]> vault307.fbx.one Git - micorpython_ir.git/blobdiff - README.md
Prior to merge.
[micorpython_ir.git] / README.md
index 3c78771b3cdb325a264ee73bce8d6d4b9c7fbba9..371615fbfb08d8fcc035c38773fd8ea9af470e32 100644 (file)
--- a/README.md
+++ b/README.md
@@ -2,20 +2,24 @@
 
 This repo provides a driver to receive from IR (infra red) remote controls and
 a driver for IR "blaster" apps. The device drivers are nonblocking. They do not
-require `uasyncio` but are compatible with it.
+require `uasyncio` but are compatible with it, and are designed for standard
+firmware builds.
 
-The transmitter driver is specific to the Pyboard. The receiver is cross
-platform and has been tested on Pyboard, ESP8266 and ESP32. See
-[Receiver platforms](./README.md#42-receiver-platforms) for test results and
-limitations.
+The receiver is cross platform and has been tested on Pyboard, ESP8266 and
+ESP32. The transmitter driver is compatible with Pyboard (1.x and D series) and
+also (subject to limitations) with ESP32. For the transmitter a Pyboard is
+recommended.
+
+The transmitter is documented [here](./TRANSMITTER.md) and the receiver is
+[here](./RECEIVER.md).
 
 # 1. IR communication
 
 IR communication uses a carrier frequency to pulse the IR source. Modulation
 takes the form of OOK (on-off keying). There are multiple protocols and at
-least three options for carrier frequency, namely 36KHz, 38KHz and 40KHz.
+least three options for carrier frequency: 36, 38 and 40KHz.
 
-The drivers support NEC and Sony protocols and two Philips protocols, namely
+The drivers support NEC and Sony protocols plus two Philips protocols, namely
 RC-5 and RC-6 mode 0. In the case of the transmitter the carrier frequency is a
 runtime parameter: any value may be specified. The receiver uses a hardware
 demodulator which should be purchased for the correct frequency. The receiver
@@ -25,7 +29,7 @@ agnostic.
 Examining waveforms from various remote controls it is evident that numerous
 protocols exist. Some are doubtless proprietary and undocumented. The supported
 protocols are those for which I managed to locate documentation. My preference
-is for the NEC version. It has conservative timing and ample scope for error
+is for the NEC version. It has conservative timing and good provision for error
 detection. RC-5 has limited error detection, and RC-6 mode 0 has rather fast
 timing.
 
@@ -39,349 +43,20 @@ dependent.
 
 # 2. Hardware Requirements
 
+These are discussed in detail in the relevant docs; the following provides an
+overview.
+
 The receiver is cross-platform. It requires an IR receiver chip to demodulate
 the carrier. The chip must be selected for the frequency in use by the remote.
 For 38KHz devices a receiver chip such as the Vishay TSOP4838 or the
 [adafruit one](https://www.adafruit.com/products/157) is required. This
 demodulates the 38KHz IR pulses and passes the demodulated pulse train to the
-microcontroller. The tested chip returns a 0 level on carrier detect, but the
-driver design ensures operation regardless of sense.
+microcontroller.
 
 In my testing a 38KHz demodulator worked with 36KHz and 40KHz remotes, but this
 is obviously neither guaranteed nor optimal.
 
-The pin used to connect the decoder chip to the target is arbitrary. The test
-program assumes pin X3 on the Pyboard, pin 23 on ESP32 and pin 13 on ESP8266.
-On the WeMos D1 Mini the equivalent pin is D7.
-
-The transmitter requires a Pyboard 1.x (not Lite) or a Pyboard D. Output is via
-an IR LED which will normally need a transistor to provide sufficient current.
-Typically these need 50-100mA of drive to achieve reasonable range and data
-integrity. A suitable LED is [this one](https://www.adafruit.com/product/387).
-
-The transmitter test script assumes pin X1 for IR output. It can be changed,
-but it must support Timer 2 channel 1. Pins for pushbutton inputs are
-arbitrary: X3 and X4 are used.
-
-# 3. Installation
-
-On import, demos print an explanation of how to run them.
-
-## 3.1 Receiver
-
-This is a Python package. This minimises RAM usage: applications only import
-the device driver for the protocol in use.
-
-Copy the following to the target filesystem:
- 1. `ir_rx` Directory and contents. Contains the device drivers.
- 2. `ir_rx_test.py` Demo of a receiver.
-
-There are no dependencies.
-
-The demo can be used to characterise IR remotes. It displays the codes returned
-by each button. This can aid in the design of receiver applications. The demo
-prints "running" every 5 seconds and reports any data received from the remote.
-
-## 3.2 Transmitter
-
-Copy the following files to the Pyboard filesystem:
- 1. `ir_tx.py` The transmitter device driver.
- 2. `ir_tx_test.py` Demo of a 2-button remote controller.
-
-The device driver has no dependencies. The test program requires `uasyncio`
-from the official library and `aswitch.py` from
-[this repo](https://github.com/peterhinch/micropython-async).
-
-# 4. Receiver
-
-This implements a class for each supported protocol. Applications should
-instantiate the appropriate class with a callback. The callback will run
-whenever an IR pulse train is received. Example running on a Pyboard:
-
-```python
-import time
-from machine import Pin
-from pyb import LED
-from ir_rx.nec import NEC_8  # NEC remote, 8 bit addresses
-
-red = LED(1)
-
-def callback(data, addr, ctrl):
-    if data < 0:  # NEC protocol sends repeat codes.
-        print('Repeat code.')
-    else:
-        print('Data {:02x} Addr {:04x}'.format(data, addr))
-
-ir = NEC_8(Pin('X3', Pin.IN), callback)
-while True:
-    time.sleep_ms(500)
-    red.toggle()
-```
-
-#### Common to all classes
-
-Constructor:  
-Args:  
- 1. `pin` is a `machine.Pin` instance configured as an input, connected to the
- IR decoder chip.  
- 2. `callback` is the user supplied callback.
- 3. `*args` Any further args will be passed to the callback.  
-
-The user callback takes the following args:  
- 1. `data` (`int`) Value from the remote. Normally in range 0-255. A value < 0
- signifies an NEC repeat code.
- 2. `addr` (`int`) Address from the remote.
- 3. `ctrl` (`int`) The meaning of this is protocol dependent:  
- NEC: 0  
- Philips: this is toggled 1/0 on repeat button presses. If the button is held
- down it is not toggled. The  transmitter demo implements this behaviour.  
- Sony: 0 unless receiving a 20-bit stream, in which case it holds the extended
- value.
- 4. Any args passed to the constructor.
-
-Bound variable:  
- 1. `verbose=False` If `True` emits debug output.
-
-Method:
- 1. `error_function` Arg: a function taking a single arg. If this is specified
- it will be called if an error occurs. The value corresponds to the error code
- (see below).
-
-A function is provided to print errors in human readable form. This may be
-invoked as follows:
-
-```python
-from ir_rx.print_error import print_error  # Optional print of error codes
-# Assume ir is an instance of an IR receiver class
-ir.error_function(print_error)
-```
-
-#### NEC classes
-
-`NEC_8`, `NEC_16`
-
-```python
-from ir_rx.nec import NEC_8
-```
-
-Remotes using the NEC protocol can send 8 or 16 bit addresses. If the `NEC_16`
-class receives an 8 bit address it will get a 16 bit value comprising the
-address in bits 0-7 and its one's complement in bits 8-15.  
-The `NEC_8` class enables error checking for remotes that return an 8 bit
-address: the complement is checked and the address returned as an 8-bit value.
-A 16-bit address will result in an error.
-
-#### Sony classes
-
-`SONY_12`, `SONY_15`, `SONY_20`
-
-```python
-from ir_rx.sony import SONY_15
-```
-
-The SIRC protocol comes in 3 variants: 12, 15 and 20 bits. `SONY_20` handles
-bitstreams from all three types of remote. Choosing a class matching the remote
-improves the timing reducing the likelihood of errors when handling repeats: in
-20-bit mode SIRC timing when a button is held down is tight. A worst-case 20
-bit block takes 39ms nominal, yet the repeat time is 45ms nominal.  
-A single physical remote can issue more than one type of bitstream. The Sony
-remote tested issued both 12 bit and 15 bit streams.
-
-#### Philips classes
-
-`RC5_IR`, `RC6_M0`
-
-```python
-from ir_rx.philips import RC5_IR
-```
-
-These support the RC-5 and RC-6 mode 0 protocols respectively.
-
-# 4.1 Errors
-
-IR reception is inevitably subject to errors, notably if the remote is operated
-near the limit of its range, if it is not pointed at the receiver or if its
-batteries are low. The user callback is not called when an error occurs.
-
-On ESP8266 and ESP32 there is a further source of errors. This results from the
-large and variable interrupt latency of the device which can exceed the pulse
-duration. This causes pulses to be missed or their timing measured incorrectly.
-On ESP8266 some improvment may be achieved by running the chip at 160MHz.
-
-In general applications should provide user feedback of correct reception.
-Users tend to press the key again if the expected action is absent.
-
-In debugging a callback can be specified for reporting errors. The value passed
-to the error function are represented by constants indicating the cause of the
-error. These are as follows:
-
-`BADSTART` A short (<= 4ms) start pulse was received. May occur due to IR
-interference, e.g. from fluorescent lights. The TSOP4838 is prone to producing
-200µs pulses on occasion, especially when using the ESP8266.  
-`BADBLOCK` A normal data block: too few edges received. Occurs on the ESP8266
-owing to high interrupt latency.  
-`BADREP` A repeat block: an incorrect number of edges were received.  
-`OVERRUN` A normal data block: too many edges received.  
-`BADDATA` Data did not match check byte.  
-`BADADDR` (`NEC_IR`) If `extended` is `False` the 8-bit address is checked
-against the check byte. This code is returned on failure.  
-
-# 4.2 Receiver platforms
-
-Currently the ESP8266 suffers from [this issue](https://github.com/micropython/micropython/issues/5714).
-Testing was therefore done without WiFi connectivity.
-
-Philips protocols (especially RC-6) have tight timing constraints with short
-pulses whose length must be determined with reasonable accuracy. The Sony 20
-bit protocol also has a timing issue in that the worst case bit pattern takes
-39ms nominal, yet the repeat time is 45ms nominal. These issues can lead to
-errors particularly on slower targets. As discussed above, errors are to be
-expected. It is up to the user to decide if the error rate is acceptable.
-
-Reception was tested using Pyboard D SF2W, ESP8266 and ESP32 with signals from
-remote controls (where available) and from the tranmitter in this repo. Issues
-are listed below.
-
-NEC: No issues.  
-Sony 12 and 15 bit: No issues.  
-Sony 20 bit: On ESP32 some errors occurred when repeats occurred.  
-Philips RC-5: On ESP32 with one remote control many errors occurred, but paired
-with the transmitter in this repo it worked.  
-Philips RC-6: No issues. Only tested against the transmitter in this repo.
-
-# 4.3 Principle of operation
-
-Protocol classes inherit from the abstract base class `IR_RX`. This uses a pin
-interrupt to store in an array the start and end times of pulses (in μs).
-Arrival of the first pulse triggers a software timer which runs for the
-expected duration of an IR block (`tblock`). When it times out its callback
-(`.decode`) decodes the data and calls the user callback. The use of a software
-timer ensures that `.decode` and the user callback can allocate.
-
-The size of the array and the duration of the timer are protocol dependent and
-are set by the subclasses. The `.decode` method is provided in the subclass.
-
-CPU times used by `.decode` (not including the user callback) were measured on
-a Pyboard D SF2W at stock frequency. They were: NEC 1ms for normal data, 100μs
-for a repeat code. Philips codes: RC-5 900μs, RC-6 mode 0 5.5ms.
-
-# 5 Transmitter
-
-This is specific to Pyboard D and Pyboard 1.x (not Lite).
-
-It implements a class for each supported protocol, namely `NEC`, `SONY`, `RC5`
-and `RC6_M0`. The application instantiates the appropriate class and calls the
-`transmit` method to send data.
-
-Constructor  
-All constructors take the following args:  
- 1. `pin` An initialised `pyb.Pin` instance supporting Timer 2 channel 1: `X1`
- is employed by the test script. Must be connected to the IR diode as described
- below.
- 2. `freq=default` The carrier frequency in Hz. The default for NEC is 38000,
- Sony is 40000 and Philips is 36000.
- 3. `verbose=False` If `True` emits debug output.
-
-The `SONY` constructor is of form `pin, bits=12, freq=40000, verbose=False`.
-The `bits` value may be 12, 15 or 20 to set SIRC variant in use. Other args are
-as above.
-
-Method:
- 1. `transmit(addr, data, toggle=0)` Integer args. `addr` and `data` are
- normally 8-bit values and `toggle` is normally 0 or 1.  
- In the case of NEC, if an address < 256 is passed, normal mode is assumed and
- the complementary value is appended. 16-bit values are transmitted as extended
- addresses.  
- In the case of NEC the `toggle` value is ignored. For Philips protocols it
- should be toggled each time a button is pressed, and retained if the button is
- held down. The test program illustrates a way to do this.  
- `SONY` ignores `toggle` unless in 20-bit mode, in which case it is transmitted
- as the `extended` value and can be any integer in range 0 to 255.
-
-The `transmit` method is synchronous with rapid return. Actual transmission
-occurs as a background process, controlled by timers 2 and 5. Execution times
-on a Pyboard 1.1 were 3.3ms for NEC, 1.5ms for RC5 and 2ms for RC6.
-
-# 5.1 Wiring
-
-I use the following circuit which delivers just under 40mA to the diode. R2 may
-be reduced for higher current.  
-![Image](images/circuit.png)
-
-This alternative delivers a constant current of about 53mA if a higher voltage
-than 5V is available. R4 determines the current value and may be reduced to
-increase power.  
-![Image](images/circuit2.png)
-
-The transistor type is not critical.
-
-The driver assumes circuits as shown. Here the carrier "off" state is 0V,
-which is the driver default. If using a circuit where "off" is required to be
-3.3V, the constant `_SPACE` in `ir_tx.py` should be changed to 100.
-
-# 5.2 Principle of operation
-
-The classes inherit from the abstract base class `IR`. This has an array `.arr`
-to contain the duration (in μs) of each carrier on or off period. The
-`transmit` method calls a `tx` method of the subclass which populates this
-array. On completion `transmit` appends a special `STOP` value and initiates
-physical transmission which occurs in an interrupt context.
-
-This is performed by two hardware timers initiated in the constructor. Timer 2,
-channel 1 is used to configure the output pin as a PWM channel. Its frequency
-is set in the constructor. The OOK is performed by dynamically changing the
-duty ratio using the timer channel's `pulse_width_percent` method: this varies
-the pulse width from 0 to a duty ratio passed to the constructor. The NEC
-protocol defaults to 50%, the Sony and Philips ones to 30%.
-
-The duty ratio is changed by the Timer 5 callback `._cb`. This retrieves the
-next duration from the array. If it is not `STOP` it toggles the duty cycle
-and re-initialises T5 for the new duration.
-
-The `IR.append` enables times to be added to the array, keeping track of the
-notional carrier on/off state for biphase generation. The `IR.add` method
-facilitates lengthening a pulse as required in the biphase sequences used in
-Philips protocols.
-
-# 6. References
-
-[General information about IR](https://www.sbprojects.net/knowledge/ir/)
-
-The NEC protocol:  
-[altium](http://techdocs.altium.com/display/FPGA/NEC+Infrared+Transmission+Protocol)  
-[circuitvalley](http://www.circuitvalley.com/2013/09/nec-protocol-ir-infrared-remote-control.html)
-
-Philips protocols:  
-[RC5](https://en.wikipedia.org/wiki/RC-5)  
-[RC6](https://www.sbprojects.net/knowledge/ir/rc6.php)
-
-Sony protocol:  
-[SIRC](https://www.sbprojects.net/knowledge/ir/sirc.php)
-
-# Appendix 1 NEC Protocol description
-
-A normal burst comprises exactly 68 edges, the exception being a repeat code
-which has 4. An incorrect number of edges is treated as an error. All bursts
-begin with a 9ms pulse. In a normal code this is followed by a 4.5ms space; a
-repeat code is identified by a 2.25ms space. A data burst lasts for 67.5ms.
-
-Data bits comprise a 562.5µs mark followed by a space whose length determines
-the bit value. 562.5µs denotes 0 and 1.6875ms denotes 1.
-
-In 8 bit address mode the complement of the address and data values is sent to
-provide error checking. This also ensures that the number of 1's and 0's in a
-burst is constant, giving a constant burst length of 67.5ms. In extended
-address mode this constancy is lost. The burst length can (by my calculations)
-run to 76.5ms.
-
-A pin interrupt records the time of every state change (in µs). The first
-interrupt in a burst sets an event, passing the time of the state change. A
-coroutine waits on the event, yields for the duration of a data burst, then
-decodes the stored data before calling the user-specified callback.
-
-Passing the time to the `Event` instance enables the coro to compensate for
-any asyncio latency when setting its delay period.
-
-The algorithm promotes interrupt handler speed over RAM use: the 276 bytes used
-for the data array could be reduced to 69 bytes by computing and saving deltas
-in the interrupt service routine.
+The transmitter requires a Pyboard 1.x (not Lite), a Pyboard D or an ESP32.
+Output is via an IR LED which will need a transistor to provide sufficient
+current. The ESP32 has significant limitations as a transmitter discussed
+[here](./TRANSMITTER.md#52-esp32).