一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置及遙控方法

2023-10-08 05:21:09 2

專利名稱：一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置及遙控方法
技術領域：
本發明涉及一種電視機遙控器，特別是涉及一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置 及遙控方法。該遙控裝置除了具備基本的電視遙控功能外，還具備電視機遊戲手柄功能。
背景技術：
傳統的電視機遊戲，需要配備專門的遊戲手柄，缺少遊戲手柄或遊戲手柄損壞，就玩 不了遊戲，對用戶而言不夠方便。遙控器是電視機必備的設備，但現有遙控器並不提供遊 功能。目前市面上常見的電視機遙控器主要包括微處理器晶片、振蕩信號產生電路、功率驅 動電路、紅外發光二極體和矩陣鍵盤。其中微處理器晶片負責檢測鍵盤按鍵情況並形成編 碼；振蕩信號產生電路用於產生高頻信號，該信號經過微處理器晶片處理成38KHz的載波 信號，再結合編碼信息加載到遙控器發射端；功率驅動電路和紅外發光二極體組成遙控器 紅外發射端，發射經過調製後的38KHz紅外線。一般來說不同廠家生產的電視機，其接收解碼部分採用的晶片不同，因此對應的遙控 器其遙控編碼也不相同，遙控器的編碼需要結合電視機的解碼部分進行整體設計。而為了 兼容各類電視機廠家的遙控器編碼，近年來出現了所謂的萬能遙控器；隨著大量家電採用 紅外遙控方式，又出現了能同時遙控彩電，VCD，錄像機等家電的多合一 (多功能)遙控 器。但是同時具電視遙控功能和電視機遊戲手柄功能的遙控器還沒有出現。發明內容本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝 置，使該遙控裝置在具備一般的電視機遙控器功能的同時，還具備遊戲手柄的功能，為電 視機遊戲提供了更好的操控性和趣味性。本發明的另 一 目的在於提供應用上述遙控器的遙控方法。本發明的目的通過如下技術方案實現一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置，包括相互信號連接的轉發器和遙控器；轉 發器中的紅外發射電路和無線接收電路分別與單片機信號連接；所述遙控器的無線發送電 路、面板按鍵和加速度傳感器分別與處理器信號連接；無線發送電路採用的電路與轉發器
中的無線接收電路相對應；處理器為Megal6單片機；面板按鍵除了普通電視機遙控器所具備的按鍵之外，還具 備一個模式切換按鈕，該按鈕的一端接地，另一端通過限流電阻單獨連接到處理器，當該 模式切換按鈕沒有被按下時，遙控器處於普通遙控模式；當該模式切換按鈕被按下時，遙 控器處於遊戲控制模式；加速度傳感器通過信號調理電路與處理器連接，信號調理電路採用含有4個獨立的電 壓比較器LM339， 4個獨立的電壓比較器輸入端分別接一基準電壓，輸入端還分別與加速 度傳感器連接，輸出端分別接處理器。所述的加速度傳感器為ADXL330晶片。所述的單片機為Mega8單片機。一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控方法，包括轉發器控制方法和遙控器方法兩部分；(1) 所述轉發器控制方法為a、 單片機通過SPI接口跟無線接收電路103通訊，在沒有數據轉發任務時，單片機102 處於在空閒狀態，此時CPU時鐘停止，但內部SPI模塊仍處於活躍狀態；b、 當單片機接收到無線接收電路發出的數據時，SPI模塊產生一個中斷以喚醒處於空 閒狀態的CPU，然後單片機進行SPI數據接收處理；c、 在SPI接收處理中先進行數據有效性檢測，判斷所接收到的數據是否有效，如果數 據無效則丟棄本次接收到的數據，單片機重新進入空閒狀態；d、 如果數據有效，單片機將該數據包含的遙控編碼送到紅外發射電路發射出去；單片 機並重新進入空閒狀態(2) 所述遙控器控制方法為a、 處理器初始化，用於控制無線發送電路的內部SPI模塊，啟動一個內部定時器產生間隔為IO毫秒的定時中斷，該定時中斷用於每隔10毫秒執行一次按鍵掃描；b、 處理器檢測模式切換按鈕是否按下，若與模式切換按鈕連接的i/o引腳電平為高，則模式切換按鈕沒有按下，處於普通遙控模式，反之則為遊戲控制模式；若處於遊戲控制 模式，處理器不斷讀取連接加速度傳感器的4個I/0引腳電平，生成相應的遊戲控制命令 發送到處理器的SPI模塊；處理器203重複執行本部分程序，直到有中斷產生才被打斷；c、 處理器的定時器中斷觸發後，處理器執行中斷程序，在中斷程序中調用按鍵掃描代碼，讀取與面板按鍵連接的兩組I/O埠電平狀態，判斷是否有按鍵被按下，如果沒有則退出執行b部分程序；d、 如果有檢測到按鍵被按下，需再檢測模式切換按鈕狀態，若與模式切換按鈕連接的1/0引腳電平為高，則模式切換按鈕沒有按下，處於普通遙控模式，反之則為遊戲控制模式; 普通遙控模式下，處理器將按鍵解釋為普通遙控器指令，發送到SPI模塊；遊戲控制模式 下，處理器將按鍵解釋為遊戲控制指令發送到SPI模塊；最後，處理器重複執行b步驟；轉發器和遙控器保持遙控指令的 一致。相對於現有技術，本發明具有如下優點和有益效果本發明提供一種帶加速度傳感器的電視機遙控器，該遙控器除了具備通用電視機遙控 功能以外，還支持常見的遊戲手柄功能，同時其內置的加速度傳感器增加了一些普通遊戲 手柄不具備的動作檢測功能，用戶不需要額外購買遊戲手柄就能夠玩電視遊戲，提高了電 視機遊戲的方便性和趣味性。


圖1是本發明兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置結構示意圖。 圖2是圖1中轉發器遙控方法的流程框圖。 圖3是圖1中遙控器遙控方法的流程框圖。 圖4為Megal6單片機的按鍵接口電路示意圖。 圖5為加速度傳感器信號調理電路示意圖。 圖6為加速度傳感器X軸信號檢測電路示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步描述，需要說明的是本發明要求保護的範 圍並不局限於實施例記載的範圍。如圖1所示，兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置包括相互信號連接的轉發器100和 遙控器200。轉發器IOO包括紅外發射電路101、單片機102、無線接收電路103;紅外發 射電路101和無線接收電路103分別與單片機102信號連接。無線接收電路103接收遙控 器發送的數據，輸入單片機102;單片機102通過紅外發射電路101將數據以紅外線方式 發送出去。單片機102採用Atmel公司的Mega8單片機，該單片機內部帶3個獨立定時器，提供 SPI、 UART等接口，具備功耗低，處理能力強的特點。單片機102通過SPI接口讀取無線 接收電路103發送過來的數據，採用內部定時器產生38KHz方波作為紅外發射電路101的 載波，通過串口對紅外載波進行調製。無線接收電路103採用單片集成射頻收發晶片nRF2401，與之對應的遙控器200中的 無線發送電路201也採用單片集成射頻收發晶片nRF2401。當然這部分電路也可以採用分
立元件構建，在不考慮成本因素的前提下，採用集成IC可以省略大量工作。紅外發射電路101可採用三極體功率驅動電路，驅動紅外發射管發射紅外信號。如可 以採用NPN三極體8050，紅外發光二極體接在三極體集電極，充當負載；而調製後的38KHz 載波信號加載在三極體的基極，充當開關控制信號。遙控器200包括無線發送電路201、面板按鍵202、處理器203和加速度傳感器204。 無線發送電路201、面板按鍵202和加速度傳感器204分別與處理器203信號連接。其中 處理器203通過無線發送電路201發送電視機遙控指令和遊戲控制指令。無線發送電路201 採用的電路需要跟轉發器100中的無線接收電路103相對應，如無線接收電路103採用單 片集成射頻收發晶片nRF2401，則無線發送電路201也採用單片集成射頻收發晶片 nRF2401。處理器203可採用Atmel公司的Megal6單片機，也可以是其他型號單片機或控制器。 處理器203主要負責面板按鍵202的檢測和加速度傳感器203輸出信號的採集，並根據按 鍵和採集到的信號生成相應的遙控命令。面板按鍵202的檢測是由處理器203的兩組I/O 口構成矩陣鍵盤掃描接口來實現的。 圖4給出了基於Atmel公司Megal6單片機的按鍵接口電路。如圖4所示，面板按鍵202 除了普通電視機遙控器所具備的按鍵之外，還具備一個模式切換按鈕(見圖中"模式切換" 按鈕"S1"),該按鈕的一端接地，另一端通過限流電阻單獨連接到處理器203 (圖中 ATMEGA16) PB2引腳，在處理器203的代碼中該按鈕被定義成模式切換按鈕，具有最高 的優先級。該按鈕用於面板按鍵在普通遙控器按鍵和遊戲按鍵之間完成功能切換。當該模 式切換按鈕沒有被按下時，遙控器處於普通遙控模式，面板各個按鍵對應普通電視機遙控 器各按鍵的功能，即此時遙控器手柄相當於一個普通電視機遙控器；當該模式切換按鈕被 按下時，遙控器處於遊戲控制模式，面板各個按鍵對應遊戲手柄按鍵功能。比如普通電視 機遙控器上的"音量+"，"音量—"，"節目+ "和"節目一"這四個按鍵，在普通遙控模 式下，分別控制音量和換臺；但在模式切換按鈕按下後，通過在軟體中進行定義，可將這 四個按鍵映射為遊戲手柄上的"前"，"後"，"左"和"右"按鍵。 一般電視機遙控器帶有 30個左右的按鍵，本實施例中，處理器203採用兩組I/0 口可以構成8*8矩陣鍵盤掃描接 口，理論上可支持多達64個按鍵，可根據需要決定所接入的按鍵數目，而按鍵與功能之間 的映射情況則由處理器203設定的代碼決定。如圖4所示，處理器203提供PortC和PortD 兩個8bkl/0埠用於外接按鍵，按鍵接在埠C與埠D的每一個交叉點，埠C與端 口 D的每一個I/0引腳進行交叉，共有8*8 = 64種組合，最多支持64按鍵。為了簡單起見， 圖4中沒有給出全部按鍵連接方式，而只是示範性的給出了部分按鍵連接。在設計按鍵檢測程序時，可將埠C設置為輸入，埠D設置為輸出，分兩步進行按鍵檢測首先使端 口D的8個I/0引腳全部輸出高電平，讀取埠C的狀態，如果沒有按鍵按下，則狀態字 為0xFF，表示輸入全部為高電平，若讀到的狀態字不是0xFF，則說明有按鍵被按下。接 下來進一步檢査是哪一個按鍵被按下，埠C仍設置為輸入，埠D的8個I/0引腳輪流 輸出高電平，其他引腳為低電平，讀取埠C的狀態字，則若接在埠 C與埠 D某兩個 引腳交叉點的按鍵被按下，則對應的埠C的該引腳會輸入高電平，由此可以得知當前所 按下的是哪一個按鍵。需要注意的是，這種檢測方法中的按鍵對處理器而言是物理意義上 的按鍵，即檢測出來的是接在埠 C某一個引腳與埠 D某一個引腳"交叉點"上的按鍵， 該按鍵如何對應到遙控器面板的對用戶而言代表了唯一 (特定)功能的按鈕，則由設計人 員在程序中進行定義，即將物理按鍵映射到功能按鍵。因此軟體上的修改就可以實現面板 按鍵202某一按鍵實際功能的改變，對按鍵的裝配極為方便。加速度傳感器204還包括信號調理電路，加速度傳感器204通過信號調理電路與處理 器連接，用於檢測遙控器手柄的空間位置變化(對應用戶的手部動作)，為了簡化信號處理 及提高抗幹擾能力，加速度的輸出信號先經過信號調理電路進行轉換後再送到處理器203。 傳感器可以採用ADI公司的ADXL330晶片，ADXL330晶片是一款集成在單晶片上的小尺 寸、薄型、低功耗、完全3軸加速計，加速度範圍士3g (lg等於9.8m/s2)，足以滿足遊戲需 要。ADXL330晶片安裝在遙控器內部，可定義X軸對應遙控器手柄左右移動，Y軸對應 遙控器手柄前後移動，Z軸對應遙控器手柄上下移動。在遊戲中，要實現用戶左右、上下 甩動遙控器對應為傳統遊戲手柄方向鍵的左移、右移、上移和下移。因此需要檢測X軸和 Z軸的加速度，ADXL330晶片採用3V供電，各軸在沒有加速度的情況下輸出均為1.5V。 以X軸為例，當用戶左向甩動遙控器時，X軸輸出電壓高於1.5V;當用戶右向甩動遙控器 時，X軸輸出電壓低於1.5V。考慮到需要忽略一些不合格的遙控器鬼動動作以及最大限度 抑制噪聲和幹擾，x軸和Z軸的輸出信號均通過信號調理電路後再送到處理器203的輸入 1/0口。如圖5所示，信號調理電路可採用集成晶片LM339， LM339含有4個電壓比較器， 即內部包含4個獨立的電壓比較器單元。4個獨立的電壓比較器輸入端分別接一基準電壓， 輸入端還分別與加速度傳感器連接，4個獨立的電壓比較器輸出端分別接處理器。圖5中 加速度傳感器ADXL330的X、 Z軸輸出的模擬信號輸入到LM339 (圖中X軸輸出信號輸 入到LM339內部的比較器A和比較器B， Z軸輸出信號輸入到LM339內部的比較器C和 比較器D)，通過與預設的基準電壓進行比較，原模擬信號變為高低電平信號，再輸送到處 理器203 (圖5中的Megal6單片機)的輸入I/O引腳。對於我們所需要檢測的X軸和Z 軸，各需要兩個電壓比較器用於信號轉換。以X軸為例進行說明，圖6給出了該情況下的
電路示意圖(為了簡單起見，圖6隻給出了本部分所涉及到的電路連接)，圖中LM339的 一個電壓比較器PartA用於檢測X軸輸出電壓是否大於1.86V，另一個PartB用於檢測X 軸電壓是否小於1.14V，因此電壓比較器的基準電壓分別是1.86V和1.14V，可由整個系統 的電源電壓3.3V分別經過串聯電阻分壓後得到，如圖所示，這兩個電壓閥值對應ADXL330 加速度傳感器lg的加速度(lg等於9.8m/s2)。需要注意的是，這裡的電壓閥值的設置，關 繫到動作檢測的靈敏度，閥值設置過大，遙控器動作檢測的靈敏度降低，容易丟失動作； 閥值設置過小，抗幹擾能力降低，容易產生動作誤判。最後這兩個電壓比較器的輸出接到 處理器203 (圖中ATmegal6)的2個I/O引腳PA7 (圖中ADC7引腳)禾卩PA6(圖中ADC6 引腳)，在遊戲控制模式下，處理器203讀取這2個I/O引腳的輸入電平，根據這些電平判 斷加速度傳感器檢測到的加速度大小是否合格，即用戶是否甩動了遙控器。Z軸的情況跟X 軸一樣，這裡不再詳述。有時候，用戶可能斜向甩動遙控器，此時能同時在X軸和Z軸檢 測到合格的加速度信號，相當於使用傳統遊戲手柄時，用戶同時按下了兩個方向鍵，如左 下，左上等。應用本發明兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置的遙控方法包括轉發器控制和遙控器 兩部分(1) 如圖2所示，轉發器控制方法如下a、 單片機102通過SPI接口跟無線接收電路103通訊，為了節省耗電，在沒有數據轉 發任務時，單片機102處於在空閒狀態(睡眠模式)，此時CPU時鐘停止，但內部SPI模 塊仍處於活躍狀態。(步驟301)b、 當單片機102接收到無線接收電路103發出的數據時，SPI模塊產生一個中斷以喚 醒處於空閒狀態的CPU，然後單片機102進行SPI數據接收處理；(步驟302)c、 在SPI接收處理中先進行數據有效性檢測，判斷所接收到的數據(指令)是否有效 (最基本的是數據所含的遙控編碼要符合設計時約定的格式和數值範圍)，如果數據無效則丟棄本次接收到的數據，單片機102重新進入空閒狀態。(可根據實際需求決定是否需要額 外的數據有效性檢驗，如採用無線模塊自帶的CRC校驗，自行設計檢驗包等。對於需要嚴 格控制無線傳輸誤碼率的應用場合，推薦使用無線收發模塊nRF2401自帶的CRC校驗。) (步驟303)d、 如果數據有效，單片機102將該數據包含的遙控編碼送到紅外發射電路發射出去。 完成該工作後，單片機102重新進入空閒狀態。(步驟304)(2) 如圖3所示，遙控器控制方法如下a、處理器203初始化，包括初始化用於按鍵檢測的I/0埠，初始化連接到模式切換
按鈕的I/0引腳(設置為上拉輸入狀態)，初始化用於控制無線發送電路201的內部SPI模 塊，啟動一個內部定時器產生間隔為IO毫秒的定時中斷，該定時中斷用於每隔IO毫秒執 行一次按鍵掃描。(步驟401)b、 處理器203檢測模式切換按鈕是否按下，若與模式切換按鈕連接的I/0引腳電平為 高，則模式切換按鈕沒有按下，處於普通遙控模式，反之則為遊戲控制模式(步驟402)。 若處於遊戲控制模式，處理器203不斷讀取連接加速度傳感器的4個I/O引腳電平，生成 相應的遊戲控制命令發送到處理器203的SPI模塊。處理器203重複執行本部分程序，直 到有中斷產生才被打斷。(步驟403、 404、 405)c、 處理器的定時器(在步驟a中其定時時間設置為IO毫秒)中斷觸發後，處理器執 行中斷程序，在中斷程序中調用按鍵掃描代碼，讀取與面板按鍵連接的兩組I/O埠電平 狀態，判斷是否有按鍵被按下，如果沒有則退出執行b部分程序。(步驟406)d、 如果有檢測到按鍵被按下，需再檢測模式切換按鈕狀態，若與模式切換按鈕連接的 1/0引腳電平為高，則模式切換按鈕沒有按下，處於普通遙控模式，反之則為遊戲控制模式。 普通遙控模式下，處理器203將按鍵解釋為普通遙控器指令，發送到SPI模塊；遊戲控制 模式下，處理器203將按鍵解釋為遊戲控制指令發送到SPI模塊；最後，處理器203重複 執行b部分程序。(步驟407、 408、 409)在軟體實現上，轉發器和遙控器需要保持遙控指令(遙控編碼)的一致。本發明在應 用上主要針對那些本身支持遊戲功能的電視機，這些電視機內部CPU支持除了能夠識別普 通的電視遙控指令外，還支持特定的遊戲指令。對於不同的電視機廠家所支持的不同遊戲 控制指令，本發明的遙控器可以通過在軟體上進行設定來實現兼容。
權利要求
1、一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置，包括相互信號連接的轉發器和遙控器；轉發器中的紅外發射電路和無線接收電路分別與單片機信號連接；其特徵在於，所述遙控器的無線發送電路、面板按鍵和加速度傳感器分別與處理器信號連接；無線發送電路採用的電路與轉發器中的無線接收電路相對應；處理器為Mega16單片機；面板按鍵除了普通電視機遙控器所具備的按鍵之外，還具備一個模式切換按鈕，該按鈕的一端接地，另一端通過限流電阻單獨連接到處理器，當該模式切換按鈕沒有被按下時，遙控器處於普通遙控模式；當該模式切換按鈕被按下時，遙控器處於遊戲控制模式；加速度傳感器通過信號調理電路與處理器連接，信號調理電路採用含有4個獨立的電壓比較器LM339，4個獨立的電壓比較器輸入端分別接一基準電壓，輸入端還分別與加速度傳感器連接，輸出端分別接處理器。
2、 根據權利要求l所述的一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置，其特徵在於所 述的加速度傳感器為ADXL330晶片。
3、 根據權利要求l所述的一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置，其特徵在於所 述的單片機為Mega8單片機。
4、 一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控方法，其特徵在於包括轉發器控制方法和遙控 器方法兩部分；(1) 所述轉發器控制方法為a、 單片機通過SPI接口跟無線接收電路103通訊，在沒有數據轉發任務時，單片機102 處於在空閒狀態，此時CPU時鐘停止，但內部SPI模塊仍處於活躍狀態；b、 當單片機接收到無線接收電路發出的數據時，SPI模塊產生一個中斷以喚醒處於空 閒狀態的CPU，然後單片機進行SPI數據接收處理；c、 在SPI接收處理中先進行數據有效性檢測，判斷所接收到的數據是否有效，如果數 據無效則丟棄本次接收到的數據，單片機重新進入空閒狀態；d、 如果數據有效，單片機將該數據包含的遙控編碼送到紅外發射電路發射出去；單片 機並重新進入空閒狀態(2) 所述遙控器控制方法為a、 處理器初始化，用於控制無線發送電路的內部SPI模塊，啟動一個內部定時器產生 間隔為IO毫秒的定時中斷，該定時中斷用於每隔IO毫秒執行一次按鍵掃描；b、 處理器檢測模式切換按鈕是否按下，若與模式切換按鈕連接的I/0引腳電平為高，則模式切換按鈕沒有按下，處於普通遙控模式，反之則為遊戲控制模式；若處於遊戲控制 模式，處理器不斷讀取連接加速度傳感器的4個I/0引腳電平，生成相應的遊戲控制命令 發送到處理器的SPI模塊；處理器203重複執行本部分程序，直到有中斷產生才被打斷；c、 處理器的定時器中斷觸發後，處理器執行中斷程序，在中斷程序中調用按鍵掃描代 碼，讀取與面板按鍵連接的兩組I/O埠電平狀態，判斷是否有按鍵被按下，如果沒有則 退出執行b部分程序；d、 如果有檢測到按鍵被按下，需再檢測模式切換按鈕狀態，若與模式切換按鈕連接的 1/0引腳電平為高，則模式切換按鈕沒有按下，處於普通遙控模式，反之則為遊戲控制模式； 普通遙控模式下，處理器將按鍵解釋為普通遙控器指令，發送到SPI模塊；遊戲控制模式 下，處理器將按鍵解釋為遊戲控制指令發送到SPI模塊；最後，處理器重複執行b步驟；轉發器和遙控器保持遙控指令的一致。
全文摘要
本發明公開了一種兼具電視遊戲功能的電視機遙控裝置及遙控方法，該裝置包括相互信號連接的轉發器和遙控器；遙控器的無線發送電路、面板按鍵和加速度傳感器分別與處理器信號連接，面板按鍵除了普通電視機遙控器所具備的按鍵之外，還具備一個模式切換按鈕，該按鈕的一端接地，另一端通過限流電阻單獨連接到處理器，當該模式切換按鈕沒有被按下時，遙控器處於普通遙控模式；當該模式切換按鈕被按下時，遙控器處於遊戲控制模式。該方法包括轉發器控制方法和遙控器方法兩部分；遙控器處於普通遙控工作模式時相當於普通電視機遙控器；處於遊戲控制工作模式時遙控器面板上各按鍵可用作遊戲按鍵，本發明為電視機遊戲提供了更好的操控性和趣味性。
文檔編號A63F13/02GK101394504SQ20081021846
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月20日 優先權日2008年10月20日
發明者包文韜, 炎 匡, 洋 張, 徐向民 申請人:華南理工大學