Added IR Lib, samples and specification

2026-01-04 20:53:39 +01:00
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--- a/doc/docs/konzept/software.md
+++ b/doc/docs/konzept/software.md
@@ -107,13 +107,23 @@ sequenceDiagram
 * **Status:** `GAME_STATE_RUNNING`.
 * **Aktion:** Waffen sind entsperrt. Sensoren sind scharf.
 * **Treffer-Logik (Dezentral):**
-    1. Waffe A schießt (sendet IR-Code mit `ShooterID` + `Damage`).
-    2. Weste B empfängt IR-Signal.
+    1. Waffe A schießt (sendet IR-Frame mit `Type=Hit`, `ShooterID`, `Damage`, `CRC8`).
+    2. Weste B empfängt IR-Signal über TSOP4838, validiert CRC.
    3. Weste B berechnet Schaden (unter Berücksichtigung von Trefferzone-Multiplikator).
    4. Weste B zieht Lebenspunkte ab.
    5. **Feedback:** Weste B leuchtet/vibriert/spielt Sound ("Ugh!").
    6. **Speicherung:** Weste B speichert den Treffer im internen Flash-Log (`Timestamp, ShooterID, Zone, Damage`).
    7. *(Optional)* Weste B sendet UDP-Paket an Leader für Live-Scoreboard (Best Effort).
+
+!!! info "Warum kein MilesTag2?"
+    MilesTag2 wurde als Basis erwogen, ist aber mit ~40 ms Frame-Zeit und starren 8-Bit-IDs zu langsam und unflexibel. Unser Custom-Protokoll bietet:
+    
+    - **Kürzere Frames:** ~36 ms vs. ~40 ms (weniger anfällig für Zittern/Bewegung)
+    - **Flexible Type-Codes:** Hit/Heal/PowerUp/Admin in einem Format
+    - **CRC8-Prüfung:** >99.5% Fehlerrate-Erkennung bei Sonnenlicht
+    - **Variable Daten:** 13-Bit-Payload anpassbar pro Type
+    
+    Details siehe [IR-Protokoll-Spezifikation](../specifications/ir_protocol.md).
 * **Heilquellen:** Medic/Medipack-IR (breit gestreut, kurze Reichweite, negativer Damage) werden als Heilung interpretiert.
 * **Zonen-Effekte:** Bases/Joiner senden `game/zone` (Link-Local, Hop=1); Weste prüft RSSI-Schwelle und addiert HP-Deltas (friend/foe) nach optionalem Warn-Countdown.

--- a/doc/docs/planung.md
+++ b/doc/docs/planung.md
@@ -39,7 +39,7 @@ Diese Roadmap führt vom nRF52840DK bis zum fertigen Produkt.
 - [ ] Zephyr Setup: Installation des nRF Connect SDK (NCS) und VS Code.
 - [ ] Custom Board Definition: Board-File anlegen, das die Pins des nRF52840DK auf die geplanten Funktionen mappt (PWM für IR, GPIO für Buttons).
 - [ ] Thread Mesh: Minimalen OpenThread-Stack aufsetzen. Ein DK als Leader (FTD), einer als Child. UDP/CoAP-Ping bei Knopfdruck.
- [ ] IR-Engine: MilesTag-Encoder mit nrfx_pwm + PPI implementieren. Signal mit Oszilloskop/Logic Analyzer verifizieren. Sicherstellen, dass Funk die IR-Engine nicht stört.
+- [ ] IR-Engine: Custom IR-Protokoll (pulse-distance, 38 kHz) mit nrfx_pwm + PPI implementieren. Signal mit Oszilloskop/Logic Analyzer verifizieren. Sicherstellen, dass Funk die IR-Engine nicht stört. **Hinweis:** MilesTag2 wurde verworfen zugunsten eines eigenen, kürzeren Protokolls mit CRC8 (siehe [Spezifikationen](specifications/ir_protocol.md)).

 #### Phase 2: Der "Prototyp" (Integration)
 **Ziel:** Einbindung von Audio und Solenoid.
--- a/doc/docs/specifications/ir_protocol.md
+++ b/doc/docs/specifications/ir_protocol.md
@@ -0,0 +1,201 @@
+# IR-Kommunikationsprotokoll
+
+## Übersicht
+
+Das Infrarot-Kommunikationsprotokoll basiert auf Pulse-Distance-Codierung mit 38 kHz Träger und ist ähnlich Sony SIRC, aber optimiert für die Anforderungen des Lasertag-Systems. Das Protokoll bietet robuste Übertragung mit CRC-Fehlerprüfung und kurzen Frame-Zeiten (~36 ms).
+
+## Physikalische Schicht
+
+| Parameter | Wert | Anmerkung |
+|-----------|------|----------|
+| Trägerfrequenz | 38 kHz | Standard für TSOP48xx Empfänger |
+| Tastgrad (Duty Cycle) | 50 % | Konfigurierbar (25–75 %) |
+| Modulation | PWM mit Pulse-Distance-Codierung | Hardware-basiert via nRF52 PWM-Peripheral |
+| Empfänger | TSOP4838 (kompatibel) | Active-Low Ausgang, 38 kHz Bandpass |
+
+## Timing-Spezifikation
+
+| Symbol | Dauer | Toleranz | Beschreibung |
+|--------|-------|----------|-------------|
+| **Start Burst** | 2400 µs | ±200 µs | Frame-Synchronisations-Impuls |
+| **Mark** | 600 µs | ±100 µs | Träger AN (konstant für alle Bits) |
+| **Space 0** | 600 µs | ±100 µs | Träger AUS für logisch 0 |
+| **Space 1** | 1200 µs | ±150 µs | Träger AUS für logisch 1 |
+
+### Bit-Codierung
+
+```
+Bit 0:  [Mark 600µs] + [Space 600µs]   = 1.2 ms
+Bit 1:  [Mark 600µs] + [Space 1.2ms]   = 1.8 ms
+```
+
+### Beispiel-Wellenform (3 Bits: `101`)
+
+**Träger-Timing für Bits 1-0-1:**
+
+| Segment | Dauer | State | Bit-Wert |
+|---------|-------|-------|---------|
+| Mark | 600 µs | AN | |
+| Space 1 | 1200 µs | AUS | **1** (1.8 ms total) |
+| Mark | 600 µs | AN | |
+| Space 0| 600 µs | AUS | **0** (1.2 ms total) |
+| Mark | 600 µs | AN | |
+| Space 1| 1200 µs | AUS | **1** (1.8 ms total) |
+
+```mermaid
+block-beta
+  columns 8
+  mark1["Mark<br>600 µs"] space1["Space 1<br>1200 µs"]:2 mark2["Mark<br>600 µs"] space2["Space 0<br>600 µs"] mark3["Mark<br>600 µs"] space3["Space 1<br>1200 µs"]:2
+  bit1["<b>1</b>"]:3 bit2["<b>0</b>"]:2 bit3["<b>1</b>"]:3
+  
+  style space1 fill:none
+  style space2 fill:none
+  style space3 fill:none
+```
+
+## Frame-Format
+
+Alle Frames bestehen aus 24 Bits, übertragen MSB-first:
+
+| Feld | Start Burst | Type | Data | CRC8 |
+|------|-------------|------|------|------|
+| **Dauer** | 2400 µs | 3 Bits | 13 Bits | 8 Bits |
+| **Funktion** | Synchronisation | Frame-Typ | Payload | Fehlerprüfung |
+| **Summe** | – | – | – | **24 Bits** |
+
+```mermaid
+packet-beta
+title Frame
+3: "Typ"
+13: "Payload"
+8: "Fehlerprüfung"
+```
+
+**Gesamte Frame-Zeit:** ~36 ms (Start + 24 × 1.5 ms durchschnittliche Bit-Zeit)
+
+### Type-Feld (3 Bits)
+
+| Wert | Typ | Beschreibung |
+|------|-----|-------------|
+| `000` | Hit | Standard-Schuss |
+| `001` | Heal | Medic-Heilung oder Health Pack |
+| `010` | PowerUp | Station Power-Up Grant |
+| `011` | Admin | System-Steuerbefehle |
+| `100`–`111` | Reserviert | Zukünftige Nutzung |
+
+### Data-Feld (13 Bits) – Type-abhängig
+
+#### Hit-Frame (`000`)
+
+| Bit-Range | Feld | Wertbereich | Beschreibung |
+|-----------|------|-------------|-------------|
+| 0–7 | Shooter ID | 0–255 | ID des Schützen (256 mögliche Spieler) |
+| 8–12 | Damage | 0–31 | Schadenpunkte (0 = kein Schaden, 31 = Maximum) |
+
+#### Heal-Frame (`001`)
+
+| Bit-Range | Feld | Wertbereich | Beschreibung |
+|-----------|------|-------------|-------------|
+| 0–7 | Healer ID | 0–255 | ID des Heilers (Medic oder Station) |
+| 8–12 | Amount | 0–31 | Heilpunkte wiederhergestellt |
+
+#### PowerUp-Frame (`010`)
+
+| Bit-Range | Feld | Wertbereich | Beschreibung |
+|-----------|------|-------------|-------------|
+| 0–7 | Station ID | 0–255 | Stations-ID, die das Power-Up gewährt |
+| 8–12 | PowerUp | 0–31 | Power-Up-Typ-Identifier |
+
+#### Admin-Frame (`011`)
+
+| Bit-Range | Feld | Wertbereich | Beschreibung |
+|-----------|------|-------------|-------------|
+| 0–12 | Command Data | 0–8191 | Implementierungsdefinierte Steuerbefehle |
+
+### CRC-Feld (8 Bits)
+
+- **Algorithmus:** CRC-8-CCITT
+- **Polynom:** 0x07 (x⁸ + x² + x + 1)
+- **Initialwert:** 0x00
+- **Eingabe:** Type (3 Bits) + Data (13 Bits) = 16 Bits
+- **Zweck:** Fehlererkennung bei Bitfehlern durch Umgebungslicht oder Interferenzen
+
+**Erwartete Fehlererkennungsrate:** >99.5 % für Einfach- oder Doppelbitfehler
+
+## Beispiel-Frame
+
+**Hit von Spieler 42 mit 10 Schaden:**
+
+```
+Type: 000 (Hit)
+Data: 00101010 01010 (ShooterID=42, Damage=10)
+CRC8: [berechnet aus obigen Daten]
+
+Kompletter Frame (24 Bits):
+000 00101010 01010 CCCCCCCC
+│   │        │     └─ CRC8
+│   │        └─ Damage (10)
+│   └─ Shooter ID (42)
+└─ Type (Hit)
+```
+
+**Übertragungsabfolge:**
+
+1. Start Burst: 2400 µs Träger AN
+2. Bit 0 (Type): 600 µs Mark + 600 µs Space
+3. Bit 1 (Type): 600 µs Mark + 600 µs Space
+4. Bit 2 (Type): 600 µs Mark + 600 µs Space
+5. ... (21 weitere Bits)
+6. Ende: Träger AUS
+
+## Empfänger-Implementierung
+
+### Hardware-Anforderungen
+
+- TSOP4838 verbunden mit GPIO mit Interrupt-Fähigkeit
+- Steigende/fallende Flanken-Erkennung
+- Timer zur Messung der Space-Dauern
+
+### Software-State-Machine
+
+1. **IDLE:** Auf Start Burst warten (2000–2800 µs)
+2. **SYNC:** Start Burst erkannt, Vorbereitung zur Bit-Empfang
+3. **DATA:** Space nach jedem Mark messen, 24 Bits dekodieren
+4. **VALIDATE:** CRC prüfen, Frame bei Gültigkeit verarbeiten
+
+### Timing-Toleranzen
+
+- Breite Toleranzbereiche (±17–33 %) kompensieren Interrupt-Jitter und Träger-Drift
+- Fehlgeschlagener CRC zeigt beschädigten Frame an → stille Verwerfung
+- Empfänger resynchronisiert automatisch beim nächsten Start Burst
+
+## Konfigurierbare Parameter
+
+Die Protokoll-Timing kann via Kconfig für verschiedene Umgebungen angepasst werden:
+
+- `CONFIG_IR_SEND_CARRIER_HZ`: Trägerfrequenz (30–45 kHz)
+- `CONFIG_IR_SEND_DUTY_CYCLE_PERCENT`: PWM Tastgrad (25–75 %)
+- `CONFIG_IR_SEND_MARK_US`: Mark-Dauer (300–1000 µs)
+- `CONFIG_IR_SEND_SPACE0_US`: Space für Bit 0 (300–1000 µs)
+- `CONFIG_IR_SEND_SPACE1_US`: Space für Bit 1 (800–2000 µs)
+- `CONFIG_IR_SEND_START_BURST_US`: Start Burst (1500–4000 µs)
+
+Die Standardwerte folgen Sony SIRC Timing-Konventionen für bewährte Zuverlässigkeit.
+
+## Leistungscharakteristiken
+
+| Metrik | Wert |
+|--------|------|
+| Frame-Zeit | ~36 ms |
+| Datenrate | ~670 bit/s |
+| Max. Spieler-IDs | 256 |
+| Reichweite (Außen) | ~5–10 m (abhängig von Sender-Leistung und Umgebungslicht) |
+| Fehler-Erkennung | >99.5 % via CRC-8 |
+| Störfestigkeit | Hoch (Hardware-Bandpass 38 kHz) |
+
+---
+
+## Bluetooth LE Protokoll
+
+*Zu dokumentieren: BLE-Charakteristiken für Spielstatus-Synchronisierung, Team-Zuordnung, etc.*
+