リモコン

赤外線リモコンの信号はどうなっているのですか?

[概要]
赤外線リモコンでは約950nmの波長の赤外線を使用して数バイト分の情報を低速で送信します。
赤外線を用いて0/1のデータを送信しますが、 単純に赤外線の有無でデータの 0/1を表している訳ではありません。
NECフォーマットを例にして説明します。

[概略フォーマット]
まず、赤外線のリモコン信号はリーダ・コードから始まります。
その後に16ビットのカスタム・コード、8ビットのデータ・コード及びその 0/1を反転したコードが8ビット続き、 最後にストップ・ビットがきます。

フォーマットの例を下記に示します。
この後にフレーム・スペースと呼ばれる赤外線を出さない区間が続き、 全体としては1フレーム (リーダ・コードからフレーム・スペースまで含めて) は 108msとなります。

NECフォーマットの例

[リーダ・コード]
リーダ・コードは 9msの期間 on状態が続き、その後に 4.5msの期間 off状態となります。
この部分はその後のデータ部分とは波形 (時間) が大きく異なるので、 容易にリーダ・コードであることを識別できます。
(リピートの場合 off期間が 2.25msでその後のカスタム・コードやデータ・コードが省略され、 直ぐにストップ・ビットとなります。)

[送信データ]
カスタム・コードやデータ・コードの部分が 0/1のデータを含む部分です。
各部分はその下位ビットから順に送信されます (送信順は後述の[データ転送順序]を参照)。

また、0/1の区別は赤外線の有無ではなく、 ビットの長さ (つまりは、赤外線が出されていない期間の長さ) で区別するようになっています。
従って、カスタム・コード部分の長さはそのデータにより変化します。
ただし、データ・コードについてはその反転データも送信するので、 この部分でのトータルの 1の個数は 8つとなり長さは固定になります。

リモコン信号の0/1の違い

なお、onの期間はその全ての期間連続して赤外線を出しているわけではありません。
一定の周波数 (キャリア周波数) で赤外線を出している期間と出していない期間を繰り返しています。
このキャリア周波数は 38KHzが標準です。
また、そのデューティ比は 1/3となります。
このように設定されているのは、できるだけ消費電力を抑えるためです。

[キャリアでの変調理由]
通常の環境では自然界にはいくつもの赤外線のノイズ源が存在しています。
これらのノイズの中で正しく信号をやり取りするには、 受信側でノイズ・レベル以上となるような強度で赤外線を送信する必要があります。

ただし、単純に赤外線の強度を上げると、大きな電力が必要になります。
このためにキャリア周波数で赤外線を on/off しています。
こうすると、同じ電力でも赤外線の強度を強くできます。

この違いを模式的に表したのが以下の図です。
キャリアを用いないときにはノイズと殆ど変わらないような場合でも、 キャリアを用いてピークの電力だけを大きくした場合には、 トータルでは同じ電力でもノイズより信号を大きくできます。
また、キャリア周波数で on/off することで、 受信時にその周波数成分以外にフィルタをかけることで、 さらにノイズに対してマージンを大きくできます。

キャリアの有無でのリモコン信号とノイズの関係

このようなことができるのは、時間 (間隔) でデータの 0/1を表しているからです。

[データ転送順序]
このような方法で送信するリモコンのデータ構造は、 カスタム・コードとデータ・コードから構成されています。

最初に送られるカスタム・コードは 16ビット長ですが、2つの8ビット部分に分けられます。
初期のリモコンではカスタム・コード自体は 8ビット (C0〜C7) だけで、 続く 8ビット (C'0〜C'7) にはその論理を反転したデータを送信するようになっていましたが、 現在では C'0〜C'7 の部分にもカスタム・コードを割り振って 16ビットのカスタム・コードとなっております
(Custom Code = □□、 Custom Code' = □□ の合計16ビットで指定します)。

送信は Custom Codeの下位 (C0) から順に C7 まで出力し、 その後 Custom Code'の下位 (C'0) から C'7 まで出力します。

カスタム・コード部分の送信順

送信するデータ自体は 8ビットです。
データの論理反転したデータを引き続き送信することで合計16ビットで使用しています。
受信の際には必ず、2つの 8ビット・データの論理が反転していることを確認することでエラー・チェックを行ってください。

データ・コード部分の送信順

リモコン信号の受信 (アナログ信号処理) はどのように行うのか?

リモコン信号を受信する際には、赤外線信号は拡散して弱くなっています (受光ダイオードの出力で P-P が数十μV程度) ので、 赤外線受光素子の出力をプリアンプで増幅する必要があります。

また、帯域フィルタを通すことで、キャリア周波数成分だけを抽出し、検波し、 波形整形することできちんとしたリモコン信号が得られます。
この信号の on/off 期間を測ることでどのようなリモコン信号かを判定します。

赤外線リモコン受信回路例

リモコン・コードの受信/解析はどのように行うのか?

受信したリモコン信号を解析するには、信号のエッジを用いて、信号の各期間の長さを測定します。
赤外線リモコン用プリアンプからは負論理でデータが出力されますので、 以下の説明は負論理の入力信号として説明します。

(1) リーダ・コード部
リーダ・コードは 9msの on期間ですから、入力信号の立ち下り(A)をエッジ検出割り込み機能を用いたり、 プログラムによるポーリング処理で検出して、そこから立ち上がりまでの時間測定を行います。

このとき、タイマのキャプチャ機能を使用すると立ち上がり(B)の検出と時間測定を同時に行えます。
このとき得られる時間がどの範囲なら正常なリーダ・コードと判断するかは誤動作対策を主に考えるか、 リモコンの電池が消耗してもできるだけ受信できるようにするかで決まってきます。

他のフォーマットとして、この長さが 8.5ms程度のものがありますので、 それとヘッダ・コードだけで区別しようとすると 8.7ms程度以上かで判断する必要がありますが、 フレーム全体で区別する場合にはもっと小さい値を用いて判別できます。

次に立ち下り(C)までの時間測定を行います。
基本的には下記の2種類の時間があり得ますので、 得られた値が 4.5msと 2.25msの中間の 3.4ms以上かで通常のコードかリピートのコードかを判別できます。
リピートの場合には次はフレーム・スペースの確認となります。

リーダ・コードの時間関係

(2) カスタム・コードやデータ・コード部
リーダ・コードの検出が完了した後は、カスタム・コードとデータ・コードの検出を行います。
厳密に行うには、on/off それぞれの期間を確認する必要がありますが、 次の立ち下りエッジまでの時間 (1ビットの時間) を確認するだけでデータの 0/1を判定可能です。
2.25ms (データ=1) か1.125ms (データ=0) の判定ですから、この中間値で判断するのが簡単です。

ただし、間隔が長すぎるときには他のフォーマットでデータが既に送り終わった場合も考えられるので、 上限値も必ず確認してください。
ここでは、32ビット分の信号がキチンとあるかを確認してください。
32ビット分が確認できたら次にフレーム・スペースを確認します。

(3) フレーム・スペース
ここでは、フレーム全体が 108msになっているかの確認を行いますが、 それほど厳密な確認ではなく 32ビット以上のデータがこないことを確認してください。
32ビット分が受信できたら、カスタム・コードのチェック、データ・コードとその反転コードを確認してください。

赤外線リモコン通信に関係して、NEC方式のフォーマットとはどのようなものか?

NEC方式の赤外線リモコンのフォーマットは

・38KHzのキャリア周波数を用い
・9ms+4.5msのリーダ・コード
・16ビットのカスタム・コード
・8ビットのデータ・コードとその反転コード

を送信するものです。
詳細はリモコン用マイコンのデータ・シートを参照ください。

FAQの NECフォーマットの赤外線リモコン・フォーマット にも説明がございます。

カスタム・コードとは何か?

カスタム・コードは赤外線リモコンを使用するお客様を識別するためのもので、 NECフォーマットの場合には 16ビットの大きさで、データの前につけて送信するものです。

FAQの NECフォーマットの赤外線リモコン・フォーマット もご参照ください。

カスタム・コードとNECフォーマットだけで、全世界で混信・誤動作が起きないように検証しているか?
また何らかの形で保証しているか?

当社は、NECフォーマットのコードに関してはダブルことがないように管理しているだけです。
全てのリモコンのコードを実際に管理している訳ではないので、混信や誤動作についての保証までは致しかねます。

NECフォーマットを他社チップで実現するような例はあるか?

学習リモコンでは他社のデバイスでNECフォーマットを出力する例があるかと存じます。

NECフォーマットを他社チップで実現した場合、著作権等についての問題はあるか?

著作権等について問題にすることは、特には考えておりません。
いろいろな会社のチップで同じコードを使用した場合は互換性を十分に評価される必要があるかと存じます。

カスタム・コードを取得しないとNECフォーマットを使えないのか?

いいえ、カスタム・コードの 00XXH の部分は自由に使えるようになっております。
しかし、他の機器が同じコードを使用している危険性があります。

uPD6122を使用し、カスタム・コードも取得していた製品があったが、生産を中止した。
新しい機種の計画があり、新しいカスタム・コードを取得する案と従来のカスタム・コードを継承する案がでている。
新しいカスタム・コードは容易に取得することができるか?

基本的にカスタム・コードはお客様1社に対して1コードとなっております。
コード数が限られることから1社で複数のコードの取得は申し訳ございませんが、 ご遠慮いただいております。
従来のカスタム・コードは有効ですので、そちらを継続使用ください。

リモコンを使用した機器の製造を企画している。
カスタム・コードの申請をしたいがどのようにしたらよいか?

カスタム・コードの申請は営業ルートで受け付けております。
お取り引きいただいております販売特約店にお申し付けください。

その際に以下の情報をご準備ください。

リモコンを作ろうとしているが、製造は他社に委託する予定である。
カスタム・コードの申請はどうすればよいか。

実際にデバイスを購入されるルートでお客様用のカスタム・コードの申請を行ってください。

リモコン用マイコンのデータ・シートにキャリア周波数は 38KHzとあるが誤差について記述がない。 各データ・コードの周期も誤差の記述がない。

NECフォーマットとしては特に規定してはおりません。
通常は 2KHz(5%) 程度のばらつきはあるものと考えております。

なお、実際のご使用において、どこまで許すかは受信側のマージンのとり方により決まってくるかと存じます。
お客様のシステムとしてマージンをどの程度見るかでご判断ください。
また、データ・コードの周期の誤差に関しても同じ比率とお考えください。

NECフォーマットのリモコン送信用のデバイスはあるようだが、受信用のデバイスは無いのか?

ございません。
通常はシステムをコントロールしているマイコンがリモコンの受信処理を行いますので、 受信専用のデバイスはございません。

FAQの NECフォーマットの赤外線リモコン・フォーマット もご参照ください。

そのままで、NECフォーマットを送信できる出来合いのデバイスはないか?

残念ながら、ございません。
参考となるプログラムは提供できますので、お取り引きの販売店にご相談ください。

NECフォーマットの赤外線リモコンを受信させる場合のサンプル・プログラムはあるか?

マイクロコンピュータのホームページの設計情報に uPD780078を用いたサンプル・プログラムがございます。 以下をご参照ください。
78K0シリーズ サンプル・プログラム

また、受信処理については FAQの NECフォーマットの赤外線リモコン・フォーマット もご参照ください。