你是不是對網紅小遙有些興趣，也想要了解更多相關知識呢？今天 TIH 就要對紅外線控制做更進一步的說明。
首先，我們從紅外線遙控器的歷史開始吧！
1905 年，愛因斯坦發現光如果打在某些金屬上會產生電流，這個現象被稱為光電效應，於是到了1950 年代時，人們開始利用發射光線來嘗試控制電器。
但在一開始，由於太陽光會造成接收器的誤動作，在相關的技術發展上形成阻礙，人們便轉往使用超音波控制，但這反而又影響了人類飼養在家中的寵物，最後有人首先開始利用 ASK 調變和使用 950 nm 的紅外線控制電視機，於是從 1970 年代之後，這樣的技術就成了目前我們控制電器的主流模式。
關於文中的幾個關鍵字，我們接下來會更詳細的介紹。
950 nm 是什麼？
通常要討論無線控制，就得先知道這個無線訊號大約位於哪個頻率，舉例來說：藍芽的頻率大約是 2.4 GHz、Wi-Fi 是 2.4 GHz 或 5 GHz。
而紅外線（Infra-Red，簡稱 IR ）的話，我們先看看下面的電磁波頻譜圖，可以看到在 Visible（可見光）下方有一個 Near IR（近紅外線） ，我們一般用來控制電器的紅外線頻率大約就在可見光與近紅外線的中間，波長大約是 950 nm。
波長=光速/頻率也因為在可見光的附近，因此遙控器的紅外線就和可見光一樣，把門關上堵住門縫基本上就看不到了，不過範圍小不一定是壞事，這意味著不容易干擾別人，也不容易被干擾。回想一下，當我們打開手機的 Wi-Fi 列表常常會看到很多不是自己家的 Wi-Fi 名稱吧？這其實也是訊號干擾的一種。
P.S. 通常位於越下方的光（波長越長、頻率越短）穿透性越好，如果是在 10 MHz 的頻率的話，甚至可以進行長距離通訊，像是跨洲或者海上船隻之間的通訊。
另外950 nm 還有一個秘密，讓我們再看看下面這張太陽電磁波頻譜圖。
黃色部分是大氣層頂的電磁波分佈，紅色則是到了海平面時剩下的電磁波強度。在 950 nm 的部分，可以看到黃色的部分有明顯的下降，因為在 950nm 的紅外線來到海平面時，被大氣中的水氣吸收掉了，因此，如果用 950 nm 的紅外線來控制電器，就能最大程度降低被太陽光干擾的問題。
說說物體和光的關係。
從上面的電磁波頻譜圖可以知道，頻率越短的電磁波穿透能力就越強，但實際上，不同物體吸收與反射的電磁波頻率也會不大相同。
我們舉個例子。
太陽發射出的白光照到了紅色的花朵上，紅花吸收紅色以外的光並反射紅色的光，而被反射的光經過我們的角膜、水晶體，最後打在視網膜上，透過感光細胞和感色細胞，再由視神經送進大腦的視覺中樞，於是我們看見了紅色的花。
在大自然中，不同物體可吸收、反射以及穿透的光其實波長是不一定的，這些數據需要通過實驗才會知道，目前人類所使用的顏料也是經過多次嘗試才慢慢被製造出來的，到了 2014 年，英國還是有新的黑色「Ventablack」被發表。
因此，有哪些材料會反射紅外線、哪些會吸收、哪些會穿透，都是需要實際測試才會知道的，可能有些我們以為是透明的物體卻會吸收紅外線，就像是紅色玻璃紙那樣。
目前有一種特殊的壓克力，它不透光，但是可以被 950 nm 紅外線穿透。在某些紅外線發射器或是接收器上會看到黑色的區域，有可能就是使用了這種壓克力。
調變（Modulation）與紅外線編碼。
接著來說說編碼吧，在這邊比較正確的說法應該稱為調變，指的是一種將特定頻率混入將要傳輸的訊號中，以避免其它同性質訊號干擾的技術。
調變的技術一直隨著時代在演進，傳輸效能也逐漸變高。以 Wi-Fi 技術為例，1999 年大約只有 11 mbps 的理論傳輸速率，而到了 2009 年，Wi-Fi 同樣使用約 20 MHz 的頻寬，速度卻有 288.8 mbps ；到了 2019 年，已經有了 1,147 mbps 的傳輸速率。
不過我們可愛的紅外線即使到了 2019 年，技術水平卻還是停留在 1970 年。
接著，更進一步地來說說調變吧。
如果在高中有學過計算機概論或電腦課的話，應該對「開燈就是 1 ，關燈就是 0 」的說法有點印象吧？
但如果這時剛好有太陽光照過來，接收器就會收到一堆1 的訊號，而沒辦法分辨何時變成 0 ，因為對接收器來說燈一直都是亮著的。
因此我們在加入下圖中間的那條『載波（Carrier Wave）』，當要傳送 1 的訊號時就改成傳送載波的訊號，要傳送 0 的時候就什麼都不送，將原本單純 1 和 0 的波變成最下面的樣子。
因為自然界中不會有這樣的載波，因此接收器就有辦法區分載波和太陽光了。
還有一點，因為紅外線如果長時間保持某個亮度的話容易過熱，改用脈衝就可以在同樣的耗電以及散熱限制下發出更強的光。
載波每秒閃（或者說亮）的次數我們稱之為『載波頻率（Carrier Frequence）』，日本和台灣製家電的載波頻率基本上都是 38 KHz，也就是每次點亮的時間間隔是 26.6 us 。
其實並沒有明文規定一定要是 38 KHz，會定成這樣的頻率其實只是大家的約定俗成。關於約定俗成的實作頻率，有一條有趣的軼聞：美國的RC-5 編碼標準是頻率 36 KHz，但據說在實作上大家都做成了 38 KHz 。
講完載波之後，接著是格式。
基本上，各個家電廠商都制定了自己的紅外線訊號格式，因為最常見的是 NEC 格式，所以我們這邊就拿 NEC 格式來做範例。
下圖是一台 Epson 投影機凍結畫面按鈕的訊號，這些訊號都會被收錄在 IRDB（開放紅外線資料庫）上。
再看下圖，首先會看到最左邊一塊黑、一塊白的區段，這段叫做「領導碼（リーダ・コード）」。
這段編碼是用來告訴接收器說：接下來會有一個 NEC 編碼要進來了，接下來就要開始辨識編碼了，當然，如果不支援 NEC 編碼就可以忽略掉。
接下來就要開始傳送資訊了，請注意，每條黑色的寬度都是一樣的，只有白色部分的寬度會有不同。
P.S. 這整段編碼的持續時間是 9 ms，在這段時間中，紅外線 LED 不會全程都亮著傳送訊號，而是會傳送剛剛提到的載波，NEC 格式的載波頻率是 38 KHz ，功佔比（在一個週期中，亮和暗的比例）是三分之一。
在 NEC 格式中，假如黑色後的白色比較寬（大約3倍）就代表訊號 1 的意思，如果白色和黑色等寬就是訊號 0 ，按這照這樣的格式去重新整理編碼並計數，就會像下圖一樣，總共有 32 個 bit。
前面 16 個 bit 是「自定義代碼（Custom Code）」，有些廠商稱之為「地址碼（Address Code）」，這個代碼的功能是用來區分這組紅外線碼屬於哪一個廠商，讓同樣使用 NEC 格式的廠商不會互相影響彼此的產品操控。
前面 16 bit 的二進位轉成十六進位後會變成：
1100 0001 1010 1010 (bin) = C1AA (hex)這邊的C1AA就是他的自定義代碼。
後面的 8 個 bit 是『資料碼』，以這個範例來說的話，後面的 8 個 bit 是『資料碼』，以這個範例來說的話，資料碼是 0100 1001，最後面的 8 個 bit 是資料碼的檢核碼，固定是資料碼的反向，所以 0100 1001 的檢核碼就是 1011 0110。
所以一般來說，我們只要紀錄資料碼就行了。
根據以上的分析，就確定了 Epson 凍結畫面訊號的格式了。
在台灣常見的紅外線格式載波頻率如下：
NEC：38Khz
RC-5：36Khz
RC-6：36 Khz
Panasonic：36.7 KHz
Sharp：38KHz
Sony：40KHz
RCA：56Khz
其中 RCA 格式據說是用於 XBOX One 的遙控器上。
基本上，不同的格式間沒辦法相容，所以每種電器都會有專屬的遙控器，一但家裡買的電器種類多了，琳瑯滿目的遙控器有時也讓人滿困擾的。
但後來有人發現，如果用 38 Khz 的載波頻率去紀錄每個紅外線編碼 1 和 0 的持續時間，大部分的紅外線編碼就都能被記錄在同樣的格式中，簡單來說，只要遵照著這樣的規則，只要一支遙控器就能操控所有家電。
於是，萬用遙控器誕生了～
IRKit
其實網路紅外線遙控器有很多種，但是 IRKit 比較特別，因為它是完全開源的紅外線控制器，也有很完善的 Open API 架構，因此可以透過它提供的 API 去搜集你想嘗試搜集的紅外線碼，然後馬上發出來確認這個紅外線編碼是否正確。
這個專案在是 2014 年被提出來的，同時這個專案還可以直接透過雲端，利用 iPhone 在外面發射紅外線訊號。
美中不足的地方是，這個專案並沒有已經建立好的雲端紅外線資料庫，因此，如果使用者要使用這個硬體裝置，必須要一筆、一筆把遙控器所有的功能按鈕訊號紀錄進 APP，沒有辦法將自己儲存的訊號資料分享給家人，且如果不小心移除了 APP，會就此失去先前紀錄的訊號資料。
因為這個問題，所以 TIH 架設了 IRDB ，直接儲存用 IRKit 紀錄到的紅外線編碼，網友之間可以彼此分享，讓使用者省去讓裝置紀錄紅外線編碼的痛苦過程。
但因為 IRKit 一直沒有在台灣販售，加上雖然是完全開源的硬體，但關鍵的Wi-Fi 模組不好取得、電路板和外盒還需要量產……等等因素，因此 IRDB 過了幾年進度還是很緩慢。
網紅小遙
如果說 IRKit 是因為 iPhone 的興起所以被發明的產品的話，那網紅小遙就是因為 Google 助理出現中文版才開始的計畫。
網紅小遙是由 TIH 進行設計的網路紅外線遙控器，最大的特點在於使用者容易自己進行生產和組裝。
IRKit 的 Wi-Fi 模組單價高達一千多元，且在台灣幾乎找不到有販售的商家；此外，若找不到願意配合製作其 ABS 外殼的工廠，就得使用 3D 列印，質感會比較差強人意；電路板也必須找到配合廠商……基於以上因素，要自己做一個 IRKit 其實還滿困難的。
網紅小遙的目標就是排除掉這些問題，讓使用者用在台灣就能買到的材料，可以自己組出一隻網紅小遙。
小遙的設計理念
我們一開始就拿掉了 ABS 塑膠的設計，因為塑膠外殼雖然適合量產，但是對於想要自己製作的消費者來講還是很麻煩的，於是我們參考了 Voice Kit 以及 Cardboard 的做法，選擇以紙作為外盒的材料。
接下來是電路的部分，就像大多數在網路上找得到的教學一樣，我們原本以為直接把紅外線 LED 插進開發版的 Pin 腳就可以了，沒想到，雖然能控制，卻一直做不到如同 IRKit 的訊號發射水準。
仔細比較了兩邊的電路圖才發現，原來紅外線發射另外還需要「放大電路」去強化訊號，如果沒有放大電路的話，紅外線發射的距離就會很短，這會對消費者的使用造成障礙，但如果要製作放大電路，就代表需要另外設計電路板，還要找工廠製作，這對想自己製作的使用者來說也會產生障礙。
因此我們捨棄了傳統印刷電路板的做法，改用小麵包板來做設計。
MCU （執行程式）的部份，因為不打算重新印刷電路板，所以是以開發版的形式出貨。
所謂的開發版指的是上面會保留許多晶片相關的接腳，讓開發者方便進行產品雛型開發的電路板。
在一開始我們的選項有三個：
- LinkIt 7697
曾經與 MakerPRO 合作過性質相似的產品，當時就是採用 7697，而且是台灣的國產電路板。 - Arduino MKR 1010
在 CES 的攤位上拿到，好像很好用的樣子。 - ESP32-DevKitC
是社群支援度很高的上海樂鑫做的板子，而且價格很便宜。
最後我們選擇了 7697 ，因為它在價錢上和 ESP32 相當，也可以直接被插到麵包板上。
組裝之後就是基本的功能和外盒設計。
在功能部分反而比較好突破，我們很快就能做到基本的控制，也就是收發紅外線的部分，但是在外盒的設計卻被親友打槍了。
一開始我們仿造一般硬體做了一個像鳳梨酥盒子那樣的立方體外盒，被親友說這樣子的形狀好像質感上面會輸很大一截。
因此我們重新設計外盒，利用紙質好印刷的特性，直接把網紅小遙的紙娃娃給做了出來。
如果這個東西是擺在客廳的話，與其盡可能讓它消失，不如就突破現有的框架，讓它變成一件藝術品或可愛的小裝飾吧？
不知道有多少人有用過 VHS 錄影帶？當時有個製作成一台紅色汽車造型的錄影帶回帶機。
這個回帶機就算只是單純擺在客廳，也是一個不錯的擺飾吧？從這個角度出發，我們就差不多找到了「小遙紅外線燈籠」的設計主軸。
設計出來之後，我們選擇了一條稍微困難一點的路：群眾募資。
總之，如果同樣對紅外線研究有興趣的話，歡迎來一起贊助網紅小遙的專案，一起加入搜集紅外線訊號的行列吧！
專案請走這裡：https://www.zeczec.com/projects/IRHaruka
參考資料：
56K Datasheet
https://www.vishay.com/docs/80071/dataform.pdf2014年關於IRKit的報導
https://thebridge.jp/en/2014/03/irkit