CN102117536A - 无线遥控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线遥控系统，其中包含一遥控器、若干个侦测器及一判断模组。该若干个侦测器分别用于侦测该遥控器发射的无线信号，并各自产生一侦测结果。该判断模组根据该若干个侦测结果问的至少一频率差异判断该遥控器的移动模式，并选择性地根据该移动模式产生控制信号。由于该判断模组并不需要知道该无线信号的频率即可判断遥控器的移动模式，因此该无线遥控系统具有体积小、成本低、耗电量低的优点。

Description

无线遥控系统

技术领域

本发明涉及一种遥控系统，尤其涉及一种根据使用者手势判断控制指令的无线遥控系统。

背景技术

近年来，无论是在家庭电子产品或防盗保全领域中，无线遥控器都提供了相当程度的便利性，为使用者省去来回走动以操控电子或机械设备的麻烦。目前市面上贩售的无线遥控器大多为射频式或光感应式遥控器，即利用射频信号或红外线信号做为与主机端联系的控制信号。

实际应用中，除了射频信号与光学信号外，超音波信号也可以用来做为遥控信号。第4,578,674号美国专利即揭露了一种超音波滑鼠的构想。在这篇专利中，设置于电脑主机端的侦测器根据滑鼠发射的超音波信号判定其移动模式，进而相对应地控制萤幕上的游标。由于都普勒效应(Doppler Effect)的关系，两个侦测器接收到的超音波信号的频率(简称f₁与f₂)与滑鼠发射的超音波信号的频率(以下简称f₀)并不相同。该专利中位于电脑主机端的微处理器首先分别计算f₁与f₀的差异以及f₂与f₀的差异，再根据这两个频率差异推算滑鼠与侦测器的相对位置，进而判断滑鼠的移动方式。

上述做法的缺点在于，微处理器的计算过程与滑鼠发射的超音波信号的频率(亦即f₀)息息相关；如果f₀的大小为未知数，微处理器就无法算出滑鼠与侦测器两者间的相对关系。因此，在这篇专利中，电脑主机端还设置了一个红外线发射器，提供一基准信号。滑鼠端则装设有一个红外线接收器，负责接收这个基准信号，做为后续滑鼠产生超音波信号的依据。藉此，电脑主机端才得以掌握滑鼠发射的超音波信号的频率(亦即f₀)。然而，在滑鼠上设置红外线接收器同时增加了滑鼠的整体耗电量与体积，并不是一个理想的设计。

第4,654,648号美国专利亦利用控制器发出声音信号，并量测该声音信号抵达不同接收器的时间差异，进而由三角定位法决定控制器的位置。但是此专利并未教导以控制器的移动导致的都普勒效应为运作基础的遥控系统。

第5,999,167号美国专利也提出了一种采用超音波信号的无线游标控制系统。超音波信号是由一主机端发射，并且遥控器上装设有多个超音波接收器。在比较该等接收器收到的超音波信号的相位之后，该系统会决定遥控器的角方向，并据此相对应地调整萤幕上的游标。

第2007/0115252号美国专利申请案是以第5,999,167号美国专利所提出的无线游标控制系统为基础，再进一步包含一敏感度调节器，以配合当遥控器与主机端两者相距较远的情况。

第6,504,526号美国专利揭露了一种利用红外线信号的无线指向装置。于此前案中，一传送器发出的红外线信号会由多个不同的接收器接收。当该传送器被移动时，红外线信号的波前抵达各接收器的时间是不相同的。根据比较各接收器侦测到红外线信号的波峰的时间可测得该传送器沿着特定方向的移动。

综上所述，现有技术大多利用超音波信号或射频信号来实现远端遥控或滑鼠控制；其中大多是侦测信号的相位或信号抵达接收端的时间，只有第4,578,674号美国专利是侦测超音波信号的频率。然而，为了计算滑鼠移动的绝对速度，第4,578,674号美国专利中的电脑主机端必须将频率为f₀的基准信号提供给滑鼠，因此需要耗费额外的硬体成本及电量于红外线发射器、接收器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线遥控系统，本发明提出的无线遥控系统同样是以都普勒效应的概念为基础，但本发明中的侦测端并不需要知道遥控器发射的无线信号的频率即可判断遥控器的移动模式，因此可省去现有技术中的红外线发射器、接收器。

本发明的一具体实施例为：包含一遥控器、若干个侦测器及一判断模组的无线遥控系统。该若干个侦测器分别用来侦测该遥控器发射的无线信号，并各自产生一侦测结果。该判断模组根据该等侦测结果间的至少一频率差异判断该遥控器的移动模式，并选择性地根据该移动模式产生控制信号。

本发明的另一具体实施例为：包含一遥控器、一侦测器及一判断模组的无线遥控系统。该侦测器用于侦测该无线信号，并产生一侦测结果。该判断模组根据该侦测器于不同时间侦测到的侦测结果之间的至少一频率差异，判断该遥控器的移动模式，并根据该移动模式产生控制信号。

本发明的另一具体实施例为：包含一遥控器、一侦测器及一判断模组的无线遥控系统。本实施例中的侦测器用于侦测该遥控器所发射的无线信号的频率。该判断模组根据该频率在时域中的变化模式产生一控制信号。

与现有技术相比，本发明具有的积极效果为：

本发明的无线遥控器具有体积小、成本低、耗电量低、透过简易动作即可达成遥控目的等优点，可广泛应用在各种需要无线遥控器的领域中。关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1为本发明第一具体实施例中的无线遥控系统示意图。

图2(A)及图2(B)为绘示遥控器相对于各侦测器的移动方向的范例。

图3(A)及图3(B)中的表格用于说明遥控器进行各种移动时各侦测结果间的频率差异的特性。

其中

14A～14D：侦测器             16：判断模组。

具体实施方式

本发明提出的无线遥控系统是以都普勒效应造成的频率偏移为判断遥控器移动模式的依据。本领域一般技术人员所公知，当声源和观测者之间有相对运动时，观测频率(f)和原始发射频率(f₀)之间的关系为：

$f=\frac{{v+v}_r}{{v+v}_s}{f}_0=\frac{1+\frac{v_r}{v}}{1+\frac{v_s}{v}}{f}_0,$

其中v代表声波在介质中的速度，v_s代表声源投影在径向方向的速度，v_r则是代表观察者投影在径向方向的速度。如果声源发出的信号频率固定，并且观测者(接收端)的位置也固定不变，则f₀和v_r都是定值。当声源为由使用者操控的遥控器，声源的移动速度(v_s)即等同使用者的手势变化速度。一般而言，使用者手势的移动速度大约每秒1～3公尺，远小于声波的速度(v)。因此，上述关系式可被改写为：

$f\∝\frac{1}{1+\frac{v_s}{v}}=1-\frac{v_s}{v}+{\left(\frac{v_s}{v}\right)}^2-{\left(\frac{v_s}{v}\right)}^3+......\≈1-\frac{v_s}{v}.$

由这个关系式可看出，观测频率(f)和声源的移动速度(v_s)大致呈线性关系。本发明的无线遥控系统就是根据这样的概念来估计遥控器的移动模式。

如图1所示，为本发明第一具体实施例中的无线遥控系统示意图。此实施例中的无线遥控系统包含一遥控器(未显示于图中)、于一平面大致排列为矩形的四个侦测器(14A～14D)，以及一判断模组16。该遥控器系用以发射一无线信号。根据本发明，该无线信号可为一超音波信号，但不以此为限。于实际应用中，这四个侦测器也可以被大致排列为菱形的形式。

侦测器14A～14D会分别侦测该遥控器发射的无线信号，并各自产生一侦测结果。由于侦测器14A～14D与该遥控器的相对位置各不相同，因此该遥控器进行运动时，各侦测器所测得的频率也会有所差异。以侦测器14A为例，当该遥控器正在接近侦测器14A，侦测器14A所侦测到的信号频率(f₁)会大于该遥控器发射的无线信号频率(f₀)。当该遥控器正在远离侦测器14A，f₁会小于f₀。相同地，当该遥控器正在接近侦测器14B，侦测器14B所侦测到的信号频率(f₂)会大于f₀。当该遥控器正在远离侦测器14B，f₂会小于f₀。

根据上述频率变大或变小的特性，判断模组16可透过将各个侦测器侦测到的频率相减，来辨识该遥控器的移动模式(亦即使用者的手势)。举例而言，若该遥控器沿图2(A)所示的箭头方向A移动，当该遥控器移动至远离侦测器14A但靠近侦测器14C的位置，侦测器14A所侦测到的信号频率(f₁)小于f₀，侦测器14C所侦测到的信号频率(f₃)大于f₀。在这段时间内，f₁减去f₃的差值小于零。相对地，若该遥控器沿着相反于箭头A的方向移动，当该遥控器移动至远离侦测器14C但靠近侦测器14A的位置，侦测器14A所侦测到的信号频率(f₁)大于f₀，侦测器14C所侦测到的信号频率(f₃)小于f₀。在这段时间，f₁减去f₃的差值会大于零。

由此可知，若根据本发明的无线遥控系统包含沿一特定方向设置的两个侦测器，判断模组16能够根据这两个侦测器的侦测结果间的频率差异判断该遥控器是否沿该特定方向或相对于该特定方向的相反方向移动。并且，当该遥控器以图2(B)所示的箭头B在水平方向往复移动，将侦测器14A与侦测器14C两者测得的频率相减，可发现这个频率差异具有正负交替的周期性。同理，在这样的情况下将侦测器14B与侦测器14D两者测得的频率相减，也可发现其间的频率差异具有周期性。根据这个结果，判断模组16可判定使用者在箭头B表示的水平方向来回移动该遥控器。

如上所述，判断模组16负责根据这些侦测结果间的至少一频率差异判断该遥控器的移动模式。根据本发明的判断模组16可直接计算侦测器14A～14D各侦测结果的频率差值，无需预先得知或持续追踪、掌控该遥控器发射的无线信号频率(f₀)。因此，根据本发明的无线遥控系统可省去现有技术中用于提供基准信号的红外线发射器、接收器。

图3(A)及图3(B)中的表格是用于进一步说明该遥控器进行水平移动、垂直移动、斜向移动(分为由左上到右下/右上到左下两种情况)、圆周运动(分为顺时针/逆时针两种情况)，或是前后移动等各种情况下，侦测器14A～14D的侦测结果间的频率差异或总和会有什么样的特性。符号f₁～f₄分别表示侦测器14A～14D测得的频率。根据这些频率差异在时域中的变化模式，判断模组16便可判断该遥控器在空间中的移动模式。实际应用中，判断模组16可根据这些频率差异是否为周期性信号或者是否为若干个周期性信号的组合来判断遥控器的移动模式。

如果某些遥控系统有多于七种指令的需求，表3中所列举的指令也可以依不同的排列顺序被组合，进一步定义出更多种的指令。比方说，以在顺时针圆周运动之后接续垂直移动代表一种新的指令。

在判定了遥控器的移动模式之后，判断模组16可选择性地产生一控制信号，传递给后续的电子或机械系统。针对不同的遥控器移动模式，判断模组16产生的控制信号也可以各不相同的。举例而言，该控制信号可用来控制电视的开机、选台、音量调整，或者是冷气的开机和温度调整。

由图3(A)及图3(B)显示的范例可以看出，使用者只要运用简单的手势移动遥控器，就可以达到传递多种不同指令的目的。在实际应用中，本发明的遥控器只要包含一个电池和用于产生无线信号的一个振荡电路即可，因此成本和耗电量都很低，并且体积极小，可以被设计为如指环般的饰品，或是结合在使用者的随身物件中(例如行动电话、手表、笔)。

实际应用中，侦测器14A～14D可各自包含一频率判断电路，根据接收到的无线信号的电位转换次数判断该无线信号的频率。判断模组16则可包含用于分析各个频率差异频谱的电路或软体，如果某个频率对应的能量值高于一特定值，判断模组16即可判定遥控器有明显的移动。此外，根据本发明的无线遥控系统所包含的侦测器数量可以不同于此实施例。比方说，以一个、两个、三个、六个、八个或更多个侦测器来侦测遥控器的移动模式都是可行的。

在实际应用中，本发明的判断模组16可被设计为，只有当侦测器14A～14D的侦测结果中至少一侦测结果符合一预设频率条件时，才执行判断遥控器的移动模式的程序。举例而言，通过排除频率低于某一个最低限制的无线信号，可滤除低频杂讯并辨别该遥控器发出的无线信号是否存在；通过排除频率大于某一个最高限制的无线信号，则可以避免其他高频杂讯的干扰。换句话说，判断模组16可被设计为只针对特定频段的稳定无线信号进行判断。

另一方面，如先前所述，侦测器14A～14D各自观测到的频率和该遥控器的移动速度大致呈线性关系。因此，两侦测结果间的频率差异与遥控器相对于这两个侦测器的运动速度差值也大致成正比。若根据本发明的无线遥控系统包含沿一特定方向设置的两个侦测器，判断模组16就能够根据这两个侦测器的侦测结果的频率，以及侦测结果间的频率差异估计该遥控器在该特定方向的移动速率。

由于判断模组16能根据侦测器14A～14D的侦测结果判断该遥控器的运动速度和运动方向。因此，在实际应用中，根据本发明的判断模组16可进一步将遥控器的速度在时域中积分，得出并记录该遥控器在空间中的移动轨迹。据此，本发明的无线遥控系统的管理者可以定义出更多比较复杂的姿势，例如让使用者利用该遥控器输入图样、符号、数字或以字母或其他文字组成的词句。

在实际应用中，如果有区分多个使用者或多个待控制装置的需求，根据本发明的遥控器可以在发射无线信号前，先对该无线信号进行多工调变，比方说分时多工(time division multiple access，TDMA)调变、分码多工(code division multipleaccess，CDMA)调变，或分频多工(frequency division multiple access，FDMA)调变，通过多工调变在无线信号中加入特定的识别资讯。举例而言，无线遥控系统的设计者或管理者可设定十种超音波频率如36KHz，37KHz，38KHz，…，45KHz。每一遥控器可以从中选择三个频率同时发射，如此则总共有约1200种组合方式供选择。相对应地，判断模组16可包含用于将无线信号解调的一解调单元，并且根据该解调单元的解调结果判断该遥控器的识别资讯，例如拥有该遥控器的使用者身份。此识别资讯可以增加无线遥控系统的操控弹性，比方说，搭配此无线遥控系统的电视可被设定为拒绝未成年的使用者观赏内容较不适宜的节目。

本发明的设计同样可以应用在只有单一个侦测器的状况中。根据本发明另一具体实施例，即为包含一遥控器、一侦测器及一判断模组的无线遥控系统。这个实施例中判断模组根据该侦测器在不同时间侦测到的侦测结果之间的至少一频率差异，判断该遥控器的移动模式，并根据该移动模式产生控制信号。同样地，当遥控器正在接近该侦测器，该侦测器所侦测到的信号频率会大于该遥控器发射的无线信号频率。当遥控器正在远离该侦测器，侦测结果的频率则是会小于遥控器发射的无线信号频率。

以该侦测器被装设在某个墙面上的情况为例，当该遥控器具有沿着垂直于该墙面的方向前进的移动向量(例如对应于图3(B)最右边一栏的使用者手势)，该侦测器侦测到的无线信号就会具有较大的频率。假设该侦测器于一第一时间所产生的侦测结果具有第一频率，于一第二时间所产生的侦测结果具有第二频率。该判断模组可根据该第一频率与该第二频率间的差异判断该遥控器是否沿着该垂直于该墙面的方向往复移动。

根据本发明另一具体实施例，即为包含一遥控器、一侦测器及一判断模组的无线遥控系统。本实施例中的侦测器用于侦测该遥控器所发射的无线信号的频率。该判断模组根据该频率在时域中的变化模式产生一控制信号。如先前所述，该频率在时域中的变化模式与该遥控器的移动模式是相关的。该遥控器在空间中的前后移动，会对应于该频率在时间上的高低变化。举例而言，若将遥控器的连续三次前后移动定义为一长线、单次的前后移动定义为一短点，此类似于摩斯密码的组合可以进一步组成多种不同的指令。此实施例中的判断模组同样不需要预知或持续追踪该遥控器发射的无线信号的频率(f₀)。

综上所述，本发明的无线遥控器具有体积小、成本低、耗电量低、透过简易动作即可达成遥控目的等优点，可广泛应用在各种需要无线遥控器的领域中。相较于目前多数利用红外线信号或射频信号的遥控系统，本发明中的侦测电路操作频率相当低，因此更具有低成本、低功耗的优势。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，是希望能更加清楚地描述本发明之特征与精神，并非对本发明做任何限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请保护的专利范围的范畴内。

Claims (20)

1.一种无线遥控系统，其特征在于包含：

一遥控器，用于发射一无线信号；

若干个侦测器，分别用于侦测该无线信号，并各自产生一侦测结果；以及

一判断模组，电连接至该若干个侦测器，用于根据该若干个侦测结果间的至少一频率差异判断该遥控器的移动模式，并选择性地根据该移动模式产生一控制信号。

2.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于该无线信号为一超音波信号。

3.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于该若干个侦测器包含沿一特定方向设置一第一侦测器与一第二侦测器，该第一侦测器所产生的侦测结果为一第一频率，该第二侦测器所产生的侦测结果为一第二频率，该判断模组根据该第一频率与该第二频率间的频率差异判断该遥控器是否沿该特定方向移动或相对于该特定方向的相反方向移动。

4.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于该若干个侦测器包含沿一特定方向设置一第一侦测器与一第二侦测器，该第一侦测器所产生的侦测结果为一第一频率，该第二侦测器所产生的侦测结果为一第二频率，该判断模组根据该第一频率与该第二频率间的频率差异判断该遥控器于该特定方向的移动速度。

5.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于该判断模组根据该频率差异在时域中的变化模式判断该遥控器的移动模式。

6.如权利要求5所述的无线遥控系统，其特征在于该判断模组根据该频率差异是否为一周期性信号或者是否为若干个周期性信号的组合判断该移动模式。

7.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于对应于该遥控器进行的移动方式不同，该判断模组产生的控制信号不同；所述移动方式为下列移动方式之一或其组合：一水平移动、或一垂直移动、或一斜向移动、或一圆周运动、或一前后移动。

8.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于该若干个侦测器包含于一平面大致排列为矩形或菱形的四个侦测器。

9.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于该判断模组进一步根据该频率差异判断并记录该遥控器的移动轨迹。

10.如权利要求9所述的无线遥控系统，其特征在于该判断模组根据该频率差异判断该遥控器的一运动速度及一运动方向，并根据该运动速度与该运动方向判断该移动轨迹。

11.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于该无线信号由该遥控器发射前经过一多工调变，该判断模组包含用于将该无线信号解调的一解调单元，并根据该解调单元的解调结果判断该遥控器的识别资讯。

12.如权利要求11所述的无线遥控装置，其特征在于该多工调变为一分时多工调变、或一分码多工调变、或一分频多工调变。

13.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于只有当该等侦测结果中至少一侦测结果符合一预设频率条件时，该判断模组才根据该至少一频率差异判断该移动模式。

14.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于该遥控器包含一电池及用于产生该无线信号的一振荡电路。

15.如权利要求1所述的无线遥控系统，其特征在于该若干个侦测器各自包含一频率判断电路，用于根据该无线信号的电位转换次数判断该无线信号的频率。

16.一种无线遥控系统，其特征在于包含：

一遥控器，用于发射一无线信号；

一侦测器，用于侦测该无线信号，并产生一侦测结果；以及

一判断模组，电连接至该侦测器，用于根据不同时间的该侦测结果间的至少一频率差异判断该遥控器的移动模式，并选择性地根据该移动模式产生一控制信号。

17.如权利要求16所述的无线遥控系统，其特征在于该无线信号为一超音波信号。

18.如权利要求16所述的无线遥控系统，其特征在于该侦测器于一第一时间所产生的侦测结果为一第一频率，该侦测器于一第二时间所产生的侦测结果为一第二频率，该判断模组根据该第一频率与该第二频率间的频率差异判断该遥控器是否沿一特定方向移动或相对于该特定方向的相反方向移动。

19.如权利要求16所述的无线遥控系统，其特征在于该侦测器于一第一时间所产生的侦测结果为一第一频率，该侦测器于一第二时间所产生的侦测结果为一第二频率，该判断模组根据该第一频率与该第二频率间的频率差异判断该遥控器于一特定方向的移动速度。

20.一种无线遥控系统，其特征在于包含：

一遥控器，用于发射一无线信号；

一侦测器，用于侦测该无线信号的频率；以及

一判断模组，电连接至该侦测器，用于根据该频率在时域中的变化模式产生一控制信号。

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