Arduino项目式编程教学第三章——红外遥控灯_arduino教学设计

文章目录
一、按键模块的使用
二、使用按键控制LED灯开关
三、红外遥控及红外接收头的使用
四、完成红外遥控灯
五、总结

硬件清单

一、按键模块的使用

如图所示为常见的按键模块，包含一个按键开关、一枚电阻及三根针脚，其电路原理图如下：

其原理也比较简单，1.在按键未按下时，信号端OUT与负极GND相接，此时获取信号为低电平；2.当按键按下，此时OUT与正极VCC导通，此时获取信号为高电平；另外与负极GND相连的电阻称之为下拉电阻，即在按键未按下时，保证电平信号为低电平。
按照上述原理，我们得知：将按键模块接入数字端口后，未按下时，得到低电平信号，即为0；当按键按下，得到高电平信号，即为1。
接下来按照下图进行连线，并检验是否符合上述结论：

将按键模块接入4号数字端口后，通过如下程序并使用串口监视器进行观察：

void setup()
{
	pinMode(4,INPUT);  //设置4号数字端口为输入模式
	Serial.begin(9600);  //初始化串口监视器，波特率默认9600
}
void loop()
{
	Serial.println(digitalRead(4));  //通过串口打印在4号端口获取的信号
}
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如图即为按键按下时串口监视器的输出内容（注：本章的串口监视器页面与前面有些区别，本章开始Arduino编译器使用了2.2的全新版本）

二、使用按键控制LED灯开关

按照如下图所示进行连线：

将两个按键模块分别连接到数字端4号及7号端口，并且将LED灯连接到数字端9号端口（可连接到任意端口，但要与下文的程序端口一一对应）
首先思考使用两个按键模块分别控制LED灯开关的逻辑是怎样的？即“如果4号按键按下，则开灯；如果7号按键按下，则关灯。”这里用到了“如果”这个词汇，因此先来学习符合这个逻辑的语句——if判断。

1. if判断语句

如图，if判断语句大致分为两类——“if-if句型”中的各个条件之间可以不相互影响，而“if-else句型”的两个条件是互补的。且可扩充至以下用法：

下面我们用实际的代码块来演示“if判断语句”的用法：

int i = 0;  //定义一个整型变量i
if(i <= 1)  //第一个判断，如果i小于或等于1
{
	i++;  //满足则i自身加1
}
if(i > 1)  //第二个判断，如果i大于1
{
	i--;  //满足则i自身减1
}
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int i = 0;  //定义一个整型变量i
if(i <= 1)  //第一个判断，如果i小于或等于1
{
	i++;  //满足则i自身加1
}
else  //第二个判断，如果不满足第一个条件
{
	i--;  //自身减1
}
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if判断语句自上而下执行，并且仅执行一次（如果在loop函数内，则受loop影响，所有程序循环执行）。

2.应用if判断实现两个按键控制灯开关

再次确保各模块连接正确，然后完成以下程序：

//此程序功能为使用两个按键模块控制灯亮灭
//两个按键分别接到数字端口D4与D7，LED灯接到D9

void setup() 
{
  pinMode(4,INPUT);  
  pinMode(7,INPUT);  //设置4号及7号连接按键的端口为输入
  pinMode(9,OUTPUT);  //设置9号连接LED灯的端口为输出
  digitalWrite(9,LOW);  //初始9端口输出低电平，LED灯灭
}

void loop() 
{
  if(digitalRead(4) == 1)  //如果检测到4号端口为高电平（即此按键按下）
  {
    digitalWrite(9,HIGH);  //设置9号端口为高电平，点亮LED灯
  }
  if(digitalRead(7) == 1)  //如果检测到7号端口为高电平（即此按键按下）
  {
    digitalWrite(9,LOW);  //设置9号端口为低电平，熄灭LED灯
  }
}
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上传以上程序，并观察是否可以通过分别按下两个开关来控制LED灯的亮灭。
这里对上述程序中if判断内的“==”符号进行说明：形如“int i = 1”，其中的“=”的作用为赋值，即将“i”中的数值变为“1”；但“if”判断中的“digitalRead(4) == 1”，其中“==”表示判断，其作用为判断“4号”端口的数值是否为“1”。

3.进阶——使用单个按键控制LED灯开关

接下来我们拔掉一个按键模块，尝试使用单个按键来控制LED灯的亮灭：

仅保留4号数字端口的按键以及9号数字端口的LED灯，然后完成以下程序：

//此程序为使用单个按键模块控制灯亮灭
//按键接到数字端口D4，LED灯接到D9

void setup() 
{
  pinMode(4,INPUT);  //设置4号连接按键的端口为输入
  pinMode(9,OUTPUT);  //设置9号连接LED灯的端口为输出
  digitalWrite(9,LOW);  //初始9端口输出低电平，LED灯灭
}

int i = 0;  //创建一个整型变量并赋值为1

void loop() 
{
  if(digitalRead(4) == 1)  //如果检测到4号端口为高电平（即此按键按下）
  {
    i++;  //变量i自身加1
    delay(300);  //延时300毫秒，防止按下一次多次执行
  }

  if(i % 2 == 0)  //如果i能够被2整除
  {
    digitalWrite(9,LOW);  //设置9号端口为低电平，熄灭LED灯
  }
  else  //不满足上述条件
  {
    digitalWrite(9,HIGH);  //设置9号端口为高电平，点亮LED灯
  }
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我们首先通过下图来说明一下其原理：

这里需要补充说明符号“%”，使用此符号可以得到整除后的余数，即“余除”；另外使用“/”可以得到整除后的数值。

三、红外遥控及红外接收头的使用

1.Arduino开源库的使用

由于Arduino是一个完全开源的平台，不仅其硬件开源，使用Arduino的开发者也贡献了很多不同元器件的开源库，学习者可以登陆Arduino官网查看“www.arduino.cc”；借助开源库可以帮助我们轻松的使用一些较为复杂的元器件，下面我们说明一下开源库的导入及其所带示例程序。

如果使用的Arduino编译器版本为当前最新的2.2版本，可方便的在上图左侧的库管理菜单栏直接搜索并安装相应库文件；如果并非最新版，也可从“项目-导入库”直接进行导入，建议先将从官网下载的库文件压缩成zip文件，然后直接导入.zip文件。

2.红外遥控及红外接收头测试

如上图为本章使用的红外遥控及红外接收头，红外遥控为成品，可直接使用；另外红外接收头的针脚线序如上，自左向右分别为“OUT”、“GND”、“VCC”；接下来按照下图进行接线，其中红外接收头的“OUT”针脚接数字端“11”。

接下来我们需要导入“IRremote”库，可以直接在库管理搜索“IRremote”或者去arduino.cc官网下载，但要注意本章使用的为IRremote1.0的版本，注意下载好对应的版本；或者在我的网盘下载：“链接: https://pan.baidu.com/s/1m5xKz7RB36OF6H2LEMlmFQ?pwd=tff9 提取码: tff9”按照上述导入.zip库的方法进行导入。

接下来完成以下程序来使用红外接收功能：

//这是使用IRremote库接收红外信号
//并且把接收到的信号使用十六进制串口打印出来

#include <IRremote.h>  //导入IRremote库
IRrecv ir(11);//声明一个对象，形参为接线针脚
decode_results results;//构造一个名为results的对象，存放解码的值

void setup()
{
  Serial.begin(9600);  //串口监视器初始化
  ir.enableIRIn();   // 启动红外接收
}

void loop() 
{
  if (ir.decode(&results)) //如果ir解码成功了
  {
    Serial.println(results.value, HEX);  //串口输出十六进制的解码值
    delay(300);  //延时300毫秒 
    ir.resume();  //继续接收下一个信号
  }
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现对上述程序作简要说明：但凡要用到库文件时，都需要使用“#include”来导入相应库文件；
“IRrecv ir(11)”的功能为：使用自定义的“ir”来调用IRrecv的所有功能，这里的“ir”是可自定义命名的，并且其括号内的数字为红外接收头OUT端所接的数字端口号；
“decode_results results”的作用为构造一个用于存放解码后数值的对象，并且第二个“results”也是可自定义命名的；
“ir.enableIRIN()”为启动红外接收功能，其中“ir”要与上述代码声明对象时的命名一致；
“ir.decode(&results)”作用为检测是否解码成功，如果解码成功则返回数值“1”，此时if判断可以执行；
“Serial.println(results.value, HEX)”作用为使用串口监视器输出“results”内的“value”，即数值，并且HEX为输出16进制数；（二进制、八进制、十进制、十六进制的转换）
“ir.resume()”作用为继续接收下一个信号。
将以上程序上传至Arduino板，并打开串口监视器，尝试按下红外遥控不同的按键，并观察输出的数值。

观察串口监视器的输出，红外遥控的每个按键都对应一个十六进制数，当然我们能发现其中有一个特殊的数值“FFFFFFFF”，这个数值是长按按键造成的，由于延时为300毫秒，所以按下时间过长会输出这个字符，所以可以尝试修改延时的时间。

四、完成红外遥控灯

按照上图进行接线，红外接收与11号数字端口连接，LED灯与9号数字端口连接，并且记录两个红外遥控按键的信号数值，用作控制LED灯的亮灭，并完成以下程序：

//这是使用IRremote库接收红外信号
//并且通过红外遥控的两个按键来控制LED灯的亮灭
#include <IRremote.h>
IRrecv ir(11);  //声明一个对象，形参为接线针脚
decode_results results;  //构造一个名为results的对象，存放解码的值

void setup()
{
  Serial.begin(9600);  //串口监视器初始化
  ir.enableIRIn();  // 启动红外接收
  pinMode(9,OUTPUT);  //设置9号端口为输出
  digitalWrite(9,0);  //开始输出低电平，使得LED灯为灭
}

void loop() 
{
  if (ir.decode(&results)) //如果ir解码成功了
  {
    Serial.println(results.value, HEX);  //串口输出十六进制的解码值
    delay(200);  //反应时间 
    ir.resume();  //继续接收下一个信号
  }
  if(results.value == 0xFF6897)  //如果接收到某个按键的信号
  {
    digitalWrite(9,0);
  }
  if(results.value == 0xFFB04F)  //如果接收到另一个按键的信号
  {
    digitalWrite(9,1);
  }
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将以上程序上传到Arduino板，并尝试使用刚刚记录的两个红外遥控的按键来操控一下LED的亮灭。

五、总结

本章同样涉及了多个硬件模块及若干语法的使用，其中对于原理较为简单的按键模块，可以直接读取其连接端口的高低电平来实现对LED灯的控制；但对于较为复杂的红外接收传感器，需要借助其他开发者贡献的库来进行操作，库的使用大大的减少了我们使用的代码量，比如完成某个功能，仅需要像“ir.resume()”类似的形式即可调用库文件中相应的功能，包括后续章节涉及到的复杂的元器件，都会借助其相应的库来进行使用；另外本章讲解的“if判断”语句也是判断语法相关语句中较为基础且重点的内容，需要读者认真研读，理清代码执行逻辑。