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連接體感控制器和RFID MCU強化電視遙控器功能
RFID中國網
許永和 廖欽建 汪庭鋒 劉佑賓
摘要: 內建體感控制和RFID電視遙控器設計更多元隨著數位多媒體與三維(3D)影像顯示的發展,電視結合上網、游戲與多媒體影音功能已成未來趨勢。國立虎尾科技大學師生所設計的遙控器,透過內建體感式控制與無線射頻辨識系統(RFID),結合一般電視遙控、多媒體播放器遙控及游戲搖桿,并增加實用性與娛樂性,使用者僅需一組體感搖控器便可輕松操作。在動作感測的部份,體感搖控器上以單晶微處理器連接一個三軸重力感測儀(G-Sensor)感測器,并利用其所輸出的X、Y與Z軸訊號,來知道目前搖桿的揮動方向。透過搖桿內所嵌入的RFID來判斷操作者所切換的模式,或者進行特殊的游戲情境切換,
Abstract:
Key words :

  內建體感控制和RFID 電視遙控器設計更多元
  
  隨著數位多媒體與三維(3D)影像顯示的發展,電視結合上網、游戲與多媒體影音功能已成未來趨勢。國立虎尾科技大學師生所設計的遙控器,透過內建體感式控制與無線射頻辨識系統(RFID),結合一般電視遙控、多媒體播放器遙控及游戲搖桿,并增加實用性與娛樂性,使用者僅需一組體感搖控器便可輕松操作。
  
  在動作感測的部份,體感搖控器上以單晶微處理器連接一個三軸重力感測儀(G-Sensor)感測器,并利用其所輸出的X、Y與Z軸訊號,來知道目前搖桿的揮動方向。透過搖桿內所嵌入的RFID來判斷操作者所切換的模式,或者進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,將接收資料轉為標準鍵盤與鼠標訊號來進行操控。
  
  該遙控器設計可任意切換為滑鼠或鍵盤等,符合USB人機介面裝置(Human Interface Device, HID)群組的裝置進行輸入,也可利用動作感測進行選臺及音量調整,并可使用RFID切換最愛頻道、游戲情境或多媒體播放器等特殊功能。
  
  同時,該遙控器結合一般遙控器、多媒體播放控制器與游戲搖桿功能,利用體感控制聯網電視播放、上網等一般功能與進行游戲;而結合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的操控方式。該遙控器設計結合電視、多媒體播放及游戲功能于一身,并能模擬鍵盤滑鼠,方便聯網電視的操作性。
  
  遙控器設計包含兩部分,分別為體感遙控器與通用序列匯流排連接裝置(USB Dongle)無線收發器。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讀取器及無線感測模塊;而其功能在負責轉換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,然后再將相關的數據透過無線感測模組傳輸出去。而USB Dongle中,微控制器(MCU)連接一USB介面晶片組及無線感測模組,透過無線感測模組接收體感遙控器的各種訊號,并與USB介面晶片組實現一USB HID裝置群組的功能,模擬出完全相容的USB鍵盤滑鼠訊號,傳送鼠標的軌跡數值與按鍵動作,至多媒體聯網電視主機以進行控制。
  
  G-Sensor可偵測3D空間變動
  
  G-Sensor又稱為三軸重力傳感器,Wii的互動游戲裝置,即是使用此概念來做把手,可純粹以移動控制器的方式,來達到遙控的效果;現在許多智慧型手機為支持此特殊功能,已開始搭載此一晶片。G-Sensor傳感器的應用,大幅改變人們的使用和操作習慣,從原本鍵盤的操作,改為直覺性重力感測(Motion Sensing)來達到體感的模擬效果。
  
  基本上,周遭空間即屬于3D世界,而G-Sensor原理即是偵測這3D空間的變動,來得到實際的數值,并加以應用。以圖1的四面體作為重力測量為例,水平平放時,X、Y、Z軸之變化值皆為0;直立時,Y值為0-90,反之為090;水平平放,朝向往左旋轉時,X值為0-90,往右旋轉時,X值為090;水平平放,機身向左水平傾斜時,Z值為0-90,往右傾斜時,Z值為090。依據這些值的組合,即可拿來做軟體上或硬體上的應用。
  
  
  標簽采用ISO-15693高頻RFID標準
  
  RFID是利用無線傳輸的識別系統,RFID分成兩部分,其一為標簽(Tag),其內主要包含收發天線與記憶體IC;其二為讀取器(Reader)部分,其內主要包含收發天線、收發模組及控制電路。運作原理是利用感應器發射無線電波,觸動感應范圍內的RFID標簽,藉由電磁感應產生電流,供應RFID標簽上的晶片運作并發出電磁波回應感應器。
  
  若以驅動能量來源區別,RFID標簽可分為主動式及被動式兩種。被動式的標簽本身沒有電池的裝置,所需電流全靠感應器的無線電波電磁感應產生,所以只有在接收到感應器發出的訊號才會被動的響應感應器;而主動式的標簽內置有電池,可主動傳送訊號供感應器讀取,訊號傳送范圍相對也比被動式廣。
  
  至于RFID技術的主要特色,首先是體積小,日立(Hitachi)的被動式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晶片組被大量應用時,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,除非是大型IC制造廠,否則無法被仿制;第四項RFID的技術特色是可儲存大量資料,晶片內有96位容量,換算后可辨識一千六百萬種產品,六百八十億個不同序號,可避免條形碼方式常遇到的序號重復問題;第五是快速非接觸式資料讀取,接受器和晶片的間隔在4公尺內即可感應,每秒可讀取兩百五十個標簽,比條形碼辨識快數十倍,也無須人工手持條形碼機逐個掃描。其他特色包括可減少人工手動操作的錯誤,確保質量并降低成本,提供實時資料等。
  
  目前RFID規劃使用的頻率,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缺點及其應用范圍。上述頻帶傳輸距離約為數公分到數公尺,傳輸速率約為數十到數百Kbit/s。
  
  一般而言,低頻率的RFID特性為架構簡單與成本便宜,而高頻率的RFID特性為傳輸距離較長,且抗干擾性較佳,相較下成本也較高。該遙控器設計使用的標簽為高頻帶下其中一個標準,ISO組織定義為ISO-15693,即近距型智能卡(Vicinity Coupling Smart Cards)標準。如表1所示,ISO 15693規定讀取距離為長達1公尺的運作標準,一般之門禁卡即為此類規格之產品,十分容易取得。

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