連接體感控制器和RFID MCU強(qiáng)化電視遙控器功能

內(nèi)建體感控制和RFID　電視遙控器設(shè)計(jì)更多元

隨著數(shù)位多媒體與三維（3D）影像顯示的發(fā)展，電視結(jié)合上網(wǎng)、游戲與多媒體影音功能已成未來(lái)趨勢(shì)。國(guó)立虎尾科技大學(xué)師生所設(shè)計(jì)的遙控器，透過(guò)內(nèi)建體感式控制與無(wú)線射頻辨識(shí)系統(tǒng)（RFID），結(jié)合一般電視遙控、多媒體播放器遙控及游戲搖桿，并增加實(shí)用性與娛樂(lè)性，使用者僅需一組體感搖控器便可輕松操作。

在動(dòng)作感測(cè)的部份，體感搖控器上以單晶微處理器連接一個(gè)三軸重力感測(cè)儀（G-Sensor）感測(cè)器，并利用其所輸出的X、Y與Z軸訊號(hào)，來(lái)知道目前搖 桿的揮動(dòng)方向。透過(guò)搖桿內(nèi)所嵌入的RFID來(lái)判斷操作者所切換的模式，或者進(jìn)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序列匯流排 （USB）芯片組，將接收資料轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)鍵盤與鼠標(biāo)訊號(hào)來(lái)進(jìn)行操控。

該遙控器設(shè)計(jì)可任意切換為滑鼠或鍵盤等，符合USB人機(jī)介面裝置（Human Interface Device, HID）群組的裝置進(jìn)行輸入，也可利用動(dòng)作感測(cè)進(jìn)行選臺(tái)及音量調(diào)整，并可使用RFID切換最愛(ài)頻道、游戲情境或多媒體播放器等特殊功能。

同時(shí)，該遙控器結(jié)合一般遙控器、多媒體播放控制器與游戲搖桿功能，利用體感控制聯(lián)網(wǎng)電視播放、上網(wǎng)等一般功能與進(jìn)行游戲；而結(jié)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(jué)的操控方式。該遙控器設(shè)計(jì)結(jié)合電視、多媒體播放及游戲功能于一身，并能模擬鍵盤滑鼠，方便聯(lián)網(wǎng)電視的操 作性。

遙控器設(shè)計(jì)包含兩部分，分別為體感遙控器與通用序列匯流排連接裝置（USB Dongle）無(wú)線收發(fā)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(wú)線感測(cè)模塊；而其功能在負(fù)責(zé) 轉(zhuǎn)換G-Sensor的X、Y與Z軸的變化量，以及判斷RFID讀取器讀取的資料，然后再將相關(guān)的數(shù)據(jù)透過(guò)無(wú)線感測(cè)模組傳輸出去。而USB Dongle中，微控制器（MCU）連接一USB介面晶片組及無(wú)線感測(cè)模組，透過(guò)無(wú)線感測(cè)模組接收體感遙控器的各種訊號(hào)，并與USB介面晶片組實(shí)現(xiàn)一 USB HID裝置群組的功能，模擬出完全相容的USB鍵盤滑鼠訊號(hào)，傳送鼠標(biāo)的軌跡數(shù)值與按鍵動(dòng)作，至多媒體聯(lián)網(wǎng)電視主機(jī)以進(jìn)行控制。

G-Sensor可偵測(cè)3D空間變動(dòng)

G-Sensor又稱為三軸重力傳感器，Wii的互動(dòng)游戲裝置，即是使用此概 念來(lái)做把手，可純粹以移動(dòng)控制器的方式，來(lái)達(dá)到遙控的效果；現(xiàn)在許多智慧型手機(jī)為支持此特殊功能，已開始搭載此一晶片。G-Sensor傳感器的應(yīng)用，大 幅改變?nèi)藗兊氖褂煤筒僮髁?xí)慣，從原本鍵盤的操作，改為直覺(jué)性重力感測(cè)（Motion Sensing）來(lái)達(dá)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(cè)這3D空間的變動(dòng)，來(lái)得到實(shí)際的數(shù)值，并加以應(yīng)用。以圖1的四面體作為重力測(cè)量為 例，水平平放時(shí)，X、Y、Z軸之變化值皆為0；直立時(shí)，Y值為0-90，反之為090；水平平放，朝向往左旋轉(zhuǎn)時(shí)，X值為0-90，往右旋轉(zhuǎn)時(shí)，X值為 090；水平平放，機(jī)身向左水平傾斜時(shí)，Z值為0-90，往右傾斜時(shí)，Z值為090。依據(jù)這些值的組合，即可拿來(lái)做軟體上或硬體上的應(yīng)用。


標(biāo)簽采用ISO-15693高頻RFID標(biāo)準(zhǔn)

RFID是利用無(wú)線傳輸?shù)淖R(shí)別系統(tǒng)，RFID分成兩部分，其一為標(biāo)簽（Tag），其內(nèi)主要包含收發(fā)天線與記憶體IC；其二為讀取器（Reader）部分，其內(nèi)主要包含收發(fā)天線、收發(fā)模組及控制電路。運(yùn)作原理是利用感應(yīng)器發(fā)射無(wú)線電波，觸動(dòng)感應(yīng)范圍內(nèi)的RFID標(biāo)簽，藉由電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流，供應(yīng)RFID標(biāo)簽上的晶片運(yùn)作并發(fā)出電磁波回應(yīng)感應(yīng)器。

若以驅(qū)動(dòng)能量來(lái)源區(qū)別，RFID標(biāo)簽可分為主動(dòng)式及被動(dòng)式兩種。被動(dòng)式的標(biāo)簽本身沒(méi)有電池的裝置，所需電流全靠感應(yīng)器的無(wú)線電波電磁感應(yīng)產(chǎn)生，所以只 有在接收到感應(yīng)器發(fā)出的訊號(hào)才會(huì)被動(dòng)的響應(yīng)感應(yīng)器；而主動(dòng)式的標(biāo)簽內(nèi)置有電池，可主動(dòng)傳送訊號(hào)供感應(yīng)器讀取，訊號(hào)傳送范圍相對(duì)也比被動(dòng)式廣。

至于RFID技術(shù)的主要特色，首先是體積小，日立（Hitachi）的被動(dòng)式RFID晶片僅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晶片組被大量應(yīng)用時(shí)，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(nèi)，除非是大型 IC制造廠，否則無(wú)法被仿制；第四項(xiàng)RFID的技術(shù)特色是可儲(chǔ)存大量資料，晶片內(nèi)有96位容量，換算后可辨識(shí)一千六百萬(wàn)種產(chǎn)品，六百八十億個(gè)不同序號(hào)，可 避免條形碼方式常遇到的序號(hào)重復(fù)問(wèn)題；第五是快速非接觸式資料讀取，接受器和晶片的間隔在4公尺內(nèi)即可感應(yīng)，每秒可讀取兩百五十個(gè)標(biāo)簽，比條形碼辨識(shí)快數(shù)十倍，也無(wú)須人工手持條形碼機(jī)逐個(gè)掃描。其他特色包括可減少人工手動(dòng)操作的錯(cuò)誤，確保質(zhì)量并降低成本，提供實(shí)時(shí)資料等。

目前RFID規(guī)劃使用的頻率，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(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。上述頻帶傳輸距離約為數(shù)公分到數(shù)公尺，傳輸速率約為數(shù)十到數(shù)百Kbit/s。

一般而言，低頻率的RFID特性為架構(gòu)簡(jiǎn)單與成本便宜，而高頻率的RFID特性為傳輸距離較長(zhǎng)，且抗干擾性較佳，相較下成本也較高。該遙控器設(shè)計(jì)使用的標(biāo)簽為高頻帶下其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，ISO組織定義為ISO-15693，即近距型智能卡（Vicinity Coupling Smart Cards）標(biāo)準(zhǔn)。如表1所示，ISO 15693規(guī)定讀取距離為長(zhǎng)達(dá)1公尺的運(yùn)作標(biāo)準(zhǔn)，一般之門禁卡即為此類規(guī)格之產(chǎn)品，十分容易取得。