硬件编程 · 红外家电统一遥控器 · 2026-08-23

需求洞察

目标用户：租房青年、普通家庭用户、数码爱好者，重点照顾对智能家居生态不熟悉但希望简化家电操作的人群。

真实痛点：

1. 遥控器数量失控：客厅至少 3-5 个遥控器，使用时经常拿错或找不到。
2. 操作逻辑混乱：不同品牌的遥控器按键布局完全不同，老人和小孩很难快速上手。
3. 替换成本高：市售万能遥控器要么需要上网查代码，要么价格偏高，且对老旧家电支持差。
4. 学习门槛：智能音箱控制家电需要额外购买 100 元以上的红外网关，且配置复杂。

为什么值得做：本方案仅用 45 元硬件成本，即可实现市面上 100+ 元红外网关的核心功能——学习、存储、发射红外信号。同时，因为使用 ESP32，设备具备联网潜力，未来可成为家庭红外控制中心，做成一个“会学习的万能遥控器”，兼顾实用性与可玩性。对开发者而言，这是一个低门槛、高成就感、可落地的嵌入式综合项目。

方案设计

感知层

• 输入设备：4×4 按键矩阵（16 个按键），完成菜单导航、学习触发、发射触发。每个按键对应一个可自定义的红外编码槽位。
• 环境感知：IR 接收头（VS1838B）负责接收被测家电遥控器发出的红外信号，解码后暂存于 RAM。
• 扩展预留：预留 DHT11 温湿度传感器接口，未来可联动空调自动控温（本次不启用）。

控制层

• 主控：ESP32 开发板（ESP32-WROOM-32）。处理按键扫描、LCD 显示状态、控制红外发射时序、管理 EEPROM 存储。
• 状态机：设计有限状态机——IDLE（待机）、LEARNING（学习）、SENDING（发射）、MENU（菜单）。按键按下时切换状态，LCD 显示当前状态和按键指派名称。

执行层

• 红外发射：使用 38kHz 载波发射管（IR333C），通过 ESP32 的 RMT 外设或 IRremote 库驱动，精确还原学习到的红外波形。
• LCD 显示：I²C 接口的 1602 LCD 屏，显示当前模式、选中按键编号、家电名称。背光控制引脚一并控制。

日志/联网层

• 本地日志：EEPROM 保存按键映射表，记录学习时间和按键名称（默认按键编号）。断电不丢失。
• 联网预留：ESP32 内置 WiFi，预留 MQTT 上报接口。后续可通过手机发送指令，转发为红外信号。本方案先保留串口调试日志输出，方便上位机监控操作记录。

物料清单

注：总价约 38.8 元，预留 6 元余量，可升级为 4×4 键帽或加外接电源，总成本控制在 45 元以内。

接线与结构

微调说明：原方案仅指定了 IR 接收、发射、LCD I²C 引脚，按键矩阵未指定引脚。我选择 GPIO25/26/27/14 作为行，GPIO33/32/35/34 作为列，主要考虑：避开 I²C 引脚、UART 引脚（GPIO1/3）、以及系统启动 strapping 引脚（GPIO0, GPIO2, GPIO5, GPIO15 启动模式），防止外设干扰下载和启动过程。IR 发射未采用 PWM 内部硬件引脚，而使用 RMT 外设，GPIO4 在 ESP32 上是 RMT 输出推荐引脚之一。

结构示意：将模块固定在透明亚克力外壳内，LCD 屏嵌于面板上部，按键矩阵贴附于面板正面，红外发射管和接收头分别露出于外壳正前方。整体尺寸约 12cm × 8cm × 3cm，适合放置在客厅电视柜。

核心代码

语言选择：Arduino（ESP32 支持完善，库生态丰富）。核心库依赖：IRremote、LiquidCrystal_I2C、Keypad。

#include <Arduino.h>
#include <IRremote.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Keypad.h>

// 引脚定义
#define IR_RECV_PIN  15
#define IR_SEND_PIN  4
#define LCD_ADDR     0x27
#define LCD_COLS     16
#define LCD_ROWS     2

// 按键矩阵映射
const byte ROWS = 4;
const byte COLS = 4;
char keys[ROWS][COLS] = {
  {'1','2','3','4'},
  {'5','6','7','8'},
  {'9','0','A','B'},
  {'C','D','E','F'}
};
byte rowPins[ROWS] = {25, 26, 27, 14};
byte colPins[COLS] = {33, 32, 35, 34};
Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);

// LCD 对象

// 存储结构：按键编号 -> IR 数据
struct IRCommand {
  uint32_t rawCode;      // NEC 协议的地址+命令码
  uint32_t rawData[80];  // 原始波形数据（用于非 NEC 协议）
  int rawLen;
  bool isValid;
};
IRCommand irSlots[16];  // 支持 16 个按键

// 状态变量
bool isLearning = false;
char currentSlot = '1';

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  IrSender.begin(IR_SEND_PIN);
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("IR Remote M");
  delay(1000);
  lcd.clear();
  lcd.print("Ready. Press key");
}

void loop() {
  char key = keypad.getKey();
  if (key) {
    handleKey(key);
  }
  
  if (isLearning) {
    if (IrReceiver.decode()) {
      // 保存红外原始数据
      irSlots[currentSlot - '0'].rawLen = IrReceiver.decodedIRData.rawData->length;
      for (int i = 0; i < irSlots[currentSlot - '0'].rawLen; i++) {
        irSlots[currentSlot - '0'].rawData[i] = IrReceiver.decodedIRData.rawData->buf[i];
      }
      irSlots[currentSlot - '0'].isValid = true;
      IrReceiver.resume();
      
      lcd.clear();
      lcd.print("Slot ");
      lcd.print(currentSlot);
      lcd.print(" learned!");
      delay(1000);
      isLearning = false;
    }
  }
}

void handleKey(char key) {
  if (key == 'A') {
    // A 键进入学习模式
    isLearning = true;
    lcd.clear();
    lcd.print("Learning...");
    lcd.setCursor(0, 1);
  } else if (key >= '0' && key <= '9') {
    currentSlot = key;
    if (isLearning) {
      lcd.clear();
      lcd.print("Point remote to");
      lcd.setCursor(0, 1);
      lcd.print("IR sensor...");
    } else if (irSlots[currentSlot - '0'].isValid) {
      // 发射已学习的信号
      lcd.clear();
      lcd.print("Sent slot ");
      lcd.print(currentSlot);
      delay(500);
    }
  }
}