CN101332361B - 交互式游戏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交互式游戏系统，包括定位主机及无线控制器，定位主机具有第一、第二、第三超声波接收模块，无线控制器具有超声波发射模块。定位主机的第一、第二及第三超声波接收模块接收到无线控制器的超声波发射模块所发射的超声波信号并计算取得无线控制器的坐标。定位主机取得无线控制器坐标后，经一电子产品将无线控制器的坐标以图像方式显示在显示装置上。

Description

交互式游戏系统

所属技术领域

本发明涉及一种交互式游戏系统，尤其涉及一种定位主机通过超声波对无线控制器定位，并经由无线传输收发数据与控制信号的系统。

背景技术

电视游戏及电脑游戏已是现在常见的休闲娱乐方式，以一般的电脑游戏为例，大多是在电脑装置的主机中安装游戏软件，透过电脑外围的鼠标、键盘、游戏杆及控制把手等接口对电脑游戏进行控制，然后经由显示器及喇叭等输出装置将游戏进行过程及游戏进行信息显示给游戏玩家。然而，现在也有搭配游戏厂商销售的游戏软件的交互式游戏装置。

如申请日为2006年1月2日的美国专利申请公开第2007/0072674号揭示了一种现有的交互式游戏装置，该交互式游戏装置具有游戏主机、无线控制器及两个红外线标示器。游戏主机经由连接线连接到电视屏幕，红外线标示器分别设置在电视屏幕上方的左右两侧，红外线标示器并向电视屏幕前方发出红外光，游戏主机通过连接器连接一接收单元，接收单元负责接收由无线控制器以无线发送方式送出的操作数据。

无线控制器具有操作部、影像信息计算部、无线通信部及加速感应器。操作部包括设置于无线控制器外壳上的多个按钮及游戏杆，游戏玩家可通过该按钮及游戏杆控制游戏进行。影像信息计算部包括红外线滤光器、透镜、成像单元及影像处理电路。红外线滤光器只允许由红外线标示器发出的红外线光线进入影像信息计算部。透镜收集已经通过红外线滤光器的红外线光线，并将红外线光线输出至成像单元。成像单元为固态成像设备，例如CMOS感应器或CCD感应器，成像单元拍摄通过红外线滤光器及透镜的红外光影像并产生影像数据，影像处理电路计算成像单元所产生的影像数据，以产生红外线标示器的坐标，并将外线标示器的坐标输出至通信部。

加速感应器侦测无线控制器于前后方向、左右方向及上下方向三轴移动方向的加速度，加速感应器并侦测无线控制器于上述三轴方向的倾斜度。除上述影像信息计算部所产生的红外线标示器的坐标外，无线控制器并通过加速感应器来确定无线控制器的加速度及倾斜度。

无线通信部包括微处理器、储存单元、无线模块及天线，微处理器接收来自操作部、加速感应器及影像信息计算部的操作数据，并将接收的操作数据储存在储存单元中，无线模块和天线将储存单元中的操作数据以无线传输方式传送至游戏主机。该操作数据包括无线控制器的位移方向、倾斜度及加速度等资料。游戏主机经接收单元接收由无线控制器以无线传输方式送出的操作数据，并根据该操作数据进行游戏的各种操作处理。

但是，该交互式游戏装置必须通过影像信息计算部撷取并计算两个红外线标示器的坐标，通过加速感应器取得无线控制器的倾斜度及加速度，经无线通信部将无线控制器的位移方向、倾斜度及加速度等数据传送至游戏主机处理。交互式游戏装置必须在无线控制器上装设影像信息计算部及加速感应器等装置才可对无线控制器进行移动定位，所以该现有交互式游戏装置的成本高。另外，当两个红外线标示器所摆设的环境产生红外光干扰源时，影像信息计算部将无法取得红外线标示器的正确坐标，最后游戏将无法进行下去。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种成本低、并且能避免环境干扰的交互式游戏系统。

为达到上述目的，本发明所提供的一交互式游戏系统包括定位主机及无线控制器。定位主机与无线控制器，定位主机具有连接连接第一超声波接收模块、第二超声波接收模块、第三超声波接收模块、第一记忆单元、第一无线通信模块与USB模块的第一微处理器。第一记忆单元储存第一微处理器运作时的数据，第一超声波接收模块、第二超声波接收模块与第三超声波接收模块分别接收无线控制器发出的超声波信号并将超声波信号转成侦测信号，第一微处理器计算该侦测信号并产生一无线控制器坐标，第一无线通信模块作为定位主机与无线控制器之间收发控制信号与数据的接口，定位主机通过USB模块与外部电子装置收发数据与控制信号。

无线控制器具有第二微处理器、监控电路、第二记忆单元、超声波发射模块、第二无线通信模块与充电模块，第二微处理器分别连接监控电路、第二记忆单元、超声波发射模块与第二无线通信模块，监控电路连接充电模块。第二记忆单元储存第二微处理器运作时的数据，超声波发射模块发射超声波至定位主机，第二无线通信模块作为无线控制器与定位主机之间收发控制信号与数据的接口，充电模块储存外部电源并提供无线控制器工作电压，监控电路用于侦测充电模块的状态，因此本发明交互式游戏系统的成本低，并且由于本发明交互式游戏系统通过超声波定位确定无线控制器的坐标，因此本发明交互式游戏系统能避免环境的干扰。

附图说明

在说明书附图中：

图1为本发明交互式游戏装置定位系统与电脑主机和显示器联机后的示意图。

图2为本发明交互式游戏系统的定位主机的第一实施例的电路方框图。

图3为本发明交互式游戏系统的定位主机的超声波接收模块的电路方框图。

图4为本发明交互式游戏系统的定位主机的第二实施例的电路方框图

图5为本发明交互式游戏系统的第一无线通信模块的电路方框图。

图6为本发明交互式游戏系统的无线控制器的第一实施例的电路方框图。

图7为本发明交互式游戏系统的超声波发射模块的电路方框图。

图8为本发明交互式游戏系统的第二无线通信模块的电路方框图。

图9为本发明交互式游戏系统的声音输出模块的电路方框图。

图10为本发明交互式游戏系统的充电模块的电路方框图。

图11为本发明交互式游戏系统的无线控制器的第二实施例的电路方框图。

图中各组件的附图标记说明如下：

交互式游戏系统  100    定位主机            1

第一微处理器    10     第一超声波接收模块  11

超声波接收器    110    第一放大电路        111

检波电路            112    第二超声波接收模块    12

第三超声波接收模块  13     第一操作模块          14

第一状态指示模块    15     第一记忆单元          16

第一无线通信模块    17     第一无线通信电路      170

第一振荡电路        171    第一天线              172

USB模块             18     中断模块              19

无线控制器          2      第二微处理器          20

监控电路            21     第二操作模块          22

第二状态指示模块    23     第二记忆单元          24

超声波发射模块      25     信号产生电路          250

第二放大电路        251    超声波发射器          252

第二无线通信模块    26     第二无线通信电路      260

第二振荡电路        261    第二天线              262

声音输出模块        27     音效编译码器          270

第三振荡电路        271    第三放大器            272

发声装置            273    振动模块              28

充电模块            29     充电电路              290

充电电池            291    转换电路              292

连接器              293    加速感测模块          30

计算机主机          3      显示器                4

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下特例举实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，本发明的交互式游戏位系统100包括定位主机1及无线控制器2。定位主机1通过一连接线连接电子产品，电子产品可为电脑主机或游戏主机等，本实施例中电子产品为一电脑主机3。电脑主机3通过一连接线连接显示器4。电脑主机3中安装有游戏软件，当游戏玩家进行游戏时，可通过无线控制器2控制游戏程序，定位主机1可接收无线控制器2的控制信号并可计算无线控制器2的移动坐标。定位主机1将无线控制器2所传送的控制信号及计算得到的无线控制器2的坐标经由连接线传送给电脑主机3中的游戏软件，游戏软件再根据所接收到的控制信号及无线控制器2的坐标对游戏程序进行控制并将游戏程序以图像方式显示在显示器4上。

请参阅图2，图2为定位主机1第一实施例的电路方框图。定位主机1具有第一微处理器10、第一超声波接收模块11、第二超声波接收模块12、第三超声波接收模块13、第一操作模块14、第一状态指示模块15、第一记忆单元16、第一无线通信模块17及USB模块18。第一超声波接收模块11、第二超声波接收模块12、第三超声波接收模块13分别连接第一微处理器10，第一超声波接收模块11、第二超声波接收模块12、第三超声波接收模块13分别接收来自无线控制器2的超声波信号，并将接收到的超声波信号转换成一侦测信号后传给第一微处理器10。

第一操作模块14连接第一微处理器10，游戏玩家经由控制第一操作模块14产生多种控制信号，第一微处理器10侦测该控制信号后，根据该控制信号产生控制游戏主机1。本实施例中，第一操作模块14可具有电源键、重置键或联机键等。当游戏玩家按压电源键后，定位主机1开启电源并开始运作，当游戏玩家再次按压电源键后，定位主机1停止运作并关闭电源。当游戏玩家按压重置键后，定位主机1由刚启动电源的状态开始运作。当游戏玩家按压联机键后，定位主机1对邻近定位主机1的无线控制器2进行认证及联机。

第一状态指示模块15连接第一微处理器10，第一微处理器10根据定位主机1目前状态传送控制信号给第一状态指示模块15，第一状态指示模块15根据接收到的控制信号产生多种识别符号，使得游戏玩家随时掌控定位主机1的状态。本实施例中，第一状态指示模块15具有一LED控制器与至少一连接LED控制器的LED。第一微处理器10根据定位主机1目前状态传送控制信号给LED控制器，之后，LED控制器根据接收到的控制信号控制LED发出不同的光芒，因此，游戏玩家可依照LED发出的光芒得知游定位主机1的状态。

第一记忆单元16连接第一微处理器10，并储存定位主机1导通电源后第一微处理器10所需加载的开机数据，当定位主机1导通电源后，需等待第一微处理器10读取并加载第一记忆单元16储存的开机数据后定位主机1才可正常运作。第一微处理器10也可将重要的数据储存于第一记忆单元16。

第一无线通信模块17连接第一微处理器10，第一无线通信模块17接收第一微处理器10发出的控制信号，并将控制信号编码后以无线信号发射出去。第一无线通信模块17也接收无线信号，并将无线信号译码成控制信号后传送至第一微处理器10。USB模块18连接第一微处理器10，定位主机1及计算机主机3经由USB模块18及连接USB模块18和计算机主机3的USB连接线连接在一起，使得定位主机1与电脑主机3能相互收发数据。电脑主机3可通过USB模块18提供电源给定位主机1。

请一同参阅图3，图3为超声波接收模块的电路方框图。本实施例中，第一超声波接收模块11、第二超声波接收模块12及第三超声波接收模块13均具有相同的电路，现以第一超声波接收模块11为例进行说明。第一超声波接收模块11具有超声波接收器110、第一放大电路111与检波电路112，超声波接收器110连接第一放大电路111，检波电路112分别连接第一放大电路111与第一微处理单元10。

超声波接收器110用于接收超声波信号并将接收到的超声波信号传至第一放大电路111，第一放大电路111接收来自超声波接收器110的超声波信号并将超声波信号放大至一预设数值，且放大的超声波信号必须能供第一微处理器10处理。之后，第一放大电路111将放大的超声波信号传至检波电路112。检波电路112过滤并处理来自第一放大电路111的超声波信号。

以40KHz的超声波信号为例，当检波电路112接收到40KHz的超声波信号后，将该超声波信号转换成具有第一预设准位的侦测信号(例如，高准侦测信号)并将该侦测信号传给第一微处理器10。当检波电路112接收到40KHz以外的超声波信号后，将该超声波信号转换成另一具有第二预设准位的侦测信号(例如，低准位侦测信号)并将该侦测信号传送至第一微处理器10。

请再参阅图2，第一微处理器10以轮询(Polling)的方式侦测来自第一超声波接收模块11、第二超声波接收模块12与第三超声波接收模块13的侦测信号。本实施例中，当第一微处理器10侦测来自第一超声波接收模块11、第二超声波接收模块12与第三超声波接收模块13的侦测信号为高准位时，第一微处理器10计算前次接收到的侦测信号时间与本次接收到的侦测信号时间之差异值后，产生一无线控制器2的坐标。

请参阅图4，为定位主机1第二实施例的电路方框图。定位主机1还包括一中断模块19，中断模块19分别连接第一超声波接收模块11、第二超声波接收模块12、第三超声波接收模块13及第一微处理器10。中断模块19分别接收来自第一超声波接收模块11、第二超声波接收模块12与第三超声波接收模块13的侦测信号后，根据该侦测信号产生一中断信号并将该中断信号送至第一微处理器10。

本实施例中，当来自第一超声波接收模块11、第二超声波接收模块12与第三超声波接收模块13的侦测信号均为高准位时，中断模块19产生一中断信号并将该中断信号送至第一微处理器10。当第一微处理器10测得中断模块19产生一中断信号后，第一微处理器10计算前次接收到的侦测信号时间与本次接收到的侦测信号时间之差异值后，产生一无线控制器2的坐标。

请参阅图5，为第一无线通信模块17的电路方框图。第一无线通信模块17具有第一无线通信电路170、第一振荡电路171与第一天线172。第一振荡电路171连接第一无线通信电路170并提供第一无线通信电路170所需的工作频率。第一无线通信电路170分别连接第一微处理器10与第一天线172。

第一无线通信电路170可切换接收与发射状态，当第一无线通信电路170处于发射状态时，第一无线通信模块17接收第一微处理器10发出的控制信号，并将控制信号编码后经由第一天线172以无线信号发射出去。当第一无线通信电路170处于接收状态时，第一无线通信电路170经由第一天线172接收无线信号，并将接收的无线信号译码成控制信号后传送至第一微处理器10。

本实施例中，定位主机1通过USB模块18取得来自计算机主机3的数据，例如声音数据。该声音数据经由USB模块18传给第一微处理器10，第一微处理器10将该声音数据传至第一无线通信模块17，之后，第一无线通信模块17将该声音数据转成无线信号并传送给无线控制器2。

请参阅图6，为无线控制器2第一实施例的电路方框图。无线控制器2具有第二微处理器20、监控电路21、第二操作模块22、第二状态指示模块23、第二记忆单元24、超声波发射模块25、第二无线通信模块26、声音输出模块27、振动模块28及充电模块29。第二微处理器20分别连接监控电路21、第二操作模块22、第二记忆单元24、超声波发射模块25与第二无线通信模块26，监控电路21分别连接第二状态指示模块23、振动模块28及充电模块29。

第二微处理器20可发出控制信号给监控电路21，使得监控电路21根据该控制信号控制第二状态指示模块23与振动模块28，监控电路21还可侦测充电模块29的状态。第二操作模块22具有多个按键，该按键均被赋予各种功能，当游戏进行时，游戏玩家可通过按压该等按键控制游戏程序。第二微处理器20侦测第二操作模块22按键的按压状态后，根据按压状态产生多种控制信号。

第二状态指示模块23连接第二微处理器20，第二微处理器20根据无线控制器2目前状态传送控制信号给第二状态指示模块23，第二状态指示模块23根据接收到的控制信号产生多种识别符号，使得游戏玩家随时掌控无线控制器2的状态。本实施例中，第二状态指示模块23具有一LED控制器与至少一连接LED控制器的LED灯。第二微处理器20根据无线控制器2目前状态传送一控制信号给监控电路21，监控电路21根据该控制信号控制LED控制器，使得LED控制控制LED灯发出不同的光芒。因此，游戏玩家可依照LED灯发出的光芒得知无线控制器2的状态。

第二记忆单元24用于储存无线控制器2导通电源后第二微处理器20所需加载的开机数据，当无线控制器2导通电源后，需等待第二微处理器20读取并加载第二记忆单元24储存的开机数据后无线控制器2才可正常运作。而第二微处理器20也可将重要的数据储存于第二记忆单元24。

请参阅图7，为超声波发射模块25的电路方框图。超声波发射模块25具有信号产生电路250、第二放大电路251与超声波发射器252，信号产生电路250分别连接第二微处理器20与第二放大电路251，第二放大电路251连接超声波发射器252。第二微处理器20控制信号产生器250，使得信号产生器250产生一定频率的超声波信号，例如40KHz。第二放大电路251接收来自信号产生器250的超声波信号并将超声波信号放大至一预设数值，第二放大电路251将放大的超声波信号传至超声波发射器252，使得超声波信号经由超声波发射器252发射出去。

请参阅图8，为第二无线通信模块26的电路方框图。第二无线通信模块26具有第二无线通信电路260、第二振荡电路261与第二天线262。第二振荡电路261连接第二无线通信电路260并提供第二无线通信电路260所需的工作频率。第二无线通信电路260分别连接第二微处理器20与第二天线262。

第二无线通信电路260可切换接收与发射状态，当第二无线通信电路260处于发射状态时，第二无线通信模块26接收第二微处理器20发出的控制信号，并将控制信号编码后经由第二天线262以无线信号发射出去。当第二无线通信电路260处于接收状态时，第二无线通信电路260通过第二天线262接收无线信号，并将接收的无线信号译码成控制信号后传送至第二微处理器20。该无线信号包括控制信号与声音数据等，第二无线通信模块26也将无线信号译码成声音数据，之后，第二无线通信模块26将该声音数据传至第二微处理器20。

请参阅图9，为声音输出模块27的电路方框图。声音输出模块27具有音效编译码器270、第三振荡电路271、第三放大器272与发声装置273，音效编译码器270分别连接第二微处理器20、第三振荡电路271与第三放大器272，第三放大器272连接发声装置273。

第二微处理器20控制音效编译码器270并传送声音数据给音效编译码器270，第三振荡电路271供给音效编译码器270所需的工作频率，音效编译码器270接收来自第二微处理器20的声音数据并将该声音数据转成声音信号传送至第三放大器272，本实施例中，第三放大器272为一差动放大器。第三放大器272放大来自音效编译码器270的声音信号并将放大过的声音信号传至发声装置273，发声装置273将放大过的声音信号转成声音并输出。

请参阅图10，为充电模块29的电路方框图。充电模块29具有充电电路290、充电电池291、转换电路292与连接器293。充电电路290分别连接充电电池291、连接器293、第二微处理器20与监控电路21，充电电池291连接转换电路292。充电电路290经由连接器293连接外部电源并对充电电池291充电。转换电路292将充电电池291所储存的电压转换成无线控制器2各组件所需的工作电压，例如1.8伏特、3.3伏特、12伏特等。

本实施例中，连接器293为一USB连接器。充电电路290可提供稳定的充电电流给充电电池291，第二微处理器20侦测充电电路290的状态后可判断充电电路290是否在充电，监控电路21可侦测充电电池291的状态，例如电压、电流、温度等。

请参阅图11，为无线控制器2的第二实施例的电路方框图。无线控制器2还包括一连接第二微处理器20的加速感测模块30，加速感测模块30可侦测无线控制器2的位移程度与加速程度，并将位移程度与加速程度转成位移数据与加速数据并传给第二微处理器20，第二微处理器20通过第二无线通信模块26将位移数据与加速数据转成无线信号并发送至定位主机1。

定位主机1通过第一无线通信模块17接收该无线信号并将该无线信号转成位移数据与加速数据并将该位移数据与加速数据传给第一微处理器10。因此，第一微处理器10经由计算接收到的超声波信号的时间差，产生无线控制器2的坐标，并计算该位移数据与加速数据后更加精确计算出无线控制器2的坐标与加速程度。

经上述说明后可知，本发明的交互式游戏系统100通过无线控制器2发射超声波信号，并透过定位主机1接收无线控制器2发出的超声波信号后计算无线控制器2的坐标以对控制器2定位。另外，定位主机1与无线控制器2分别通过第一无线通信模块17与第二无线通信模块26互相收发控制信号与数据。交互式游戏系统100还通过加速感测模块30侦测无线控制器2的位移程度与加速程度并将该位移程度与加速程度传至定位主机1，使得定位主机1可更加精确地计算出无线控制器2的坐标与加速程度。

Claims (10)

1.一种交互式游戏系统，具有一定位主机与一无线控制器，其特征在于，该定位主机包括：一第一超声波接收模块、一第二超声波接收模块与一第三超声波接收模块，分别接收超声波信号并产生一侦测信号；

一第一微处理器，分别连接第一、第二、第三超声波接收模块，用于计算来自第一、第二、第三超声波接收模块的侦测信号并产生一坐标；

一第一记忆单元，连接第一微处理器并储存第一微处理器运作时的数据；

一第一无线通信模块，连接第一微处理器并与第一微处理器相互收发控制信号和数据，第一无线通信模块将该控制信号与数据转成无线信号；

一USB模块，连接第一微处理器并作为该定位主机与一外部电子装置收发数据的接口；

该无线控制器包括：

一超声波发射模块，用于发射超声波信号至定位主机；

一第二微处理器，连接超声波发射模块并控制超声波发射模块发射超声波信号；

一第二记忆单元，连接第二微处理器并储存第二微处理器运作时的数据；

一第二无线通信模块，连接第二微处理器并与第二微处理器相互收发控制信号和数据，第二无线通信模块将该控制信号和数据转成无线信号并与第一无线通信模块相互收发该无线信号；

一充电模块，用于储存外部电源并提供无线控制器工作电压；以及

一监控电路，连接第二微处理器与充电模块并根据接收自第二微处理器的控制信号侦测充电模块的状态。

2.如权利要求1所述的交互式游戏系统，其特征在于：该交互式游戏系统还包括一连接第一微处理器的第一操作模块，第一微处理器侦测第一操作模块的按压状态并产生控制信号。

3.如权利要求2所述的交互式游戏系统，其特征在于：该交互式游戏系统还包括一连接第一微处理器的第一状态指示模块，第一状态指示模块用于显示定位主机的状态。

4.如权利要求1所述的交互式游戏系统，其特征在于：所述第一、第二及第三超声波接收模块均具有一超声波接收器、一第一放大电路与一检波电路，第一放大电路分别连接超声波接收器与检波电路，用于将超声波接收器收到的超声波信号放大并传至检波电路，检波电路连接第一微处理器，用于过滤来自检波电路的超声波信号并将该超声波信号转成侦测信号。

5.如权利要求3所述的交互式游戏系统，其特征在于：该交互式游戏系统还包括一连接第二微处理器的第二操作模块，第二微处理器侦测第二操作模块的按压状态并产生控制信号。

6.如权利要求5所述的交互式游戏系统，其特征在于：该交互式游戏装系统还包括一连接第二微处理器的声音输出模块，声音输出模块根据来自第二微处理器的数据输出声音。

7.如权利要求6所述的交互式游戏系统，其特征在于：该交互式游戏系统还包括一连接监控电路的振动模块，监控电路根据来自第二微处理器的控制信号控制振动模块产生振动。

8.如权利要求7所述的交互式游戏系统，其特征在于：该交互式游戏系统还包括一连接监控电路的一第二状态指示模块，监控电路根据来自第二微处理器的控制信号控制第二状态指示模块使得第二状态指示模块显示无线控制器的状态。

9.如权利要求1所述的交互式游戏系统，其特征在于：所述超声波发射模块具有信号产生电路、第二放大电路与超声波发射器，信号产生电路分别连接第二微处理器与第二放大电路，并根据来自第二微处理器控制信号产生超声波信号并将该超声波信号传至第二放大电路，第二放大电路放大该超声波信号后，通过超声波发射器输出该超声波信号。

10.如权利要求8所述的交互式游戏系统，其特征在于：该交互式游戏系统还包括连接第二微处理器的加速感测模块，加速感应器侦测无线控制器的位移程度与加速程度，并将位移程度与加速程度转成位移数据与加速数据并传给第二微处理器，第二微处理器通过第二无线通信模块将位移数据与加速数据转成无线信号并发送至定位主机，使得定位主机计算来自该第一、第二、第三超声波接收模块的侦测信号及位移数据、加速数据后产生一坐标。

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