2013年9月7日 星期六
關閉 Arduino UNO 的 auto reset
在某些特殊情況下，你可能需要把 Arduino 的 auto reset 功能關掉。舉個例子，假設 Arduino 正在跑這段讓 LED 恆亮的 code:
假如這時用 echo 指令傳資料給 Arduino:
$ echo "Hello" > /dev/ttyACM0
你會發現 Arduino 的 LED 會突然閃爍幾下，然後又恢復恆亮。這是因為在開啟 serial port 時會觸發 Arduino 的 auto reset，Arduino 重新開機了，所以 LED 才會閃爍幾下 (開機時 bootloader 叫它閃爍的)。
要關閉 Arduino 的 auto reset，方法很簡單。以 UNO 而言，只要在 RESET 跟 GND 針腳之間放個 10uF 的電容就好 (短腳要接 GND):
其它板子我沒試過。不過，如果接電容的方法無效，據網路上的資料，可以在 5V 跟 RESET 針腳間放個 120 ohm 的電阻 (120 ohm 電阻還真不好找，可能要組合一下才行)。
至於 Leonardo 的話就不需要了，因為 Leonardo 的硬體線路跟 UNO 不一樣，不會在 serial port 連線時 reset，所以應該沒這方面的困擾 (補充: 當以1200 鮑率開個 serial port 時，Leonardo 就會重置)。
參考資料
2013年9月2日 星期一
TM1638 LED Display
TM1638 是一款 8 位數的 7 段顯示器，板子上有 8 顆雙色 LED (紅和綠)，以及 8 顆按鈕。依 7 段顯示器的顏色來區別，TM1638 分成紅色和綠色兩種款式。TM1638 還可以串聯 (daisy-chained)，最多可以串 6 組。TM1638 是大陸深圳天微這家公司做的。
這是 TM1638 的正面照:
如果有需要，可以用 cable 把 TM1638 串聯起來，最多可同時串 6 組 (賣家通常會提供 cable):
TM1638 的腳位圖印在板子背面:
TM1638 的接線很簡單。如果只有一組 TM1638，只需要 5 根跳線就可以跟 Arduino 連接起來，分別是 VCC 與 GND 兩支電源接線，另外再用 Arduino 三支 GPIO 接腳接到 DIO, CLK 和 STB1 就可以了。
實測
1. 首先，連接 Arduino 與 TM1638 (本例將 DIO, CLKC, STB1 分別接到 Arduino 的 8, 7, 6 接腳)
2. 到 https://code.google.com/p/tm1638-library/ 下載並安裝 tm1638 library
3. 點按 Sketchbook > libraries > TM1638 > tm1638_one_module_example 打開 TM1638 library 提供的範例程式。完整程式碼如下:
程式說明:
- 使用 TM1638 module(8, 7, 6) 定義 TM1638 物件，DIO 接在 pin 8, CLK 接在 pin 7, STB1 接在 pin 6
- 使用 module.setDisplayToHexNumber() 顯示16 進位數字，第二個參數可設定打開七段顯示器的小數點
- 要顯示 10 進位數字的話，把 module.setDisplayToHexNumber() 這行換掉，改成呼叫 module.setDisplayToDecNumber() 就行了
上傳程式到 Arduino 後…
耶，成功囉！
參考資料
Arduino Ethernet Shield 簡介
Arduino Ethernet Shield 可以讓 Arduino 控制板連到 LAN 或 Internet。
這塊板子用的 Ethernet 晶片是 WIZnet 5100:
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▲ Ethernet Shield 正面照
2012年07月12日_22h04_30
▲ Ethernet Shield 背面照 (標籤上印的是 Ethernet MAC Address)
WIZnet 5100 主要特色:
- Support Hardwired TCP/IP Protocols TCP, UDP, ICMP, IPv4 ARP, IGMP, PPPoE, Ethernet
- 10BaseT/100BaseTX Ethernet PHY embedded
- Support Auto Negotiation (Full-duplex and half duplex)
- Support Auto MDI/MDIX
- Support ADSL connection (with support PPPoE Protocol with PAP/CHAP Authentication mode)
- Supports 4 independent sockets simultaneously
- Not support IP Fragmentation
- Internal 16Kbytes Memory for Tx/Rx Buffers
- 0.18 μm CMOS technology
- 3.3V operation with 5V I/O signal tolerance
- Small 80 Pin LQFP Package
- Lead-Free Package
- Support Serial Peripheral Interface(SPI MODE 0, 3)
- Multi-function LED outputs (TX, RX, Full/Half duplex, Collision, Link, Speed)
(資料來源: WIZnet W5100 Product page)
下圖是 W5100 的 Block Diagram:
W5100 主要特色是把 TCP/IP Protocols (TCP, UDP, ICMP, IPv4 ARP, IGMP, PPPoE, Ethernet) 做在硬體電路上，減輕了 MCU 的負擔 (也就是 Arduino 的負擔)。不過 W5100 也不是沒有缺點，因為它有一個限制，就是最多只允許同時 4 個 socket 連線。Arduino 程式只要使用 Ethernet Library 便可以輕易完成連至 internet 的動作。
Arduino Ethernet Shield 使用加長型的 Pin header (如下圖一)，可以直接插到 Arduino 控制板上 (如下圖二)，而且原封不動地保留了 Arduino 控制板的 Pin Layout，讓使用者可以在它上面疊其它的擴充板。
比較新的 Ethernet Shield 增加了 micro-SD card 插槽，可以用來儲存檔案，你可以用 Arduino 內建的 SD library 來存取板子上的 SD card。(註:雖然 microSD 一張只要幾百塊台幣，不過現在全球經濟不景氣，而且當紅的雲端服務喊得震天價聲，網路上有一堆免費的 Cloud Storage 可用，我懷疑有多少人會願意再花錢去買 microSD :D )。
Ethernet Shield 相容於 UNO 和 Mega 2560 控制板。
Arduino 控制板跟 W5100 以及 SD card 之間的通訊都是透過 SPI bus (通過 ICSP header)。以 UNO 而言，SPI bus 腳位位於 pins 11, 12 和 13，而 Mega 2560 則是 pins 50, 51 和 52。UNO 和 Mega 2560 都一樣，pin 10 是用來選擇 W5100，而 pin 4 則是用來選擇 SD card。這邊提到的這幾支腳位都不能拿來當 GPIO 使用。
另外，在 Mega 2560 上，pin 53 是 hardware SS pin，這支腳位也必須保持為 output，不然 SPI bus 就不能動作。
在使用的時候要注意一件事，因為 W5100 和 SD card 共享 SPI bus，所以在同一個時間只能使用其中一個設備。如果你程式裏會用到 W5100 和 SD card 兩種設備，那在使用對應的 library 時就要特別留意，要避免搶 SPI bus 資源的情形。
假如你確定不會用到其中一個設備的話，你可以在程式裏明白地指示 Arduino，方法是: 如果不會用到 SD card，那就把 pin 4 設置成 output 並把狀態改為 high，如果不會用到 W5100，那麼便把 pin 10 設置成 output 並把狀態改為 high。
Ethernet Shield 上有幾顆狀態指示燈 (LEDs):
- PWR: 表示 Arduino 控制板和 Ethernet Shield 已經上電
- LINK: 網路指示燈，當燈號閃爍時代表正在傳送或接收資料
- FULLD: 代表網路連線是全雙工
- 100M: 表示網路是 100 MB/s (相對於 10 Mb/s)
- RX: 接收資料時閃爍
- TX: 傳送資料時閃爍
- COLL: 閃爍時代表網路上發生封包碰撞的情形 (network collisions are detected)
參考資料
2013年7月19日 星期五
Virtual Serial Port
ser2net 是把 serial port 轉成 TCP Socket (請參考我寫的 ser2net for OpenWrt 一文) ，而 Virtual Serial Port 則剛好相反，會反過來把 TCP Socket 轉換變成系統上的一個 Serial Port。這篇將介紹 Virtual Serial Port 的使用方法。
1. 先連到底下的網站下載 HW VSP Singleport:
HW VSP 有兩種版本，Singleport 是免費的版本，Multiport 則是商用版本。這裏請下載 Singleport 的版本。
2. 執行安裝程式
安裝程序最後一步會跳出底下視窗，問你要不要把程式加到防火牆的例外清單，請按 [是(Y]:
3. 打開 HW Virtual Serial Port
要先登入，請點一下右手邊的 Login，跳出底下視窗後，直接按下 OK 鈕:
4. 假設要為 192.168.10.1:2001 建立一個 Virtual Serial Port (我在 ser2net for OpenWrt 一文中建立的 Socket Port) ，那麼就照底下視窗填好相關欄位，然後按下 Create COM 鈕:
過幾秒鐘後，在裝置管理員裏就會多出一個 COM3 的 Serial Port:
接下來我們就可以把這個 COM3 當作是一般的 Serial Port 來使用囉。
例如我在筆電上建立了一個 COM3 的 Vritual Serial Port，我可以用 Arduino Software 的 Serial Monitor 收 Arduino 的資料:
要知道，這個 COM3 其實是 OpenWrt 上以 ser2net 轉成 TCP port 2001 的網路服務。
注意！雖然可以用 Serial Monitor 開啟 Virtual Serial Port，但是 Virtual Serial Port 有一個限制：「我們不能透過 Virtual Serial Port 上傳 Arduino 的 Sketch」，這一點要切記，因為畢竟 Virtual Serial Port 跟一般的 Serial Port 是不一樣的。
ser2net for OpenWrt
ser2net 可以把 Serial port 的通訊轉成 TCP Socket 的通訊。大部份的 Arduino 都是用 USB 介面接到筆電、Raspberry Pi 或是 OpenWrt，只能走 Serial 通訊，底下說明如何用 ser2net 把 Arduino 的 Serial 通訊轉成 TCP Socket 通訊:
1. 上傳 [File > Examples > 01. Basics > AnalogReadSerial] 到 Arduino 板子上，我們將用這支程式示範:
2) 登入到你的 OpenWrt，以底下指令安裝 ser2net (若使用 Raspberry Pi 等 Debian Linux，請用 apt-get 安裝):
opkg update
opkg install ser2net
3) 以指令 vi /etc/ser2net.conf 編輯設定檔，設定 Arduino 所在的 serial port 與 baud rate:
2001:raw:600:/dev/ttyACM0:9600 NONE 1STOPBIT 8DATABITS XONXOFF LOCAL –RTSCTS
此例 Arduino 接在 /dev/ttyACM0，baud rate 是 9600。
接著輸入底下指令啟動 ser2net:
ser2net
執行後，ser2net 會把 Arduino 的通訊轉成網路 port 2001。
4) 用 Putty 或 Telnet 工具連入 OpenWrt:
其中:
- IP Address 是你 OpenWrt 或 Raspberry Pi 的網路位址
- Port 要與 ser2net 的設定一樣，此例為 2001
- Connection type 要選擇 Telnet
最後按下 [Open] 連線，在 Putty 視窗上就會看到 Arduino 模擬輸入 (Analog Input) 的讀值囉:
2013年4月29日 星期一
node-webduino
I have just released node-webduino - A web FrontEnd for Arduino. Node-webduino will let you do real-time I/O monitoring and controlling in your browser. See README.md on the repo for more information:
Here is a screenshot of node-webduino.
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2013年04月30日: Here is a demo video:
2013年4月27日 星期六
ABC – Arduino Basic Connections
Alberto Piganti，就是那位畫了很多超棒的 Arduino pinout diagrams 的義大利人，最近他又畫了好多精美的電路圖，這次的創作叫作 Arduino Basic Connections，有關 Arduino 如何連接各種電子零件，所有你想知道的，全都在這本畫冊中。
Arduino Basic Connections 畫冊以集合為單位，每個集合有三張卡片。這本畫冊還在持續進行中，我三月份看到的時候，當時只看到 15 張，現在已經畫到第 14 集合了。
據我所知，為了方便查閱，大部份硬體工程師都會準備一本記載著基本而常用的電路的筆記本。Alberto Piganti 真的很佛心，常用的電子零件怎麼接，在這本畫冊中幾乎都找的到，而且電路圖畫得真的很漂亮。底下這張是 Card 3 中的繼電器電路:
如下，在寫繼電器簡介這篇時，我自己也畫了張控制繼電器的電路圖，圖是用 Visio 畫的。我不是學硬體出身的，也不是學設計的，當時可以畫出這樣一張圖，覺得很佩服自己，現在想想，跟 Alberto Piganti 畫的圖比起來，實在是不能比，我只能告訴自己：「工程師真的需要培養一些美感啊！」
image
Arduino Basic Connections 這本畫冊有 PDF 檔可以下載，或者也可以到 Flickr 取得 PNG 圖檔。
2013年4月12日 星期五
超棒的 Arduino pinout diagrams
有個叫 Pighixxxx 的義大利人，最近製作了好多 Arduino 的 pinout diagrams 貼在 Arduino forum 上，有 Arduino UNO 的，有很多張 ATMega 的，例如 ATMega328 與 ATMega1284p 等，也有幾張是 ATTiny 的。例如底下這張是 UNO 的 pinout diagram:
這些圖畫的真棒，好清楚，對如何使用 Arduino 的針腳幫助很大。
之前我寫過「From Arduino to AVR 單晶片教學」一系列的教學文章，搭配這些精美的圖來學習，真是再好不過了。
pighixxx 畫的這些圖，除了可以在 Arduino forum 上看到外，也可以到他個人網站下載，圖檔有 PNG 格式，也有 PDF 格式。
2013年1月10日 星期四
codebender: A Web-based Arduino IDE
現在是雲端時代，大家都想把軟體搬到網路上，最近國外就出現了一個叫作 codebender 的 Cloud-based Arduino IDE，可以讓使用者直接在 Browser 上寫 Arduino 程式。除了必須自行安裝 Arduino 的 USB Driver 外，使用者什麼都不用安裝，只要一個 Browser 就可以開始寫 Arduino 程式、編譯、甚至直接在 Browser 上 upload 程式到 Arduino 板子上。
codebender 的研發團隊甚至替 Arduino 設計了一個 TFTP bootloader，所以，如果你有 Ethernet Shield 還可以遠端更新 Arduino 的程式。
codebender 引起了我的興趣，所以我花了點時間試玩了一下。底下摘要一下 codebender 的用法:
1. 先到 codebender 申請一個帳號 - 註冊程序很簡單，輸入想要的帳號和密碼和 Email 就行了
2. 用剛剛註冊的帳號登入 codebender，你會看到類似底下的畫面:
接著點一下 First Example。寫程式的世界，萬事幾乎皆從 Hello World 起，而硬體微控制器的世界，則萬事皆從 Blink 開始。沒錯，我們現在正是要試 Blink 程式。當你點下 First Example 後，會開啟 Blink 程式跳到底下這個畫面:
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▲ 左手邊是操作區，右手邊是程式碼編輯區
如上圖紅框框處，第一次使用時，在左手邊的操作區會提醒你安裝 Browser Plugin。裝了 Browser Plugin 才能透過 USB 上傳程式，所以請點一下 Add to Chrome 把它裝起來。
備註: codebender 的 Browser plugin 支援 Chrome, Firefox。我試過，Windows 7 + Chrome 23.0 可以正常使用，不過 Windows 8 + Chrome 沒試成功，其它環境我就沒試了。
裝好後，操作區會多出 Serial Port 下拉選單和 USB Flash 以及 Serial Monitor:
3. 接著照下圖指示，先選板子類型，接著點 Verify，確認 Serial Port 無誤後，最後按下 USB Flash，過幾秒鐘後程式就會 upload 到 Arduino 上:
這樣就完成囉。
除了 Arduino IDE 的 Ethernet, Firmata, LiquidCrystal, SD, SPI, Servo, SoftwareSerial, Stepper, Wire 等標準 Libraries 外，目前 codebender 也有提供一些額外的 Libraries，比如 DHT, DallasTemperature, HttpClient, ICMPPing, IRremote 等等，詳細資訊可以在這裏找到。如果要安裝其它 Library 的話，辦法是有，只是現在程序還很繁瑣，不方便。我想這應該還好，因為 codebender 現在還是 beta 版，相信日後會改善。
2013年1月6日 星期日
Arduino Physical Gmail Notifier
本篇將示範如何把 Arduino 變成一個實體的 Gmail Notifier，當 Gmail 信箱有未讀的信件時，LED 就會閃爍。
材料表
- Arduino 主板一張
- LED x 1
把 LED 直接接到 Arduino 板子上就好，長腳接在 13 腳位，短腳接在 GND。
準備軟體環境
1) 到 ww.python.org 下載並安裝 Python - 我們的 Gmail 信箱檢查程式是用 Python 寫成的，所以需要 Python 執行環境。
2) 安裝 Python 的套件管理程式 easy_install 和 pip - 我們需要 pip 來安裝幾個 Python 套件。安裝辦法可以參考「安裝 easy_install 與 pip」。
3) 安裝 pyserial 與 feedparser 套件 – pyserial 是用來與 Arduino 通訊的套件，而 feedparser 則是用來檢查 gmail 信箱的套件。當你裝好 pip 套件管理程式後，接著執行下列指令把 pyserial 與 feedparser 裝起來：
pip install pyserial
pip install feedparser
Gmail Notifier
連到底下的位置下載 Gmail Notifier 程式:
下載回來的是一個壓縮檔，解開後會看到這些檔案：
接著進行底下兩個步驟：
1) 把 prototype 資料夾下的 prototype.ino 上傳到 Arduino 板子上
2) 用編輯器打開 mail_notifier.py：
你需要修改幾個參數，包括 USERNAME, PASSWORD 與 Arduino 所在的 Serial port。
修改好後，最後只要輸入下列指令執行 mail_notifier.py，程式就會開始檢查 Gmail 信箱囉。程式預設是每 5 秒鐘檢查一次信箱，你可以自行調整。如果你發現 LED 會閃爍的話，就代表你的信箱裏有未讀的信件：
python mail_notifier.py
恭禧你，這樣就完成囉！
備註: Gmail Notifier 這支程式是以 extended-python-arduino-prototyping-api 為基礎修改而成的。
參考資料
2013年1月2日 星期三
Amarino with SoftwareSerial
Amarino 官方的 MeetAndroid Library 只支援 Hardware Serial，我做了一個新的版本，這個版本增加 SoftwareSerial Library 的支援，所以現在你可以用 Arduino 任意 2 支 IO Pin 當作 TX 與 RX 腳位來銜接藍芽模組了。你可以在底下的網址取得我改過的 MeetAndroid Library:
當你裝好 MeetAndroid Library 後，可以打開 File > Examples > MeetAndroid > SoftwareSerialTest 這個範例來測試:
SoftwareSerialTest 範例完整程式碼如下:
在這個範例中，比較重要是底下這兩行程式碼，這兩行便是 Amarino with SoftwareSerial 的使用方法:
這會用 pin 2 和 pin 3 當作 RX 和 TX 接腳，而第二行把 mySerial 物件傳給 meetAndroid，表示要用 mySerial 當作與藍芽模組通訊的 Serial Port。由於我們現在使用 SoftwareSerial，沒用到 Hardware Serial，所以 Hardware Serial 就可以拿來 Debug:
當你用 Amarino 測試時，可以切到 Monitoring 畫面觀察 Amarino 背後通訊的過程，Amarino 測試連線的 Event 訊息如下，你會看到 Android 端每隔幾秒鐘就會送一個數值介於 0 到 255 的 random number 給 Arduino:
而在 Serial Monitor 視窗中也會同步看到一樣的訊息:
你或許會想要參考我整理的 Getting Started with Arduino 簡報，這份簡報可以帶你快速上手 Amarino:
參考資料
2012年12月22日 星期六
使用 Arduino 遙控家電
前言
躺在床上看書看累了，你想倒頭就睡，卻懶得下床關燈嗎？或是窩在舒服的沙發上看電視，你想開個電風扇涼快一下，卻連抬個腿都覺得麻煩嗎？「拿起一個遙控器，按一下把電燈關掉，再按一下就把電風扇打開。」，如果可以這樣，該是多麼美好的一件事！
這聽起來很困難嗎？不！一點都不！本專題要告訴您如何使用紅外線遙控插座，藉此控制電器的開關，並且以 Arduino 自製一個簡單的紅外線遙控器，利用 Arduino 來遙控紅外線插座。
STEP 1:
把紅外線插座插到 110V 插座 (圖1)，先按一下黑色按鈕讓燈亮，再按住按鈕約 3 秒鐘，等燈亮後手放開，此時燈會閃爍 (圖2)，代表紅外線插座已進入紅外線學習模式：
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▲ 圖 1：將紅外線插座插入110V插座
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▲ 圖 2: 按住按鍵 3 秒鐘後放開，此時燈會閃爍，表示已進入紅外線學習模式
拿起家裏任何一個遙控器，對著紅外線插座按任一鍵 (圖3)，這個紅外線插座很聰明，當你聽到繼電器發出嗒的一聲時，表示它已經把紅外線學起來了。
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▲ 圖 3：用遙控器對著紅外線插座按任一鍵
完成設定後，馬上來做個簡單的測試，將電器 (例如電風扇、立燈) 插到紅外線插座上，然後按一下遙控器同一顆按鍵，此時電器電源會打開 (圖4)，再按一下，便會關閉電源 (圖5)。
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▲ 圖 4：按一下打開電器，此時燈會亮
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▲ 圖 5：再按一下關閉電器，此時燈會熄滅
STEP 2:
下一步是使用 Arduino 讀取遙控器的紅外線訊號。
首先是連接電路，將 38kHz 紅外線接收器接到 Arduino 上。紅外線接收器的接法如圖 6 所示，接收器的 Vout 腳接到 pin 2 腳位，Vcc 接到 5V 輸出腳位，GND 接到 Arduino 的 GND 腳位。
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▲ 圖 6：紅外線接收器線路接法
接著是安裝 IRRemote Library。請將 IRRemote Library 下載後（註1），解壓縮放到 libraries 資料夾底下即可，例如 "C:\arduino-1.0.1\libraries"
將底下的程式輸入Arduino IDE 並上傳至 Arduino 板子上：
程式上傳完畢後，打開 Serial Monitor，接著拿起遙控器，對著紅外線接收器按下按鍵（要用跟紅外線插座一樣的同一個按鍵），這時候 Serial Monitor 會顯示紅外線訊號的編碼，如圖 7 所示：
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▲ 圖 7：遙控器紅外線訊號
請將解到的 Protocol 種類與編碼記錄下來（本例為 NEC 協定，編碼為 4CB3817E），待會我們會用到。
STEP 3:
下一步我們將使用 Arduino 來發射紅外線，以遙控紅外線插座。
首先一樣是先連接電路，我們要把紅外線發射器和一顆按鈕接到 Arduino。紅外線發射器的接法如圖8所示，發射器的長腳要接到 pin 3 腳位，並且串接一顆 100 ohm 電阻，短腳要接到 GND 腳位。至於按鈕則是一支腳接到 5V輸出腳位，另一支腳接到 pin 4 腳位，同時接一個 10K 電阻連接到 GND 腳位。
將底下的程式輸入Arduino IDE 並上傳至 Arduino 板子上：
本例所用的是講 NEC 協定的遙控器，所以程式呼叫 sendNEC() 發射紅外線訊號，如果你在 STEP 2 解到是其它紅外線協定，必須改呼叫其它函式，例如 sendSony(), sendRC5(), sendRC6(), sendSharp() 等。另外，記得將程式裏的紅外線編碼換成你遙控器的編碼。
大功告成了，此時按下按鈕後，Arduino 就會遙控紅外線遙控插座，你便可以打開或關閉電器的電源囉。
假如你有 Ethernet Shield、Wi-Fi Shield 或者是藍芽擴充模組，你只要利用 Arduino 和紅外線遙控插座，然後再寫個手機 App 便可以利用手機來遙控家電的開關了。這部份就留給你當作功課了。
註1: IRRemote Library 可由以下連結下載：
材料表：
1) 一張 Arduino 板子，一條 USB 傳輸線，以及 Arduino IDE 軟體開發環境:
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2) 一顆 38 kHz 的紅外線接收器 (Infrared Receiver)，如 TSOP2438, TSOP4438, PNA4602, FM-8038TM2-5DN。
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▲ 紅外線接收器(Infrared Receiver)
3) 一顆發射波長為 940nm (nanometer, 奈米) 的紅外線發射器
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4) 一個紅外線遙控插座 (可在露天或淘寶買到)
