【科普】Wii控制器火星技术解析

kenson

1.蓝牙架起主机与手柄间的通信之桥

进行短距离无线信号传输，蓝牙无疑是当前最成熟、应用最广泛的技术。Wiimote中的蓝牙方案是采用了Broadcom公司的BCM2042蓝牙芯片。这款芯片最初是针对无线键鼠而设计，以帮助延长电池寿命，并节省成本。

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　　符合蓝牙2.0规范的BCM2042在单芯片上集成了高性能蓝牙无线与基带技术，以及制造无线键盘与鼠标所需的所有元件，以帮助外设生产商制造出寿命更长、价格更低的无线键盘与鼠标。由于此款芯片体积小、功耗低，而且具备高性能无线功能，因此也适用于其它应用，例如无线游戏控制器和消费电子遥控器。
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9 ]% H1 U9 r$ D; T/ ?' l6 g　　由于采用0.13μm CMOS工艺制造，BCM2042更有助于节省电力。该芯片还包括低功率模块，在启动时立即唤醒状态下的电流消耗仅10μA。
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" N! {6 {' U5 C; h: J　　基于这些特性，任天堂自然将其纳入了Wiimote的设计中。由于其功耗极低，根据一些用户的实际测试，一对普通AA电池就足以让Wiimote连续使用25小时，这是相当不错的成绩。
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3 d6 `& U8 ^. s$ B( }; I$ i2.光的魔法——手柄变鼠标

* @! F( H( i- S  t/ Z2 `Wii的游戏中不乏要求光标定位精确的射击类游戏，这时Wiimote的正常运作就依赖于其顶部的红外线感应器和连接在Wii主机上的“Sensor Bar(传感条)”了。此处的红外线感应器与后文将提到的动作感应器不同，后者只能感应相对运动而不能感应绝对坐标。也就是说，要让Wiimote控制光标像我们平时使用的鼠标那样精确，红外线感应器就是一个必不可少的部分。
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+ C7 ]7 d: C$ x  `Wiimote无线手柄顶端的红外线感应器。

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Sensor Bar可发出红外线
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- r! g0 d; \+ U& \" v9 B4 u- @, \& F. u　　事实上，Wiimote并不是主动发出红外线让“Sensor Bar”去感应，Wii设计的“Sensor Bar”其实是两个可发出红外线的灯，而Wiimote上的红外线感应器则像一个摄像头那样去接收、捕捉“Sensor Bar”所发出的光，再由两点光的位移感应出绝对坐标的变化，并反应出精确的定位。
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　　国外有玩家前不久就针对Wiimote的红外线感应做了一个有趣的实验，任何有红外线的光源都可替代“Sensor Bar”让Wiimote正常工作——你甚至可以用两支蜡烛来实现这一功能。

& ~( P* a/ o( a8 i9 R  M3.振动、发声，更真实的体验

. L: Q; P$ X, m- Z3 N. hWiimote的振动是由一个微型电机所产生的。Wiimote的振动功能并不像以往我们所接触的振动手柄的功能那样简单。它的意义在于，在Wii的OS操作界面或游戏的操作界面中，反馈指针的是否正确移动到相应的按钮上(移动到按钮上时Wiimote会发出轻微的振动，如“确定”或“取消”)。
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( y. o& S6 n* G% i+ ^5 `9 ~! G让Wiimote产生振动的就是这个小小的马达
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4 i; G. |, ~3 I4 z& \3 ^2 v  K- l　　此外，Wiimote中的小型扬声器也是为增强使用感受而设计的，配合振动装置、动作感应器，玩家在击球或挥剑时所体验到的游戏效果实在是太棒了！
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Wiimote之所以能够发声，全靠这个微型扬声器
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$ O. A* j* H# |! T6 q/ u8 C8 i可振动、发声的手柄能带给我们不一样的游戏体验
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4.Wiimote的精髓——动作感应器
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. e( H3 C, m% j' k( m相比前文所介绍的几部分，动作感应器可以称得上是Wiimote机能的灵魂。在游戏中玩家之所以能做出各种与现实中相差无几的动作并能被转化为操控游戏人物的指令，动作感应器功不可没。

0 l9 R* E5 P& O: ^: W8 A. d　　动作感应器又称为惯性传感器或加速度传感器，可用于侦测倾斜、振动及撞击。Wiimote中使用的是Analog Devices(模拟器件公司)开发的ADXL330加速度传感器。这是一款三维加速度传感器，可侦测X(左右)、Y(前后)、Z(上下)轴方向的加速度，并以模拟电压来表示所侦测的加速度的大小。这颗IC内部主要由双芯片构成，即重力感测单元(负责加速度的侦测，下称“g感测单元”)与控制IC单元(负责信号处理)。

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% E) V4 b+ K6 g6 E# L6 x# G$ w5 c' C可别小看这颗小小的芯片。Wiimote之所以能感应我们所做出的各种动作，完全依赖于它的神奇技术
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　　为了说明X轴向和Y轴向g感测单元的感测原理，我们不妨简单了解一下电容的物理特性：电容值的大小与电极板的面积大小成正比，和电极板的间隔距离成反比。g感测单元就是利用电容原理设计出来的，在图14中左上角的小区块可以看到，深色部分代表可移动的电极板，而在可移动电极板的上方左偏置与下方右偏置板块则是固定的电极板，此时可移动电极板与左右偏置板形成两个电容，当可移动电极板因加速度的影响而改变与左右偏置板的间隔，则使得电容值改变进而促使电容电压值的改变，因此可借助此特性计算出加速度的大小。


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% G' f) B, `1 o1 o, P$ P: V% i; E图14 动作感应器里面对应不同的轴向，有多个可移动的电极板根据电容原理来获得计算加速度的数据
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: Q4 \' k+ {! x; ^　　玩家用Wiimote进行挥棒打高尔夫球的动作与ADXL330芯片内电极板的移动示意图，更容易让我们理解芯片的工作原理。

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玩家做出挥棒击球的动作时，芯片内的电极板也做出相应的位移，并改变电容值
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% K6 V. A, t$ e: T　　相比X轴向和Y轴向，Z轴向垂直g感测单元的感测原理相同，只是架构有所差异。如图16所示，由两根弹簧支撑的部分为震动块，代表可移动的电极板，而在其上下两端的顶板与底板则是固定的极板。当可移动极板因为加速度的影响而改变与上下极板的间隔，则将产生电容值的改变。因此，可借此特性计算出此加速度的大小。图中的Z字折线代表弹簧装置，用来缓冲可移动电极板的移动。
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8 W& @6 ~- B% |$ d. Z; [9 a0 g图16 Z轴向垂直g感测单元的结构与X、Y轴向的有所不同

　　加速度传感器狭小的空间内竟然具有如此复杂的结构，并可实现让人惊叹的功能，这不得不让人赞叹科技的神奇。


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! F; a6 Q; p7 O, p5 n8 Q, E电子显微镜下的加速度传感器内部结构

" d# c' n( h3 y; u  C　　通常加速度传感器具备6种感应功能：倾斜度侦测、运动检测、定位侦测、震动侦测、振动侦测、以及自由落体侦测。其实早在Wii发布之前，加速度传感器就已被广泛应用——高档运动器材上的计步器、带硬盘保护系统的笔记本电脑、数码相机中的防抖功能、LCD投影机防震功能、洗衣机滚筒的平衡性监控、汽车中的安全气囊、飞机上的黑匣子、地震监测仪……它早已和我们的生活密不可分。


　　结语：科技，快乐之源
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2 [4 d: g1 E6 L" }% u8 S　　外形看似简单的Wiimote控制器，其中却蕴含了诸多先进的科技。在蓝牙装置、红外线感应器、振动装置、小型扬声器，以及动作感应器的综合作用下，Wiimote为使用者提供了更多的互动、直观和趣味的游戏体验。另一方面，Wiimote似乎正在向人们传达一种新的运动方式。虽然我们不能武断地作出通过Wii做运动完全可以替代常规运动的结论，但可以肯定的是，Wii的运动方式比起枯燥的常规运动更让人容易接受，“科技改变生活、科技带来快乐”这句话放在这里是最合适不过的了。
1 A# S. K; k$ d
　　来自：微型计算机

weiyu_binglan

牛，谢谢楼主的解答，
  l! T8 t* m6 r# \3 o' ^0 ]* L终于搞清楚了Wii的工作原理。