于制作好的遥控器,只需要在相机周围按下按钮就可实现遥控快门。相机机身的红外接收头前后各有一个,可以方便在不同的位置遥控。如下图所示。

640.jpg


总结

这款尼康ML-L3红外遥控器的实现原理非常简单,可扩展性强,可以根据需要自己添加功能,如添加固定时间间隔拍摄,固定张数拍摄,用于拍摄制作延时视频所需要的图片素材。当然,也可以使用手机上的遥控器来实现这个功能。

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