手把手教你做一个相机红外遥控器

原创电子电路开发学习 2021-10-02 21:19

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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。

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：

山寨遥控器PCB板：

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：

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：

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。

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。

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。

代码获取

以上代码已经开源在Github和Gitee平台，地址如下。

Github开源地址:
https://github.com/whik/nikon-wireless-remote-control-ML-L3-DIY.git
Gitee开源地址 :
https://gitee.com/whik/nikon-wireless-remote-control-ML-L3-DIY.git

没有使用代码托管平台的朋友，可以在公众号后台回复【尼康遥控器】也可以获取代码。

参考资料

文中的ML-L3拆解图，Arduino代码参考自以下链接内容。

http://www.bigmike.it/ircontrol/
https://www.sbprojects.net/projects/nikon/index.php
https://learn.adafruit.com/ir-sensor/making-an-intervalometer

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