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从波形到指令：深度拆解格力空调红外协议

news 2026/3/27 3:19:33

1. 从一串“嘀嘀”声开始：红外协议逆向工程到底在玩什么？

大家好，我是老张，一个在智能硬件和嵌入式领域摸爬滚打了十多年的老玩家。今天我们不聊那些高大上的AI模型，来点接地气的“硬核”手艺——拆解你家格力空调遥控器发出的那串红外信号。你可能觉得这玩意儿有啥好研究的，按一下遥控器，空调“嘀”一声就工作了。但如果你是一个物联网开发者，或者是一个喜欢折腾智能家居的硬件爱好者，这串看不见的红外光，就是你让旧空调变“智能”的钥匙。

想象一下这个场景：你手头有一台逻辑分析仪，或者一个简单的红外接收头加单片机，你抓取到了遥控器按下“制冷25度”时发出的原始波形。屏幕上显示的是一连串高低起伏的方波，就像心电图一样。你的任务，就是像破译密码一样，弄明白这串“嘀嘀嗒嗒”背后到底说了什么。最终目标，是写出一份协议文档，让一块ESP32开发板或者一个单片机，也能模仿遥控器，精准地控制空调。这个过程，我们称之为“红外协议逆向工程”。今天，我就以格力空调为例，带大家走一遍从原始波形到可编程指令的完整拆解之路，内容会比网上常见的解析更深入、更实操，我会把踩过的坑和验证过的方法都分享出来。

2. 红外通信的“摩斯电码”：基础原理扫盲

在动手拆解格力协议之前，我们得先统一语言，理解红外通信最基本的工作原理。这就像学外语先学字母一样。

2.1 载波：信号的“搬运工”

红外通信不是直接用高低电平来表示0和1的。如果直接发射，环境中的普通红外光源（比如太阳、白炽灯）就会产生巨大干扰。所以，工程师们想了个办法：调制。他们选用了一个频率固定（通常是38kHz）的方波作为载波。这个载波本身不携带信息，它的作用就像一辆卡车。

真正的数据（0和1），是通过控制这辆“卡车”是否发出红外光来传递的。具体来说，发射管会以38kHz的频率疯狂闪烁（即发出载波），但我们会控制它闪烁的“时间段”。在需要发送信号的时间段内，载波开启，红外接收头收到这个特定频率的闪烁，就会输出低电平；在不需要发送信号的时间段内，载波关闭，接收头收不到38kHz的信号，就输出高电平。所以，我们最终在逻辑分析仪上看到的波形，其实是接收头输出的、已经解调掉38kHz载波之后的数据电平信号。记住，我们后续分析的所有高低电平时序，都是指这个数据电平。

2.2 编码：0和1的“长相”

去掉了38kHz的载波“背景音”，数据本身的0和1如何区分呢？这就靠脉冲宽度编码。最常见的编码方式是NEC协议用的那种，但格力空调用的是一种自定义的格式。不过万变不离其宗，核心思想就是：用“低电平+高电平”的组合来代表一个比特位，而0和1的区别，在于高电平部分的持续时间不同。

举个例子，格力空调的协议里（这是我实测多款格力遥控器总结的）：

比特‘0’：可能是646微秒的低电平，紧接着516微秒的高电平。
比特‘1’：同样是646微秒的低电平，但后面跟着的是1643微秒的高电平。

你看，低电平时间是一样的，起跑线相同，但高电平“坚持”的时间长短不一，这就区分了0和1。这个时间参数非常关键，不同品牌、甚至同品牌不同型号都可能不同，所以必须用自己的逻辑分析仪抓取确认，网上查到的只能作为参考。

3. 捕获与测量：用逻辑分析仪看清波形真面目

理论说再多，不如动手抓一包数据看看。这里假设你已经有了逻辑分析仪（Saleae Logic系列、DSView配廉价山寨探头都行），并且接到了红外接收头的信号输出脚。

3.1 连接与抓取步骤

首先，把红外接收头的VCC和GND接好，信号线（OUT）接到逻辑分析仪的一个通道上。打开遥控器，对准接收头，按下某个键（比如“开关”）。在逻辑分析仪软件里，设置一个合适的采样率（比如1MHz就足够），然后触发抓取。你会在屏幕上看到一串密集的脉冲。这里有个关键技巧：一次按键发射的，往往不止一帧数据。格力遥控器通常会连续发送相同的两到三帧数据，以确保接收的可靠性。所以，我们要在波形里找到那一段重复的、完整的信号段作为分析对象。

3.2 关键时序的测量与确认

抓取到稳定波形后，我们需要用测量工具，精确读出几个关键时间参数。这是我反复实测后，为某款主流格力空调总结的典型值，强烈建议你以自己的测量为准：

信号单元	低电平时间 (us)	高电平时间 (us)	说明
起始码	9000	4500	一帧数据的开始，非常长的低电平，很好识别
连接码	646	20000	分隔两段数据的桥梁，高电平超长
结束码	646	(很长)	帧结束，高电平持续到下次发送
数据 ‘0’	646	516	高电平较短
数据 ‘1’	646	1643	高电平较长，约是‘0’的3倍

怎么测量呢？在软件里，框选从一个下降沿开始到下一个下降沿之前的那个高电平脉冲。测量其高电平的持续时间。多测量几个‘0’和‘1’，看看是否稳定。这里容易踩坑：环境光干扰、接收头质量、探头接触都可能让波形边沿有点“毛刺”，导致测量值有几十微秒的波动。只要波动在合理范围（比如±50us）内，取个平均值或众数即可，不必追求绝对精确。

4. 拆解数据帧结构：格力协议的“语法规则”

现在我们知道了字母（0和1）怎么写，接下来要看它们怎么组成单词和句子，也就是帧结构。格力空调的一帧完整红外数据，结构很有特点，它分为两段：

[起始码] + [第一段数据（35位）] + [连接码] + [第二段数据（32位）] + [结束码]

是的，你没看错，第一段是35位，不是常见的8的倍数。这增加了点解析难度。整个帧看起来会很长，因为起始码和连接码的时长非常夸张，在波形上显得格外突出，这反而成了我们定位的“路标”。

4.1 起始、连接与结束：帧的标点符号

起始码：一个长达9000us的低电平加上4500us的高电平。这个组合在数据流中独一无二，是帧开始的绝对标志。在解析程序里，我们首先就要在连续的电平信号中搜索这个特殊的模式，来找到一帧的头部。
连接码：位于两段数据之间，646us低电平后跟一个长达20ms的高电平。这个20ms的空白，在波形上是一段漫长的“平坦”区域，清晰地将前后数据分开。
结束码：第二段数据后的646us低电平，之后高电平会一直持续。实际上，在程序处理时，我们更关注数据位的结束，这个结束码更多是一个自然的停止。

理解这些“标点”后，我们就可以用程序逻辑来分割数据了：找到起始码 -> 读取后续的35个比特 -> 跳过连接码 -> 再读取32个比特 -> 一帧结束。

4.2 数据0与1的解析算法

在代码里，我们如何将连续的波形翻译成0和1的二进制串呢？下面是一个简单的算法思路，你可以用C、Python或Arduino IDE来实现：

持续监测输入引脚的电平。
检测到一个下降沿（从高到低）时，开始计时低电平持续时间。如果这个低电平时间在646us左右（例如600-700us范围内），则认定它是一个有效比特的开始。
低电平结束后，进入高电平，计时高电平持续时间。
根据高电平的时长判断比特值：
- 如果高电平时间在400-600us左右，判定为比特‘0’。
- 如果高电平时间在1500-1800us左右，判定为比特‘1’。
- 如果时间不符合，则可能是误码或帧头/连接码，需要特殊处理。
将这个比特存入缓冲区，继续等待下一个下降沿。

注意：实际编写时，要考虑定时器的精度和中断处理。对于发送端，逻辑相反：要严格按照时序，控制红外发射管输出对应的低高电平组合。

5. 数据位深度解析：每个比特管什么？

这是逆向工程最核心、也最有趣的部分——给每个比特位赋予意义。我们以“制冷25℃，低风速，开机”这个常用状态为例，把抓取到的二进制数据摊开来，对照遥控器功能一个个试。

5.1 第一段数据（35位）功能映射

经过大量测试和交叉验证，我梳理出第一段数据中关键比特位的功能。请注意，不同型号可能存在差异，以下映射常见于许多格力型号，但务必以你实测为准。

Bit 3 (第4位)：电源开关
- 0：关闭空调
- 1：打开空调
- 这个位非常稳定，是必改的位。
Bit 4 & Bit 5：风速控制
- 00：自动风（Auto）
- 10：一级风（低风）
- 01：二级风（中风）
- 11：三级风（高风）
- 注意这里的二进制顺序，有时需要反转一下才能直观理解，实际测试时发送10看看是不是低风。
Bit 6：扫风开关（水平扫风）
- 0：扫风关闭
- 1：扫风开启
- 这个位需要和第二段数据的Bit 0联动，两者通常保持一致。
Bit 8, 9, 10, 11：温度设置
- 这4个比特以某种编码表示设定温度。常见的映射关系如下（以16-28度为例）：
  - 0000: 16℃
  - 1000: 17℃
  - 0100: 18℃
  - 1100: 19℃
  - 0010: 20℃
  - 1010: 21℃
  - 0110: 22℃
  - 1110: 23℃
  - 0001: 24℃
  - 1001: 25℃ （我们的例子）
  - 0101: 26℃
  - 1101: 27℃
  - 0011: 28℃
- 看起来有点乱，但其实有一定规律，可以理解为“温度值-16”的某种二进制变形。直接查表是最稳妥的。
Bit 15：定时开关
- 0：定时功能关闭
- 1：定时功能开启
- 这个位开启后，后面的定时时间位才有效。
Bit 16-19：定时小时数
- 当定时开启时，这几位表示定时的小时部分。例如1000可能代表1小时，0100代表2小时，等等。需要结合定时分钟数一起解析。

5.2 第二段数据（32位）与校验码

第二段数据的前面部分可能包含模式（制冷、制热、除湿等）等信息，但不同型号差异极大。有一个位是相对统一的：

Bit 0：扫风开关（再次出现）
- 通常与第一段的Bit 6值相同。修改扫风状态时，需要同时改变这两个位。

最最重要的是第二段数据的最后4位（Bit 28-31），这是校验码。校验码是协议为了防止传输错误或验证数据合法性而设置的。网上流传很多格力校验码公式，比如“和校验”或“取反”，但我实测发现并不通用。

我通过大量数据反推，找到一个在我测试的几款格力空调上有效的经验公式：校验码 = (设定温度 - 18) + 定时小时数 + (开关状态 × 8)其中，开关状态：开机为1，关机为0。

以“开机、25℃、不定时”为例：校验码 = (25-18) + 0 + (1*8) = 7 + 8 = 15。15的十六进制是0xF，二进制是1111。你去看抓到的数据帧最后4位，很可能就是1111。

重要提醒：这个公式是我自己试出来的，可能不适用于所有格力机型。最可靠的方法是，你固定其他所有参数，只改变温度，观察校验码的变化规律，自己归纳出公式。校验码是协议逆向的最后一道关卡，必须攻克。

6. 从协议到代码：构建你的红外指令库

当我们完整掌握了波形时序、帧结构和数据位映射后，就可以动手创建一份可编程的协议字典了。这份字典本质上就是一个函数，输入是“开关、温度、风速”等参数，输出是一个符合格力红外协议的、代表高低电平时序的数组。

6.1 构建数据帧函数

以Arduino平台为例，我们可以这样设计一个发送函数：

// 定义时序常量（单位：微秒） #define START_LOW 9000 #define START_HIGH 4500 #define CONNECT_LOW 646 #define CONNECT_HIGH 20000 #define BIT_ZERO_LOW 646 #define BIT_ZERO_HIGH 516 #define BIT_ONE_LOW 646 #define BIT_ONE_HIGH 1643 void sendGreeIR(bool power, int temp, int fanSpeed, bool swing) { // 1. 创建缓冲区，存放最终的脉冲时序（低、高、低、高...） unsigned int rawData[67 * 2]; // 估算大小，实际需计算 int index = 0; // 2. 添加起始码 rawData[index++] = START_LOW; rawData[index++] = START_HIGH; // 3. 根据参数，计算第一段35位数据 unsigned long segment1 = 0; // 设置Bit3: 电源 if(power) segment1 |= (1UL << 3); // 设置Bit4-5: 风速，假设fanSpeed: 0=Auto,1=Low,2=Mid,3=High segment1 |= ((fanSpeed & 0x03) << 4); // 设置Bit6: 扫风 if(swing) segment1 |= (1UL << 6); // 设置Bit8-11: 温度 (需要查表或计算) unsigned char tempCode = getTempCode(temp); // 自定义函数，根据温度返回4位编码 segment1 |= ((tempCode & 0x0F) << 8); // ... 设置其他位（模式、定时等，假设为默认值） // 4. 将segment1的35位，按位转换为时序，填入rawData for(int i=34; i>=0; i--) { // 从高位开始发送 rawData[index++] = BIT_ZERO_LOW; // 低电平时间固定 if((segment1 >> i) & 0x01) { rawData[index++] = BIT_ONE_HIGH; } else { rawData[index++] = BIT_ZERO_HIGH; } } // 5. 添加连接码 rawData[index++] = CONNECT_LOW; rawData[index++] = CONNECT_HIGH; // 6. 计算第二段32位数据，包含校验码 unsigned long segment2 = 0; // 设置Bit0: 扫风（与第一段一致） if(swing) segment2 |= (1UL << 0); // ... 设置其他位 // 计算校验码 unsigned char checksum = (temp - 18) + 0 + (power ? 8 : 0); // 简化公式 segment2 |= ((checksum & 0x0F) << 28); // 7. 将segment2的32位，按位转换为时序，填入rawData for(int i=31; i>=0; i--) { rawData[index++] = BIT_ZERO_LOW; if((segment2 >> i) & 0x01) { rawData[index++] = BIT_ONE_HIGH; } else { rawData[index++] = BIT_ZERO_HIGH; } } // 8. 添加结束码（低电平部分） rawData[index++] = BIT_ZERO_LOW; // 结束码低电平 // 高电平部分在发送函数中处理为一段延时 // 9. 调用底层红外发射函数，发送rawData数组 irSender.sendRaw(rawData, index, 38); // 38代表38kHz载波频率 }

6.2 调试与验证：让空调听你的话

代码写好了，怎么验证？最好的方法就是搭建一个简单的发射电路。用一个NPN三极管（如8050）驱动一个红外发射二极管，单片机引脚通过一个100欧姆左右的电阻连接到三极管基极，发射管串联一个限流电阻（比如100欧姆）接在VCC和集电极之间。

上传代码后，用手机摄像头（大部分手机摄像头能看到红外光）对着发射管，按下测试按钮。你应该能看到发射管发出微弱的紫光（这是红外光被摄像头转换后看到的）。然后，拿着这个自制发射器对准空调，尝试发送开机、调温指令。

调试过程中常见的坑：

空调没反应：首先检查硬件连接和电源。然后用逻辑分析仪抓一下你发射的波形，和原装遥控器的波形对比，看时序对不对。最常见的问题是时序单位弄错（微秒当成毫秒），或者载波频率不对。
空调反应错乱：比如开机变成关机。这大概率是数据位映射错了。回去仔细核对是哪个功能位出了问题，可以尝试只修改一个位（比如只改温度），发送后观察空调反应，进行“二分法”排查。
校验码错误：空调可能完全不理睬，或者执行一次后不再响应。这说明你的校验码计算错误。老老实实多抓几组不同状态下的原装信号，用排除法推导校验算法。

这个过程需要耐心，但当你亲手让ESP32成功控制空调的那一刻，成就感是非常足的。这份你自己逆向出来的协议文档和代码，就是最宝贵的资产。以后无论遇到什么型号的格力空调，你都有了快速上手分析的能力。红外协议逆向就像一门手艺，掌握基本方法后，剩下的就是经验和细心。希望这篇超详细的拆解能帮你打开这扇门。

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