未來電視有極多的可能性，能結合上網、游戲與多媒體數字內容等，甚至取代一部計算機；“時代華納”的執行官Bewkes認為，遙控器是影響用戶與電視內容最重要的關鍵。然而，現有的遙控器太過復雜，更別提智能電視(Smart TV)問世后，遙控器將從音量、轉臺這類基本的按鍵變成一堆字母的鍵盤，如果加上游戲功能，遙控器就更加復雜。

內建體感控制和RFID　電視遙控器設計更多元

隨著數字多媒體與三維(3D)影像顯示的發展，電視結合上網、游戲與多媒體影音功能已成未來趨勢。臺灣虎尾科技大學師生所設計的遙控器，通過內建體感式控制與無線射頻識別系統(RFID)，結合一般電視遙控、多媒體播放器遙控及游戲手柄，并增加實用性與娛樂性，使用者僅需一組體感搖控器便可輕松操作。

在動態傳感的部分，體感搖控器上以單晶微處理器連接一個三軸重力傳感儀(G-Sensor)傳感器，并利用其所輸出的X、Y與Z軸信號，來知道目前游戲手柄的揮動方向。通過游戲手柄內所嵌入的RFID來判斷操作者所切換的模式，或者進行特殊的游戲情境切換，而接收端則是以單芯片為控制器連接通用串行總線(USB)芯片組，將接收數據轉為標準鍵盤與鼠標信號來進行操控。

該遙控器設計可任意切換為鼠標或鍵盤等，符合USB人機接口設備(Human Interface Device, HID)群組的設備進行輸入，也可利用動態傳感進行選臺及音量調整，并可使用RFID切換最愛頻道、游戲情境或多媒體播放器等特殊功能。

同時，該遙控器結合一般遙控器、多媒體播放控制器與游戲游戲手柄功能，利用體感控制聯網電視播放、上網等一般功能與進行游戲；而結合RFID切換不同使用模式、頻道、游戲情境等，讓使用者能有另一種更直覺的操控方式。該遙控器設計結合電視、多媒體播放及游戲功能于一身，并能仿真鍵盤鼠標，方便聯網電視的操作性。

遙控器設計包含兩部分，分別為體感遙控器與通用串行總線連接設備(USB Dongle)無線收發器。體感遙控器上的單芯片微控制器連接紅外線IC、三維(3D)G-Sensor、RFID讀取器及無線傳感模塊；而其功能在負責轉換G-Sensor的X、Y與Z軸的變化量，以及判斷RFID讀取器讀取的數據，然后再將相關的數據通過無線傳感模塊傳輸出去。而USB Dongle中，微控制器(MCU)連接一USB接口芯片組及無線傳感模塊，通過無線傳感模塊接收體感遙控器的各種信號，并與USB接口芯片組實現一USB HID設備群組的功能，仿真出完全兼容的USB鍵盤鼠標信號，傳送鼠標的軌跡數值與按鍵動作，至多媒體聯網電視主機以進行控制。

G-Sensor可偵測3D空間變動

G-Sensor又稱為三軸重力傳感器，Wii的互動游戲設備，即是使用此概念來做把手，可純粹以移動控制器的方式，來達到遙控的效果；現在許多智能型手機為支持此特殊功能，已開始搭載此一芯片。G-Sensor傳感器的應用，大幅改變人們的使用和操作習慣，從原本鍵盤的操作，改為直覺性重力傳感(Motion Sensing)來達到體感的模擬效果。

基本上，周遭空間即屬于3D世界，而G-Sensor原理即是偵測這3D空間的變動，來得到實際的數值，并加以應用。以圖1的四面體作為重力測量為例，水平平放時，X、Y、Z軸之變化值皆為0；直立時，Y值為0-90，反之為090；水平平放，朝向往左旋轉時，X值為0-90，往右旋轉時，X值為090；水平平放，機身向左水平傾斜時，Z值為0-90，往右傾斜時，Z值為090。依據這些值的組合，即可拿來做軟件上或硬件上的應用。

圖1 四面體X、Y、Z 軸變化

標簽采用ISO-15693高頻RFID標準

RFID系利用無線傳輸的識別系統，RFID分成兩部分，其一為標簽(Tag)，其內主要包含收發天線與內存IC；其二為讀取器(Reader)部分，其內主要包含收發天線、收發模塊及控制電路。運作原理是利用傳感器發射無線電波，觸動感應范圍內的RFID標簽，藉由電磁感應產生電流，供應RFID卷標上的芯片運作并發出電磁波回應傳感器。

若以驅動能量來源區別，RFID標簽可分為主動式及被動式兩種。被動式的卷標本身沒有電池的設備，所需電流全靠傳感器的無線電波電磁感應產生，所以只有在接收到傳感器發出的信號才會被動的響應傳感器；而主動式的標簽內置有電池，可主動傳送信號供傳感器讀取，信號傳送范圍相對也比被動式廣。

至于RFID技術的主要特色，首先是體積小，日立(Hitachi)的被動式RFID芯片僅0.4毫米(mm)×0.4毫米大小，與一顆沙粒相仿，可貼附在任何大小的商品上；其次是成本低廉，若RFID芯片組被大量應用時，成本降至5分美元以下；第三是不易被仿制，RFID可隱藏于物品內，除非是大型IC制造廠，否則無法被仿制；第四項RFID的技術特色是可儲存大量數據，芯片內有96位容量，換算后可辨識一千六百萬種產品，六百八十億個不同序號，可避免條形碼方式常遇到的序號重復問題；第五是快速非接觸式數據讀取，接受器和芯片的間隔在4公尺內即可感應，每秒可讀取兩百五十個標簽，比條形碼辨識快數十倍，也無須人工手持條形碼機逐個掃描。其他特色包括可減少人工手動操作的錯誤，確保質量并降低成本，提供實時數據等。

目前RFID規畫使用的頻率，較普遍有五種，分別是135KHz以下、13.56MHz、860M960MHz(超高頻帶)、2.45GHz(微波)以及5.8GHz，而不同工作頻率有不同的優缺點及其應用范圍。上述頻帶傳輸距離約為數公分到數公尺，傳輸速率約為數十到數百Kbit/s。

一般而言，低頻率的RFID特性為架構簡單與成本便宜，而高頻率的RFID特性為傳輸距離較長，且抗干擾性較佳，相較下成本也較高。該遙控器設計使用的標簽為高頻帶下其中一個標準，ISO組織定義為ISO-15693，即近距型智能卡(Vicinity Coupling Smart Cards)標準。如表1所示，ISO 15693規定讀取距離為長達1公尺的運作標準，一般之門禁卡即為此類規格之產品，十分容易取得。

ZigBee無線模塊具高通信效率 

該遙控器設計的ZigBee模塊，使用XBee無線傳輸模塊；ZigBee是一種相當新型的短距離傳輸技術標準，是從家用無線通信規格HomeRF聯盟中所分出來的HomeRF Lite或FireFly無線技術，主要用于近距離無線連接，亦常用于收集傳感信號，因此一般也稱為ZigBee無線傳感網絡。

ZigBee有特定的無線電標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器只需很少能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們之間的通信效率非常高，這些所收集到的數據如溫度信號，就可進入最終端的計算機進行分析。

至于ZigBee技術的特色，其一是省電，ZigBee的傳輸速率低，所以信號的收發時間短，在非工作模式時ZigBee處于睡眠模式，而在工作與睡眠模式之間的轉換時間，一般睡眠啟動時間只有15毫秒(ms)，而設備搜尋時間為30毫秒，電池可支持ZigBee長達6個月至2年左右的使用時間。

其二是可靠度高，ZigBee的媒體訪問控制(MAC)層，采用Talk-When-Ready的碰撞避免機制，當有數據傳送需求時則立即傳送，每個發送的數據封包都由接收方確認收到，并進行確認信息回復；若沒有得到確認信期的回復，就表示發生碰撞，將再傳一次。ZigBee以此方式大幅提高系統信息傳輸的可靠度。

其三是高度擴充性，一個ZigBee的網絡設備，其余則是Slave設備。若是通過Network Coordinator則整體網絡最多可擴充到65535個ZigBee網絡節點，再加上各個Network Coordinator可互相連接，使整體ZigBee網絡節點數目將十分可觀。

此外，ZigBee在網絡層中支持三種拓撲(圖2)，分別是星狀、樹狀與網狀，依功能不同可分為全功能設備(FFD)與精簡功能設備(RFD)兩種設備，網絡協調者只能是FFD設備；端點則由RFD構成，網絡協調者與端點互相溝通后，達到數據傳輸功能。

圖2 ZigBee網絡拓撲圖

利用紅外線傳輸　遙控器連結TV與PC

該遙控器的系統架構圖如下圖3所示，使用者可利用體感遙控器進行動作辨識，并將辨識的動作數據通過紅外線傳至多媒體聯網電視，來傳達選臺或調整音量的動作。此外，也可用相同的方法，將動作數據通過無線傳輸模塊傳給具備USB HID群組規格的USB Dongle無線收發器，以對個人計算機(PC)主機進行控制。

圖3 遙控器系統架構圖

該遙控器的硬件架構示意圖如下圖4所示，可分為體感遙控器及USB Dongle無線收發器兩部分。遙控器的體感搖控器是利用串行周邊接口(SPI)將G-Sensor的X、Y、Z軸傾斜角度傳送數據給微控制器，再利用其可程序化輸入/輸出(GPIO)接腳推動電子開關，讓紅外線控制器發射出紅外線信號，達到遙控電視的目的。

圖4 遙控器系統硬件架構示意圖

另外，遙控器為以無線傳輸方式與USB Dongle溝通，利用體感搖控器的微控制芯片GPIO接腳仿真出通用異步收發器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART)信號，并由Zigbee無線模塊發送數據到USB Dongle。

該遙控器的USB Dongle系利用微控制器的GPIO接腳仿真出UART信號，并由Zigbee無線模塊接收體感搖控器所發送的數據，并通過微控制器內建的I2C接口，將接收到的數據傳輸到具備I2C的USB芯片組，藉此讓計算機作相對應的動作。例如，體感搖控器前傾時，通過Zigbee無線模塊傳送數值0×14給USB Dongle，之后由微控制器仿真USB鼠標向上移動的數據，并傳送給計算機，達到此功能。

此遙控器結合一般遙控器、多媒體播放控制器與游戲游戲手柄功能，因此享受以體感方式控制聯網電視、上網瀏覽網頁及進行游戲等功能，就不再只是虛構，更能讓使用者能有一種更直覺的操控方式。

除現有的電視機、計算機功能外，未來可進一步利用RFID的特性，增加許多家電的控制，例如冷氣、錄放機、音響和燈具等，將所有家電的遙控功能集于一身，更能增加實用性。

作者：臺灣虎尾科技大學資信工程系 許永和（教授），廖欽建/汪庭鋒/劉佑賓（學生）