CN101394504A

CN101394504A - 一种兼具电视游戏功能的电视机遥控装置及遥控方法

Info

Publication number: CN101394504A
Application number: CNA2008102184610A
Authority: CN
Inventors: 徐向民; 匡炎; 张洋; 包文韬
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2009-03-25

Abstract

本发明公开了一种兼具电视游戏功能的电视机遥控装置及遥控方法，该装置包括相互信号连接的转发器和遥控器；遥控器的无线发送电路、面板按键和加速度传感器分别与处理器信号连接，面板按键除了普通电视机遥控器所具备的按键之外，还具备一个模式切换按钮，该按钮的一端接地，另一端通过限流电阻单独连接到处理器，当该模式切换按钮没有被按下时，遥控器处于普通遥控模式；当该模式切换按钮被按下时，遥控器处于游戏控制模式。该方法包括转发器控制方法和遥控器方法两部分；遥控器处于普通遥控工作模式时相当于普通电视机遥控器；处于游戏控制工作模式时遥控器面板上各按键可用作游戏按键，本发明为电视机游戏提供了更好的操控性和趣味性。

Description

一种兼具电视游戏功能的电视机遥控装置及遥控方法

技术领域

本发明涉及一种电视机遥控器，特别是涉及一种兼具电视游戏功能的电视机遥控装置及遥控方法。该遥控装置除了具备基本的电视遥控功能外，还具备电视机游戏手柄功能。

背景技术

传统的电视机游戏，需要配备专门的游戏手柄，缺少游戏手柄或游戏手柄损坏，就玩不了游戏，对用户而言不够方便。遥控器是电视机必备的设备，但现有遥控器并不提供游功能。

目前市面上常见的电视机遥控器主要包括微处理器芯片、振荡信号产生电路、功率驱动电路、红外发光二极管和矩阵键盘。其中微处理器芯片负责检测键盘按键情况并形成编码；振荡信号产生电路用于产生高频信号，该信号经过微处理器芯片处理成38KHz的载波信号，再结合编码信息加载到遥控器发射端；功率驱动电路和红外发光二极管组成遥控器红外发射端，发射经过调制后的38KHz红外线。

一般来说不同厂家生产的电视机，其接收解码部分采用的芯片不同，因此对应的遥控器其遥控编码也不相同，遥控器的编码需要结合电视机的解码部分进行整体设计。而为了兼容各类电视机厂家的遥控器编码，近年来出现了所谓的万能遥控器；随着大量家电采用红外遥控方式，又出现了能同时遥控彩电，VCD，录像机等家电的多合一(多功能)遥控器。但是同时具电视遥控功能和电视机游戏手柄功能的遥控器还没有出现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种兼具电视游戏功能的电视机遥控装置，使该遥控装置在具备一般的电视机遥控器功能的同时，还具备游戏手柄的功能，为电视机游戏提供了更好的操控性和趣味性。

本发明的另一目的在于提供应用上述遥控器的遥控方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种兼具电视游戏功能的电视机遥控装置，包括相互信号连接的转发器和遥控器；转发器中的红外发射电路和无线接收电路分别与单片机信号连接；所述遥控器的无线发送电路、面板按键和加速度传感器分别与处理器信号连接；无线发送电路采用的电路与转发器中的无线接收电路相对应；

处理器为Mega16单片机；面板按键除了普通电视机遥控器所具备的按键之外，还具备一个模式切换按钮，该按钮的一端接地，另一端通过限流电阻单独连接到处理器，当该模式切换按钮没有被按下时，遥控器处于普通遥控模式；当该模式切换按钮被按下时，遥控器处于游戏控制模式；

加速度传感器通过信号调理电路与处理器连接，信号调理电路采用含有4个独立的电压比较器LM339，4个独立的电压比较器输入端分别接一基准电压，输入端还分别与加速度传感器连接，输出端分别接处理器。

所述的加速度传感器为ADXL330芯片。

所述的单片机为Mega8单片机。

一种兼具电视游戏功能的电视机遥控方法，包括转发器控制方法和遥控器方法两部分；

(1)所述转发器控制方法为：

a、单片机通过SPI接口跟无线接收电路103通讯，在没有数据转发任务时，单片机102处于在空闲状态，此时CPU时钟停止，但内部SPI模块仍处于活跃状态；

b、当单片机接收到无线接收电路发出的数据时，SPI模块产生一个中断以唤醒处于空闲状态的CPU，然后单片机进行SPI数据接收处理；

c、在SPI接收处理中先进行数据有效性检测，判断所接收到的数据是否有效，如果数据无效则丢弃本次接收到的数据，单片机重新进入空闲状态；

d、如果数据有效，单片机将该数据包含的遥控编码送到红外发射电路发射出去；单片机并重新进入空闲状态

(2)所述遥控器控制方法为：

a、处理器初始化，用于控制无线发送电路的内部SPI模块，启动一个内部定时器产生间隔为10毫秒的定时中断，该定时中断用于每隔10毫秒执行一次按键扫描；

b、处理器检测模式切换按钮是否按下，若与模式切换按钮连接的I/O引脚电平为高，则模式切换按钮没有按下，处于普通遥控模式，反之则为游戏控制模式；若处于游戏控制模式，处理器不断读取连接加速度传感器的4个I/O引脚电平，生成相应的游戏控制命令发送到处理器的SPI模块；处理器203重复执行本部分程序，直到有中断产生才被打断；

c、处理器的定时器中断触发后，处理器执行中断程序，在中断程序中调用按键扫描代码，读取与面板按键连接的两组I/O端口电平状态，判断是否有按键被按下，如果没有则退出执行b部分程序；

d、如果有检测到按键被按下，需再检测模式切换按钮状态，若与模式切换按钮连接的I/O引脚电平为高，则模式切换按钮没有按下，处于普通遥控模式，反之则为游戏控制模式；普通遥控模式下，处理器将按键解释为普通遥控器指令，发送到SPI模块；游戏控制模式下，处理器将按键解释为游戏控制指令发送到SPI模块；最后，处理器重复执行b步骤；

转发器和遥控器保持遥控指令的一致。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明提供一种带加速度传感器的电视机遥控器，该遥控器除了具备通用电视机遥控功能以外，还支持常见的游戏手柄功能，同时其内置的加速度传感器增加了一些普通游戏手柄不具备的动作检测功能，用户不需要额外购买游戏手柄就能够玩电视游戏，提高了电视机游戏的方便性和趣味性。

附图说明

图1是本发明兼具电视游戏功能的电视机遥控装置结构示意图。

图2是图1中转发器遥控方法的流程框图。

图3是图1中遥控器遥控方法的流程框图。

图4为Mega16单片机的按键接口电路示意图。

图5为加速度传感器信号调理电路示意图。

图6为加速度传感器X轴信号检测电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步描述，需要说明的是本发明要求保护的范围并不局限于实施例记载的范围。

如图1所示，兼具电视游戏功能的电视机遥控装置包括相互信号连接的转发器100和遥控器200。转发器100包括红外发射电路101、单片机102、无线接收电路103；红外发射电路101和无线接收电路103分别与单片机102信号连接。无线接收电路103接收遥控器发送的数据，输入单片机102；单片机102通过红外发射电路101将数据以红外线方式发送出去。

单片机102采用Atmel公司的Mega8单片机，该单片机内部带3个独立定时器，提供SPI、UART等接口，具备功耗低，处理能力强的特点。单片机102通过SPI接口读取无线接收电路103发送过来的数据，采用内部定时器产生38KHz方波作为红外发射电路101的载波，通过串口对红外载波进行调制。

无线接收电路103采用单片集成射频收发芯片nRF2401，与之对应的遥控器200中的无线发送电路201也采用单片集成射频收发芯片nRF2401。当然这部分电路也可以采用分立元件构建，在不考虑成本因素的前提下，采用集成IC可以省略大量工作。

红外发射电路101可采用三极管功率驱动电路，驱动红外发射管发射红外信号。如可以采用NPN三极管8050，红外发光二极管接在三极管集电极，充当负载；而调制后的38KHz载波信号加载在三极管的基极，充当开关控制信号。

遥控器200包括无线发送电路201、面板按键202、处理器203和加速度传感器204。无线发送电路201、面板按键202和加速度传感器204分别与处理器203信号连接。其中处理器203通过无线发送电路201发送电视机遥控指令和游戏控制指令。无线发送电路201采用的电路需要跟转发器100中的无线接收电路103相对应，如无线接收电路103采用单片集成射频收发芯片nRF2401，则无线发送电路201也采用单片集成射频收发芯片nRF2401。

处理器203可采用Atmel公司的Mega16单片机，也可以是其他型号单片机或控制器。处理器203主要负责面板按键202的检测和加速度传感器203输出信号的采集，并根据按键和采集到的信号生成相应的遥控命令。

面板按键202的检测是由处理器203的两组I/O口构成矩阵键盘扫描接口来实现的。图4给出了基于Atmel公司Mega16单片机的按键接口电路。如图4所示，面板按键202除了普通电视机遥控器所具备的按键之外，还具备一个模式切换按钮(见图中“模式切换”按钮“S1”)，该按钮的一端接地，另一端通过限流电阻单独连接到处理器203(图中ATMEGA16)PB2引脚，在处理器203的代码中该按钮被定义成模式切换按钮，具有最高的优先级。该按钮用于面板按键在普通遥控器按键和游戏按键之间完成功能切换。当该模式切换按钮没有被按下时，遥控器处于普通遥控模式，面板各个按键对应普通电视机遥控器各按键的功能，即此时遥控器手柄相当于一个普通电视机遥控器；当该模式切换按钮被按下时，遥控器处于游戏控制模式，面板各个按键对应游戏手柄按键功能。比如普通电视机遥控器上的“音量+”，“音量—”，“节目+”和“节目—”这四个按键，在普通遥控模式下，分别控制音量和换台；但在模式切换按钮按下后，通过在软件中进行定义，可将这四个按键映射为游戏手柄上的“前”，“后”，“左”和“右”按键。一般电视机遥控器带有30个左右的按键，本实施例中，处理器203采用两组I/O口可以构成8*8矩阵键盘扫描接口，理论上可支持多达64个按键，可根据需要决定所接入的按键数目，而按键与功能之间的映射情况则由处理器203设定的代码决定。如图4所示，处理器203提供PortC和PortD两个8bit I/O端口用于外接按键，按键接在端口C与端口D的每一个交叉点，端口C与端口D的每一个I/O引脚进行交叉，共有8*8＝64种组合，最多支持64按键。为了简单起见，图4中没有给出全部按键连接方式，而只是示范性的给出了部分按键连接。在设计按键检测程序时，可将端口C设置为输入，端口D设置为输出，分两步进行按键检测：首先使端口D的8个I/O引脚全部输出高电平，读取端口C的状态，如果没有按键按下，则状态字为0xFF，表示输入全部为高电平，若读到的状态字不是0xFF，则说明有按键被按下。接下来进一步检查是哪一个按键被按下，端口C仍设置为输入，端口D的8个I/O引脚轮流输出高电平，其他引脚为低电平，读取端口C的状态字，则若接在端口C与端口D某两个引脚交叉点的按键被按下，则对应的端口C的该引脚会输入高电平，由此可以得知当前所按下的是哪一个按键。需要注意的是，这种检测方法中的按键对处理器而言是物理意义上的按键，即检测出来的是接在端口C某一个引脚与端口D某一个引脚“交叉点”上的按键，该按键如何对应到遥控器面板的对用户而言代表了唯一(特定)功能的按钮，则由设计人员在程序中进行定义，即将物理按键映射到功能按键。因此软件上的修改就可以实现面板按键202某一按键实际功能的改变，对按键的装配极为方便。

加速度传感器204还包括信号调理电路，加速度传感器204通过信号调理电路与处理器连接，用于检测遥控器手柄的空间位置变化(对应用户的手部动作)，为了简化信号处理及提高抗干扰能力，加速度的输出信号先经过信号调理电路进行转换后再送到处理器203。传感器可以采用ADI公司的ADXL330芯片，ADXL330芯片是一款集成在单芯片上的小尺寸、薄型、低功耗、完全3轴加速计，加速度范围±3g(1g等于9.8m/s²)，足以满足游戏需要。ADXL330芯片安装在遥控器内部，可定义X轴对应遥控器手柄左右移动，Y轴对应遥控器手柄前后移动，Z轴对应遥控器手柄上下移动。在游戏中，要实现用户左右、上下甩动遥控器对应为传统游戏手柄方向键的左移、右移、上移和下移。因此需要检测X轴和Z轴的加速度，ADXL330芯片采用3V供电，各轴在没有加速度的情况下输出均为1.5V。以X轴为例，当用户左向甩动遥控器时，X轴输出电压高于1.5V；当用户右向甩动遥控器时，X轴输出电压低于1.5V。考虑到需要忽略一些不合格的遥控器甩动动作以及最大限度抑制噪声和干扰，X轴和Z轴的输出信号均通过信号调理电路后再送到处理器203的输入I/O口。如图5所示，信号调理电路可采用集成芯片LM339，LM339含有4个电压比较器，即内部包含4个独立的电压比较器单元。4个独立的电压比较器输入端分别接一基准电压，输入端还分别与加速度传感器连接，4个独立的电压比较器输出端分别接处理器。图5中加速度传感器ADXL330的X、Z轴输出的模拟信号输入到LM339(图中X轴输出信号输入到LM339内部的比较器A和比较器B，Z轴输出信号输入到LM339内部的比较器C和比较器D)，通过与预设的基准电压进行比较，原模拟信号变为高低电平信号，再输送到处理器203(图5中的Mega16单片机)的输入I/O引脚。对于我们所需要检测的X轴和Z轴，各需要两个电压比较器用于信号转换。以X轴为例进行说明，图6给出了该情况下的电路示意图(为了简单起见，图6只给出了本部分所涉及到的电路连接)，图中LM339的一个电压比较器PartA用于检测X轴输出电压是否大于1.86V，另一个PartB用于检测X轴电压是否小于1.14V，因此电压比较器的基准电压分别是1.86V和1.14V，可由整个系统的电源电压3.3V分别经过串联电阻分压后得到，如图所示，这两个电压阀值对应ADXL330加速度传感器1g的加速度(1g等于9.8m/s²)。需要注意的是，这里的电压阀值的设置，关系到动作检测的灵敏度，阀值设置过大，遥控器动作检测的灵敏度降低，容易丢失动作；阀值设置过小，抗干扰能力降低，容易产生动作误判。最后这两个电压比较器的输出接到处理器203(图中ATmega16)的2个I/O引脚PA7(图中ADC7引脚)和PA6(图中ADC6引脚)，在游戏控制模式下，处理器203读取这2个I/O引脚的输入电平，根据这些电平判断加速度传感器检测到的加速度大小是否合格，即用户是否甩动了遥控器。Z轴的情况跟X轴一样，这里不再详述。有时候，用户可能斜向甩动遥控器，此时能同时在X轴和Z轴检测到合格的加速度信号，相当于使用传统游戏手柄时，用户同时按下了两个方向键，如左下，左上等。

应用本发明兼具电视游戏功能的电视机遥控装置的遥控方法包括转发器控制和遥控器两部分：

(1)如图2所示，转发器控制方法如下：

a、单片机102通过SPI接口跟无线接收电路103通讯，为了节省耗电，在没有数据转发任务时，单片机102处于在空闲状态(睡眠模式)，此时CPU时钟停止，但内部SPI模块仍处于活跃状态。(步骤301)

b、当单片机102接收到无线接收电路103发出的数据时，SPI模块产生一个中断以唤醒处于空闲状态的CPU，然后单片机102进行SPI数据接收处理；(步骤302)

c、在SPI接收处理中先进行数据有效性检测，判断所接收到的数据(指令)是否有效(最基本的是数据所含的遥控编码要符合设计时约定的格式和数值范围)，如果数据无效则丢弃本次接收到的数据，单片机102重新进入空闲状态。(可根据实际需求决定是否需要额外的数据有效性检验，如采用无线模块自带的CRC校验，自行设计检验包等。对于需要严格控制无线传输误码率的应用场合，推荐使用无线收发模块nRF2401自带的CRC校验。)(步骤303)

d、如果数据有效，单片机102将该数据包含的遥控编码送到红外发射电路发射出去。完成该工作后，单片机102重新进入空闲状态。(步骤304)

(2)如图3所示，遥控器控制方法如下：

a、处理器203初始化，包括初始化用于按键检测的I/O端口，初始化连接到模式切换按钮的I/O引脚(设置为上拉输入状态)，初始化用于控制无线发送电路201的内部SPI模块，启动一个内部定时器产生间隔为10毫秒的定时中断，该定时中断用于每隔10毫秒执行一次按键扫描。(步骤401)

b、处理器203检测模式切换按钮是否按下，若与模式切换按钮连接的I/O引脚电平为高，则模式切换按钮没有按下，处于普通遥控模式，反之则为游戏控制模式(步骤402)。若处于游戏控制模式，处理器203不断读取连接加速度传感器的4个I/O引脚电平，生成相应的游戏控制命令发送到处理器203的SPI模块。处理器203重复执行本部分程序，直到有中断产生才被打断。(步骤403、404、405)

c、处理器的定时器(在步骤a中其定时时间设置为10毫秒)中断触发后，处理器执行中断程序，在中断程序中调用按键扫描代码，读取与面板按键连接的两组I/O端口电平状态，判断是否有按键被按下，如果没有则退出执行b部分程序。(步骤406)

d、如果有检测到按键被按下，需再检测模式切换按钮状态，若与模式切换按钮连接的I/O引脚电平为高，则模式切换按钮没有按下，处于普通遥控模式，反之则为游戏控制模式。普通遥控模式下，处理器203将按键解释为普通遥控器指令，发送到SPI模块；游戏控制模式下，处理器203将按键解释为游戏控制指令发送到SPI模块；最后，处理器203重复执行b部分程序。(步骤407、408、409)

在软件实现上，转发器和遥控器需要保持遥控指令(遥控编码)的一致。本发明在应用上主要针对那些本身支持游戏功能的电视机，这些电视机内部CPU支持除了能够识别普通的电视遥控指令外，还支持特定的游戏指令。对于不同的电视机厂家所支持的不同游戏控制指令，本发明的遥控器可以通过在软件上进行设定来实现兼容。

Claims

1、一种兼具电视游戏功能的电视机遥控装置，包括相互信号连接的转发器和遥控器；转发器中的红外发射电路和无线接收电路分别与单片机信号连接；其特征在于，所述遥控器的无线发送电路、面板按键和加速度传感器分别与处理器信号连接；无线发送电路采用的电路与转发器中的无线接收电路相对应；

2、根据权利要求1所述的一种兼具电视游戏功能的电视机遥控装置，其特征在于：所述的加速度传感器为ADXL330芯片。

3、根据权利要求1所述的一种兼具电视游戏功能的电视机遥控装置，其特征在于：所述的单片机为Mega8单片机。

4、一种兼具电视游戏功能的电视机遥控方法，其特征在于包括转发器控制方法和遥控器方法两部分；

(1)所述转发器控制方法为：

(2)所述遥控器控制方法为：

转发器和遥控器保持遥控指令的一致。