Arduino IRremoteライブラリで実装する赤外線リモコン受信システム：NEC/SONY プロトコル解析とLED制御の実践

はじめに：赤外線リモコンとArduinoで広がるIoTの世界

テレビやエアコンを操作する赤外線リモコン。その信号を自分のマイコンで受信・解析できたら、様々なIoTアプリケーションが実現できます。

• 家電の状態を自動記録するスマートホーム
• 複数の家電を一括操作する統合リモコン
• リモコン操作をトリガーにした自動化システム
• 赤外線信号を学習・再送信する万能リモコン

今回は、Arduino UNOと赤外線受信モジュール（OSRB38C9AA）、そしてIRremoteライブラリを使って、家庭用リモコンの信号を受信・解析し、その信号に応じて6個のLEDを制御するシステムを構築します。

単に「動かす」だけでなく、赤外線通信の原理、信号のデコード方法、実用的な制御ロジックまで、電子工作とプログラミングの両面から詳しく解説していきます。

赤外線とは？電磁波の基礎知識

赤外線の特性と可視光線との違い

**赤外線（Infrared、IR）**は、可視光線よりも波長が長い電磁波の一種です。人間の目には見えませんが、熱として感じることができ、リモコン通信に最適な特性を持っています。

電磁波のスペクトル

波長（nm）   種類          用途
200-380    紫外線        殺菌、日焼け
380-450    可視光（青）   照明、ディスプレイ
450-550    可視光（緑）   照明、ディスプレイ
550-700    可視光（赤）   照明、ディスプレイ
700-1400   近赤外線      リモコン、通信（← 今回使用）
1400-3000  中赤外線      暖房、センサー
3000-      遠赤外線      暖房、調理

リモコンに使われる赤外線の特徴：

なぜ赤外線がリモコンに使われるのか？

1. 人間の目に見えない

• 可視光だと点滅が気になる
• 赤外線なら視覚的なノイズがゼロ

2. 太陽光や室内照明の影響を受けにくい

• 38kHzという特定の周波数で変調することで、ノイズと区別可能
• フィルタ回路で不要な光をカット

3. 安価で確実な通信

• 赤外線LEDと受信モジュールは数十円から入手可能
• 30年以上の実績がある枯れた技術

4. 免許不要

• 電波（Wi-Fi、Bluetooth）と違い、電波法の規制対象外
• 申請や認証なしで自由に使用可能

電子工作の基礎知識：この工作で必要な予備知識

このプロジェクトを理解するために必要な、電子工作の基本概念を解説します。

1. デジタル信号とアナログ信号

デジタル信号（Digital Signal）

**HIGH（5V）とLOW（0V）**の2つの状態だけで情報を表現します。

電圧
5V  ┌─┐    ┌─┐    ┌─┐
    │  │    │  │    │  │
0V  ┘  └──┘  └──┘  └──
      1   0  0   1  0  0  1  0  ← ビット列

今回の使用例：

• 赤外線受信モジュールの出力 → デジタル信号
• LED制御のdigitalWrite() → デジタル出力

アナログ信号（Analog Signal）

連続的に変化する電圧で情報を表現します。

電圧
5V   ╱╲    ╱╲
    ╱  ╲  ╱  ╲
0V ╱    ╲╱    ╲
   ← 連続的に変化

応用例：

• 温度センサー（電圧が温度に比例）
• 可変抵抗器（ボリューム）
• PWM制御による疑似アナログ出力

2. GPIO（汎用入出力ピン）の基本

**GPIO（General Purpose Input/Output）**は、Arduinoのデジタルピン（D0-D13）やアナログピン（A0-A5）のことです。

入力モード（INPUT）

外部からの信号を読み取るモードです。

pinMode(A0, INPUT);           // A0を入力に設定
int value = digitalRead(A0);  // HIGHまたはLOWを読み取り

今回の使用： 赤外線受信モジュールの信号を読み取り

出力モード（OUTPUT）

外部にHIGH（5V）またはLOW（0V）を出力するモードです。

pinMode(2, OUTPUT);      // D2を出力に設定
digitalWrite(2, HIGH);   // D2に5Vを出力（LEDが点灯）
digitalWrite(2, LOW);    // D2に0Vを出力（LEDが消灯）

今回の使用： LEDの点灯・消灯制御

3. 電流制限抵抗の計算方法

LEDを直接電源につなぐと、過電流で破壊されます。電流制限抵抗で適切な電流に制限する必要があります。

オームの法則による計算

R（抵抗値Ω）= V（電圧V）÷ I（電流A）

LED接続時の計算例：

Arduinoピン（5V）→ [抵抗R] → [LED] → GND（0V）

条件：
- Arduino出力電圧：5V
- LED順方向電圧（Vf）：2V（赤色LED標準値）
- LED定格電流（If）：20mA = 0.02A（標準的な値は15-20mA）

計算：
R = (5V - 2V) ÷ 0.02A = 3V ÷ 0.02A = 150Ω

実際の選定：

• 計算値：150Ω
• 実際の部品：220Ω（E12系列の標準抵抗値、安全マージン込み）
• 結果の電流：(5V - 2V) ÷ 220Ω ≈ 13.6mA（LEDに優しい値）

抵抗値と明るさの関係：

4. ブレッドボードの構造と使い方

ブレッドボードは、ハンダ付け不要で部品を接続できる便利なツールです。

    電源ライン（縦方向で接続）
    ↓
    + + + + + + + +     ← すべて内部で接続
    - - - - - - - -     ← すべて内部で接続
    ===============
    a b c d e f g h     ← 横の5穴が内部で接続
    --------------- 
    a b c d e f g h

接続時の注意点：

• 電源ライン（+/-）は縦方向に導通
• 中央部は横の5穴が導通
• 中央の溝で左右は絶縁されている
• ジャンパー線で任意の穴を接続可能

5. シリアル通信とデバッグ

ArduinoとPCの間でデータをやり取りする方法です。

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // 9600bpsで通信開始
}

void loop() {
  Serial.println("Hello");  // PCに文字列を送信
  delay(1000);
}

今回の使用：

• 受信した赤外線信号を16進数で表示
• プログラムの動作確認（デバッグ）
• 現在のLED状態の確認

ボーレート（通信速度）の選択：

• 9600bps：標準的、安定性重視
• 115200bps：高速、大量データ転送時

赤外線リモコン通信の原理

家庭用リモコンは、赤外線LEDから約38kHzでパルス変調された光信号を送信します。この赤外線は人間の目には見えませんが、赤外線受信モジュールによって電気信号に変換できます。

主な赤外線通信プロトコル

家電メーカーやデバイスによって異なる通信規格が使われています：

IRremoteライブラリは、これらの主要プロトコルを自動認識してデコードしてくれます。

赤外線受信モジュールの仕組み

OSRB38C9AAなどの赤外線受信モジュールは、以下の機能を1つのパッケージに統合しています：

• フォトダイオード: 赤外線を電気信号に変換
• AGC（自動利得制御）: 受信感度を自動調整
• バンドパスフィルタ: 38kHz帯のみを通過
• 復調回路: キャリア周波数を除去してデジタル信号に変換

これにより、Arduino側ではデジタルピンで単純にHIGH/LOWを読み取るだけで、複雑な赤外線信号を受信できます。

必要な部品と技術仕様

信号受信用の部品リスト

LED制御用の追加部品

リモコンがない場合の代替案

家のリモコンを工作に使うのが心配な方には、電子工作専用のIRリモコンモジュールがおすすめです。

今回は、家庭用のルームライトリモコン（NEC規格）を使用しました。

ステップ1：赤外線信号の受信と解析

IRremoteライブラリのインストール

Arduinoで赤外線信号を扱うには、IRremoteライブラリが必須です。

インストール方法：

1. Arduino IDEを開く
2. メニューから「スケッチ」→「ライブラリをインクルード」→「ライブラリを管理…」
3. 検索窓に「IRremote」と入力
4. shirriff/IRremote（または互換バージョン）を選択してインストール

信号受信回路の構成

赤外線受信モジュールは、以下のように接続します：

OSRB38C9AAのピン配置：

重要ポイント：

• 受信モジュールは光を受ける面を工作の外側に向けて配置
• ケーブルが長い場合は、ノイズ対策として0.1μFのパスコンをVCC-GND間に追加推奨
• デジタルピン（D2-D13）でもアナログピン（A0-A5）でも使用可能

信号キャプチャプログラムの実装

リモコンボタンに対応する赤外線信号を取得するプログラムです。受信した信号を**16進数（HEX）**で表示します。

#include <IRremote.h>

int RECV_PIN = A0;  // 受信ピンをA0に設定
IRrecv irrecv(RECV_PIN);
decode_results results;

void setup(){
  Serial.begin(9600);        // シリアル通信開始（9600bps）
  irrecv.enableIRIn();       // 赤外線受信を開始
  Serial.println("IR Receiver Ready");
}

void loop() {
  if (irrecv.decode(&results)) {
    // 受信した信号を16進数で表示
    Serial.print("Received: 0x");
    Serial.println(results.value, HEX);
    
    // プロトコルの種類も表示（デバッグ用）
    Serial.print("Protocol: ");
    Serial.println(results.decode_type);
    
    irrecv.resume();  // 次の信号受信待機
  }
  delay(100);
}

プログラムの動作説明：

信号の取得と確認方法

1. プログラムをArduinoに書き込む
2. シリアルモニタを開く（ツール → シリアルモニタ、9600bps）
3. 赤外線受信モジュールに向けてリモコンのボタンを押す
4. シリアルモニタに16進数の信号値が表示される

注意事項：

• 同じボタンを複数回押して、毎回同じ値が出るか確認
• もし毎回違う値が出る場合は、リモコンとモジュールの距離や角度を調整
• 長押しすると「FFFFFFFF」（リピートコード）が表示されることがある

取得した信号値の整理

ルームライトリモコンから取得した赤外線信号の一覧です：

取得した信号の例:

ポイント：

• これらの値はあなたのリモコン固有の値です
• 他のリモコンでは全く異なる値になるため、必ず自分で取得してください
• 信号は32ビット（8桁の16進数）で表現されます

ステップ2：赤外線信号によるLED制御システムの構築

信号の取得ができたら、次はその信号に応じてLEDを制御するプログラムを作成します。

LED制御回路の設計

6個のLEDを独立制御できる回路を構成します。各LEDには電流制限抵抗（220Ω）を直列に接続します。

回路設計のポイント：

• LED接続ピン: デジタルピンD2〜D7（6個）
• 電流制限抵抗: 各LEDに220Ω（計算式：(5V - 2V) / 0.015A ≈ 200Ω）
• 受信モジュール: A0ピン（そのまま継続使用）
• 配線の整理: ブレッドボードの電源ラインを活用してGNDを共通化

リモコンボタンと制御動作の対応表

実装する機能を整理します：

制御ロジックの設計思想：

• 変数jで現在の明るさレベル（1〜7）を記憶
• 「明るい」「暗い」ボタンで段階的に調整可能
• 上限・下限でリミット処理を実装

LED制御プログラムの完全版

赤外線信号を受信してLEDを制御する完成版プログラムです：

#include <IRremote.h>

// ピン定義
int RECV_PIN = A0;
int i, j;  // i:ループ用, j:現在の明るさレベル（1-7）

IRrecv irrecv(RECV_PIN);
decode_results results;

void setup(){
  Serial.begin(9600);       // デバッグ用シリアル通信
  irrecv.enableIRIn();      // 赤外線受信開始
  
  // LEDピン（D2-D7）を出力モードに設定
  for (i = 2; i <= 7; i++) {
    pinMode(i, OUTPUT);
    digitalWrite(i, LOW);   // 初期状態：全消灯
  }
  
  j = 1;  // 明るさレベル初期値
  Serial.println("LED Control System Ready");
}

void loop() {
  if (irrecv.decode(&results)) {
    // デバッグ：受信した信号をシリアル表示
    Serial.print("Received: 0x");
    Serial.println(results.value, HEX);
    
    irrecv.resume();  // 次の信号受信準備
    
    // switch文で信号に応じた処理を実行
    switch (results.value) {
      
      case 0xEBB8D38E:  // 【点灯】ボタン
        // D2,D3,D4をON / D5,D6,D7をOFF
        for (i = 2; i < 5; i++) digitalWrite(i, HIGH);
        for (i = 5; i < 8; i++) digitalWrite(i, LOW);
        j = 4;  // 明るさレベルを4に設定
        Serial.println("Mode: Normal (LED 0-2 ON)");
        break;
      
      case 0x1E82D3CE:  // 【全灯】ボタン
        // D2-D7を全てON
        for (i = 2; i < 8; i++) digitalWrite(i, HIGH);
        j = 7;  // 明るさレベルを最大に
        Serial.println("Mode: Full Brightness (All LEDs ON)");
        break;
      
      case 0x1D41D404:  // 【消灯】ボタン
        // D2-D7を全てOFF
        for (i = 2; i < 8; i++) digitalWrite(i, LOW);
        j = 1;  // 明るさレベルを最小に
        Serial.println("Mode: OFF (All LEDs OFF)");
        break;
      
      case 0x72703D2E:  // 【明るい】ボタン
        // 現在のレベルjのLEDを点灯し、jをインクリメント
        j++;
        if (j > 7) j = 7;  // 上限チェック
        digitalWrite(j, HIGH);
        Serial.print("Brightness UP: Level ");
        Serial.println(j - 1);
        break;
      
      case 0xEB95DB2E:  // 【暗い】ボタン
        // 現在のレベルjのLEDを消灯し、jをデクリメント
        digitalWrite(j, LOW);
        j--;
        if (j < 1) j = 1;  // 下限チェック
        Serial.print("Brightness DOWN: Level ");
        Serial.println(j - 1);
        break;
      
      default:
        // 未登録のボタンが押された場合
        Serial.println("Unknown button");
        break;
    }
    
    delay(300);  // チャタリング防止
  }
}

プログラムの重要ポイント：

1. 状態管理変数j

   • 値の範囲：1（全消灯）〜 7（全点灯）
   • LEDピン番号（D2-D7）と対応させるため、実際のピン番号-1で管理

2. 段階的調光の実装

   • 「明るい」：digitalWrite(j, HIGH); j++;
   • 「暗い」：digitalWrite(j, LOW); j--;
   • リミッタ処理で配列外アクセスを防止

3. チャタリング対策

   • delay(300)で連続押下を防止
   • より高度な実装ではmillis()を使った非ブロッキング処理も可能

4. デバッグ機能

   • Serial出力で現在の状態を確認可能
   • 本番環境ではSerial関連のコードを削除して軽量化可能

実行結果と動作確認

実際に動作させた様子を動画で確認できます：

動作のポイント：

• リモコンボタンを押すと、瞬時にLEDが応答
• 「明るい」「暗い」ボタンで段階的に調光可能
• 通信距離は約3〜5m（環境により変動）
• 斜めからでも約45度の角度まで受信可能

応用例とカスタマイズ

実用的な応用アイデア

このシステムは、基礎としてさまざまなプロジェクトに発展できます：

1. 学習リモコンの作成

• 受信した信号を不揮発性メモリ（EEPROM）に保存
• 赤外線LED送信回路を追加して信号を再送信
• 複数のリモコンを1つに統合

2. スマートホーム連携

• ESP32/ESP8266でWi-Fi接続を追加
• MQTTやHTTPでスマホアプリと連携
• Google HomeやAlexaからの音声制御

3. 家電の自動化

• 特定の時刻に信号送信（タイマー制御）
• 温度センサーと連携して自動でエアコン操作
• 人感センサーで照明の自動ON/OFF

4. データロギング

• リモコン操作履歴をSDカードに記録
• 使用頻度分析による省エネ提案
• 高齢者見守りシステム（操作がない場合にアラート）

プログラムのカスタマイズ方法

未使用ボタンへの機能追加：

case 0x12345678:  // あなたのリモコンの信号コードに変更
  // ここに新しい機能を実装
  // 例：点滅パターン、ランダムカラー、etc.
  break;

PWM制御による無段階調光：

// LEDピンをPWM対応ピン（D3,D5,D6,D9,D10,D11）に接続
case 0x72703D2E:  // 明るい
  brightness += 25;
  if (brightness > 255) brightness = 255;
  analogWrite(LED_PIN, brightness);
  break;

複数デバイスの制御：

// サーボモーター、リレー、LCD表示などを追加
case 0x1E82D3CE:
  myServo.write(90);  // サーボを90度に
  digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);  // リレーON
  lcd.print("Device ON");
  break;

トラブルシューティング

よくある問題と解決方法

リピートコード対策

長押しすると「0xFFFFFFFF」が連続で送信されます。これを無視する処理：

if (irrecv.decode(&results)) {
  if (results.value != 0xFFFFFFFF) {  // リピートコード除外
    // 通常の処理
  }
  irrecv.resume();
}

まとめ：赤外線リモコン受信システムの可能性

今回構築したシステムのポイントをまとめます：

📡 習得した技術

• IRremoteライブラリの使用方法 - 主要プロトコルの自動認識
• 赤外線信号のデコードと16進数表示 - 信号解析の基礎
• switch文を使った信号マッピング - 実用的な制御ロジック
• 状態管理変数による段階制御 - LEDの無段階調光の基礎

🚀 次のステップ

• 赤外線送信 - IRremote.cppを使って信号を送信する側も実装
• EEPROMへの保存 - 学習リモコンの作成
• センサー連携 - 温度/湿度/人感センサーとの組み合わせ
• 無線化 - ESP32/Wi-Fi/Bluetoothでスマホ連携

🔧 実用化に向けて

• ケースの設計 - 3Dプリンタでオリジナル筐体を作成
• 電源の最適化 - バッテリー駆動やUSB給電の選択
• 複数デバイス制御 - リレーモジュールで家電をON/OFF

赤外線リモコン受信は、IoT電子工作の第一歩として最適なテーマです。ここで学んだ技術を基に、あなただけのスマートホームデバイスを作ってみてください！