CNCマシンは少しお休み。赤外線学習リモコンに熱中

　CNCマシンで DC-DCコンバーター基板を切削して動作するところまで作りこみ、CNCマシンへの情熱は少しおさまった。

　電子工作を始めてから早いものでもう10年が経つ。正確には2007年10月、ブログの公開が2008年8月だが、前にも書いたようにCNC制御は究極の夢で、とても自分では実現できるとは思っていなかった。それだけに感動の思いはひとしおである。

　勢いに乗って、次々に基板切削にとりかかりたいところだが、なぜか手が止まった。当研究所のモットーは「実用」である。「何かに役に立つものをつくる」ということから言えば、今作りたい表面実装基板はない。

　実用にこだわると意外にテーマがないものだ。CNCマシンの他の応用、彫刻などの木工も、題材を探してはいるが、これはという決め手がない。レーザーカッターまで買ってあるのだが、テーマは見つからない。そう、何となく、みんな「ときめかない」のだ。

一度挫折した赤外線学習リモコン基板はどうだろう(4/15/2018)
　そこで、これまでのブログの記事を読み返しながらテーマを探していると、以前AVRで作って、うまく動かず途中で諦めた赤外線学習リモコンの記事が目に止まった。
（もともとの電子音量リモコン制作記事はこちら）

　2年ほど前に、AVRのTiny861を使って、得られた受信信号をそのまま（RAWデータ方式）送り返す方式で、手始めに自作の赤外線による電子音量リモコンを動かそうとしたのだが、一番簡単なSONY方式にもかかわらず、全く動かなくて途中で投げ出した。エアコンのようなデータ量の多いリモコンを学習することはとてもじゃないけれど出来そうもなかった。

　このあたりは最近どうなっているのだろう。ネットで「学習リモコン」をキーに検索する。すると最近のIOT時代を反映してか、予想以上にたくさんヒットした。2年前より明らかに多い。電子工作というよりこれは実用品のようで、商品の宣伝がやたら目につく。自作の制作記事も前より増えている。

　自作のターゲットマシンはWiFiモジュールのESP8266が多い。廉価だし、WiFi付きなので遠隔地からも簡単に制御が出来る。しかもプログラム開発にArduinoが使える。この前は意地を張って、ESP8266でなくわざとTinyを使って失敗したが、今度は素直にESP8266を使ってみようか。

　ソースコードも、あまりやせ我慢をしないで先人のものを使わせてもらおう。うまく動けば、この学習リモコンユニット基板をCNCマシンで作ればよい。これまでのリベンジと、CNCマシンの第二作、一石二鳥である。

　ESP8266はこの前使ったAVRに比べると格段に高性能である。クロックは80Mhzと、下手なARMより早いし、フラッシュやSRAMもメガバイトクラスなので気楽にプログラミングが出来る。AVRのときのようにメモリに気を遣う必要は殆どない。

　ただ、赤外線学習リモコンと言っても、色々な方式がある。一旦意味のあるデータにデコードしてから、それを再生するコード方式が一番確実だが、赤外線リモコンには多種類のコードフォーマットがあり、これをすべて網羅することは難しい。といって、記録したデータそのものを忠実に再現する方法（RAWデータ方式）は、以前、失敗していてトラウマがある（ロジアナで同じような波形だったのに全く動かなかった）。

　いずれにしても、ESP8266を変換基板なしに直付けして作る表面実装のリモコン基板なんかはちょっと格好が良いのではないか。どの方式にするかはあとからでも決められる。とにかく学習リモコンを作ることを次のテーマにすることにした。

受信部分はあっさり動いたが、送信部分は追加開発が必要(4/23/2018)
　RAWデータ方式でもコード方式でも、受信部分は同じなので、まずはESP8266を使った受信部分の開発を始める。ハードの準備はミニブレッドボードで簡単に組みあがる。
ソースコードは、ここ（東京お気楽カメラ）を使わせてもらうことにする。記事はここ。

　ここは詳細な分析があり、送信部分は、RAWデータではなく一旦すべてのデータをデコードするコード方式だが、このコードを使ってサーバーからの送信もできるらしい。とても高機能だ。

　赤外線受信モジュールを用意し、ソースコードをネットからコピペし、新規スケッチに放り込んでコンパイルする。幸いコンパイルエラーもなく順調にビルドが出来た（当たり前か）。モニターのPCコンソールをつないで早速動作テストに入る。

　おお、素晴らしい。赤外線パルスのマイクロセカンドのオーダーの数値がコンソールに並んだ。いや、さすがはESP8266だ。4バイト（long）や2バイトのバイナリデータを多数(5ケ)かかえた構造体の配列を400以上とってもびくともしない。AVRとは大違いである。

　次は送信部分である。このサイトは赤外線LEDへ流す電流を詳細に検討されていてとても参考になる。こちらもサイトにならって2本の赤外線LEDを直列に並べる。大電流の必要な赤外線LEDのドライブは、トランジスターでなく、前に使ったFET（2SJ377）を使う。

　すぐにでも送信のテストをしたいところだが、このサイトの送信は、AEHA（家電協）とNEC方式の2つのコード方式で、皮肉にもこちらの手元にある赤外線ボリュームコントロールのSONY方式はなく、新たな開発が必要である。

　いずれはSONY方式のコード化はしなければならないが（ネットを経由するとき）、結果を早く知りたいのでRAWデータ方式の送信部を追加開発することにした。あわよくば、全部をRAWデータ方式にしても良い。これでうまく行けば無敵になるからだ。

RAWデータ方式で電子音量リモコンが動いた！(4/25/2018)
　送信部分が完成した。テストに入る。受信部分で対象のリモコンからデータを受け取ったあと、何らかのトリガーで、マイクロセカンドオーダーで蓄積された時間間隔に従って忠実に赤外線をON/OFFし発信する（RAWデータ方式）。

　このユニットは電池駆動にする予定である。リモコンの対象が家の各部に散らばっていて、テストのためにはPCから離れなければならないからだが、トリガーのタクトスイッチなどの実装が手間なので、とりあえずはPCのシリアルコンソールからのキーボード入力で制御する。

　テストの対象は、まずは目の前にある以下の3つである。このあいだの自作の電子音量リモコン、それにPCルームにある10年以上前の古い三菱エアコンと、RaspberryPi用の10インチモニターのリモコンである。他の部屋のエアコン、TVやDVD、洗面所の温風ヒーターなどは現地に赴かなければならない。

　手始めは、因縁の電子音量リモコンである。送信する。全く動かない。ふーむ、やれやれ。今度も駄目か。赤外線LEDに並列に可視光線のLEDをつけているので、発信していることは間違いがない。オシロにもそれらしい信号（サブキャリヤー）が観測できる（ただし、端子の所で）。

　受信の時のデータはコンソールで確認できているので、あとは、赤外線LEDあたりを疑うしかない。参考サイト以外の赤外線リモコン関連の記事を見ていると、赤外線LEDを4つも並列に並べているところや、複数あるとかえって個体差でエラーが多いという指摘のあるサイトがあったりして、混乱する。

　2つあったLEDを1つに減らしたり、制限抵抗を10Ωに下げたり、LEDの照準を合わせたり試行錯誤するうち、おお、気が付くといつのまにか電子音量リモコンが反応し、ボリューム値が変わっていた。

少しづつ成功率が上がっていく。PWM方式も有効(4/28/2018)
　いや、嬉しい。今まで全く反応がなかったSONYフォーマットの赤外線音量リモコンが動く。百発百中というわけにはいかないが、今まで全く無反応だっただけに嬉しい。

　でも、ときどきESP8266そのものが暴走するし、成功率は余り高くない。オシロの波形をさらに良く調べたところ、意外にも、パルスの立下りがなまったサブキャリヤーの波形があらわれた。なにー、FETはトランジスタより高速だというのに、この波形はおかしいではないか。

　このFETは、前に動かなかったとき使っていたのと同じP-MOSのFET（2SJ377）だ。サブキャリヤーがちゃんとした矩形パルスになっていない。そうか、以前動かなかったのは、この原因もあるのだろうか。

　赤外線LEDのドライバーをFETからトランジスター(2SC1815)に切り替えた。オシロの波形はまだ少しなまってはいるが、FETよりは格段にましな矩形波パルスになった。成功率は残念ながら100％とは言えないが、それでも反応する率は確実に高くなってきた。　FETのスイッチング特性については、ここ（SUDOTEK)が詳しくて参考になる。

　それにしても、久しぶりのコーディングは、落とし穴に落ちてばかりで、結構な手間がかかった。たとえばwhileループの継続条件を決める変数を、最初のカッコのなかで、++や--で、うっかり変えてしまうと、そのあとの処理は、変わった後の変数が使われる。

　コーディングしているものにとっては、forループと同じように、i++や、i--は、繰り返し処理が済んでから、やってくれるものと期待しているけれど、そう甘くはない。プログラムは書いたようにしか動かないのである。このデバッグに数時間かかった。やれやれ。

　リモコンの成功率を高めるために、サブキャリアーをdelayループでなくanalogWrite()を使ってPWMでサブキャリアーを出すこともやってみた。これはうまく行った。オシロにもきれいな矩形波が並び、周波数も想定通りだ。暫くこれを使おう。

　成功率は徐々に上がってきた。好調なときは、ヒット率は90％まで達するときがある。しかし、100ビット以上あるエアコンはまだピクリとも動かない。うーむ、これはコード方式でないと無理か。

　それはともかく、ネットを探し回っているうち、以下のすごいサイトを発見した。ArduinoでなくAVRのTiny85で学習リモコンを作った方のURL。いやこれはすごい。詳細な解析結果と、データ圧縮まで考えた力作である。

ミニブレッドボードに携帯版の学習リモコンを作る(5/1/2018)
　SONY方式の電子音量リモコンに続き、NEC方式のRaspiのモニターのリモコンも問題なく動いた。エアコンはまだ動かないが、我が家には、まだ数種類のエアコンや、TV、DVDなどがあり、どこまでRAWデータ方式が有効か確かめておきたい。このため携帯版の学習リモコンの開発に移った。

　このあいだ買ったESP8266用の幅の広いミニブレッドボードに、もう一台のESP8266を載せ、送信LEDと受信モジュールを接続する。さらに、タクトスイッチと状態表示のLEDを追加した。シリアルコンソールがなくても制御出来るようにするためである。電源はリチウム電池で、このあいだのLDO(NJM2845)で3.3Vにする。

　赤外線の送信トリガーはタクトスイッチで、発信の確認は赤外線LEDに並列に接続した普通のLEDである。受信の方は、データを読み終わると別の状態表示用のLEDを点滅させ、その後、点灯したままにしてデータが蓄えられていることを示す。

　これで自宅のあちこちにでかけ実際のリモコンの動作を確認していった。その結果、TVのリモコンや、洗面所の温風ヒーター、さらに2Fの寝室のこの間、買い替えたばかりの三菱エアコンは、このRAWデータ方式でも見事に動くことが確認された。

　結局、我が家でこのRAWデータ方式の学習リモコンで動かないのは、10年以上前のエアコンだけとなった。このエアコンは1Fの居間のエアコンと全く同じであり、皮肉なことに最もこの機械を使う可能性の高い機器が残ったことになる。何となく気持ちが収まらない。成功した気分になれない。

　それに、小規模なリモコンでもコマンドシーケンスを持っているのがあるので苦労する。最近導入した台湾製のロボット掃除機などは、コマンドの種類は少ないのに、ボタンの2度押しなどでコードを変えているようで、単純に2回同じボタン信号を送っても正しく作動しない。　

ESP8266のWatch Dog Timerの作動から逃げる(5/2/2018)
　実験機が持っていた持病、時々暴走してしまう症状の原因がやっとわかった。プログラムを動かしている間に、いつのまにか、CPUが例外条件を感知してリセットしてしまう。いわゆる暴走だ。

　最初は測定中に配列に大きな値がはいってメモリでも壊しているのだろうと思っていたが、メッセージを良く見ると、そうではない。ループ中にWatch　Dog timerが動いたというメッセージである。わけがわからない。

　こういうときはGoogle先生に聞くに限る。いつものエラーメッセージをキーワードにする検索で、すぐ原因がわかった。ESP8266のArduinoは、ユーザープログラムの裏でWiFiなどのシステムが動いている。従って、ユーザーが一定以上CPUを独占すると、エラーとしてシステムをとめてしまうらしい。

　つまり、While(1)などでCPUをループさせ、ディジタルピンの変化を監視するプログラムは、途中で、delay(0)とか、yield()などの関数をはさまないと、このトラップにかかる。

　理屈がわかれば対処は上の通り簡単だ。参考にさせてもらったサイトのソースに、delayループが各所に挟まれていた理由が始めてわかった。何故こんなところでms単位の待ちをいれるのだろうと最初は訝っていた。これを省いていったため暴走が始まったらしい。

赤外線センサーが時々ノイズを出す(5/3/2018)
　さらに、携帯版の学習リモコンで、折角、覚えさせたデータが失われる不具合（点いていたLEDが消える）が、頻発し始めた。赤外線センサーの誤動作で受信ユニットが動き、貯めてあったデータが失われるようだ。

　こういうときのためのオシロである。　赤外線センサーの出力にSingleトリガーをかけて、早速、調査を開始する。接続して1分も経たないうちに原因が判明した。赤外線センサーから、20μs程度の短いパルスが発生している。手持ちの2つあるセンサーの内の一つがノイズっぽく、もうひとつは比較的安定している。

　電源ノイズで、こういう現象が起きるようだ。Vccにコンデンサーと抵抗のデカップリングをすればなくせるらしいが、そもそもは、こういう短いパルスだけで、これまでのデータを消してしまう方も悪い。一旦、まともに得たデータ（カウント20以上）は、受信エリアとは別に残しておくソフト的な方法で解決した。シングルパルスのノイズは無視しておればよい。

　あれやこれやで、携帯型の学習リモコンも安定してきたが、どうもプロジェクトの終着点が見えない。この学習リモコンで何を制御するのかという明確な目的がないので際限がないのだ。何と言っても、我が家の主力エアコン2機が、この方式で動かないというのが致命的である。やっぱり、コード方式をやってみるか。

やっと主力エアコンが動いた。やっぱりコード方式でないとだめだった(5/8/2018)
　長い間の懸案、学習リモコンで難攻不落だった三菱の古いエアコンを動かすことに遂に成功した。コード化して送り直す必要があった。いやあ、長かった。上記サイトのソースコードのおかげである。感謝、感謝。

　秋月で入手した赤外線センサー(OSRB38C9AA) は、このサイトにあるように、どうもON期間が短く、OFF期間が長くなる傾向があって（およそ30μs）、それでも新しいエアコンや、ビット数の少ないTVなどの制御はRAWデータ方式でうまく動くのだが、我が家にある、10年以上前の古い三菱エアコンだけはこの方式ではガンとして動かなかった。　

　最初、センサーの立ち上がりと立下りの遅れの時間の差と考えていたが、オシロで調べたところ、明確な差は出なかった。パルス列の中で、差のあるところと全くない所が混在している。RAWデータ方式の明確な問題点は突き止められない。

　結局、これまで参考にさせていただいたソースコードを元に戻し、コード方式の実験に移る。さらにSONY方式を加えて、プログラムの確認が容易に出来るようにした。エアコンを激しくon/offすると機械に良くないということを聞いたからである。

　SONY方式は、ビット数が少ないのだが、データビットの論理が反転しており、ビット'0'と'1'の区別はON部分の長さである。従って、リーダーの直後のOFF区間からデータに入る。

　つまり、コード化にあたっては受信のところからデータ収集のやり方を変える必要がある。しかも、基準時間がNEC方式との差が10％以下(560と600μs)なのでどちらかを決めるのが難しい。エアコンのデコードとは本来関係がないのだが、ついSONY方式の実現の方に夢中になる。

　送信の方は少し楽だ。ソースコードの中で、送信するビットの部分を2つ作り、最初から独立させてしまう。独立させるのは、送出時間の誤差を少しでも減らすためでもある。ESP82366である。フラッシュは潤沢にある。

　できた。コード方式をSONY方式の電子音量リモコンで確かめる。よーし、動いた。しかし成功率は、RAWデータ方式よりちょっと良いくらいで、目を見張る程のことはない。さて、いよいよ、問題のエアコンのテストである。

　まず、リモコンをエアコンに読み取られないよう（エアコンが動くとステイタスが変わる）、陰で実験機に覚え込ませ、シリアルコンソールでデータが入ったことを確認して、祈る気持ちで、送信ボタンをON。

　ピーっと、言う音と共に、エアコンにスイッチが入った。やった、やった。2年越しの懸案が解決した。勝利の快感に酔いしれる。これだから電子工作はやめられない。このあと、ウェブサーバーへの移転にも成功したのだが、紙数が増えてきたのでこのへんで一段落としよう。