【应用】三轴加速度计、三轴陀螺仪在体感游戏机手柄中的应用

时间： 2018-10-14 来源：Kionix（ROHM收购）

技术问答

体感技术是近年来非常热门的一种技术，与之相关的VR、AR也成为热搜词汇。在世界各地的游戏展会上，一直是各个厂商竞相推广的一种技术。体感技术是一种依靠肢体动作，与周边环境或者装置互动，不需要任何复杂控制，便可以让人获得身临其境的感受。体感按照检测原理的不同大致可分为三类，分别是：惯性感测、光学检测以及图像感测。

2006年任天堂发布了新一代主机Wii与新款游戏手柄，率先将“体感”的概念引入了电视游戏之中，从而引发的操控大革命，让用户们第一次发现原来除了传统的手柄按键之外，还可以直接用身体动作来控制屏幕上的游戏人物。到现在十几年过去了，随着多点触控技术，MEMS传感器等技术的成熟，新型的体感游戏手柄已经逐渐取代传统按键式游戏手柄，成为了一种常见电子游戏机的部件，用户可以用身体来代替手指完成游戏控制，从而获得更好的游戏体验。

图1 体感游戏手柄实物图

本方案介绍了一种基于MEMS的体感游戏手柄，在硬件配置上，其主要包括微型传感器装置、数据处理装置和无线通讯装置。该体感游戏手柄内部的微型传感器装置包括用于采集二维方向信息的三轴微加速度计、用于采集视角信息的三轴陀螺仪和用于采集动作信息的三轴微加速度计等；其内部所设的三轴微加速度计和三轴陀螺仪的输出端依次经数据处理装置和无线通讯装置，连接到上位机的输入端。数据处理装置采用以MCU为核心控制器件的控制系统。

由此可见，微型加速度传感器、陀螺仪是传感装置设计的核心。针对此类传感器的选择，本文推荐Kionix（ROHM收购）提供的产品解决方案。在三轴加速度计选择上，ROHM具有多款产品推荐，分别是：KXCJK-1013、KXCNL-1010、KXSC4-2050、KXTC9-4100、KXTC9-2050。这几款产品均具有较好的产品性能，均适用于体感游戏手柄中的加速度传感器应用。以KXCNL-1010为例，这是一款可以提供±2g，±4g，±6g或±8g的硅微机械加工的三轴加速度计，采用了Kionix专有的等离子微加工工艺技术制造，其内部集成了可编程状态机。其感测原理是采用加速度引起的差分电容原理，能够消除共模干扰，避免温度和环境应力带来测量上的误差，从而获得极高的检测精度。对体感游戏机而言，高检测精度有利于减少游戏操作延时，带来更好的游戏体验。

另外，为了满足体感游戏手柄体积不断减小，功耗不断降低的应用趋势。ROHM还可以提供支持多种数字协议的产品，用来与控制器通信以配置器件和监视器输出，避免外围电路占用PCB空间。例如，KXCJ9-1008，KXTI9-1001，KXTIK-1004，KXTJ2-1009，KXCNL-1010，KXCJK-1013，均支持数字I²C接口，而KXTIA-1006支持数字SPI接口。这几款产品中，除了KXCNL-1010之外，其他型号的产品均支持唤醒功能，能够有效节省产品功耗，延长体感游戏手柄的电池寿命。

图2 KXCJK-1013加速度传感器功能框图

在体感游戏手柄三轴陀螺仪的选择上，ROHM推荐采用KGY23，KGYS3两款产品作为体感游戏手柄解决方案。其中KGY23是一款低功耗并且采用 I²C 接口（KGYS3为SPI接口）的三轴陀螺仪，专为消费类产品而设计。这种陀螺仪具有用户可选择带宽、灵活的输出范围以及温度范围内的出色偏移稳定性，其噪声低至0.03 deg/sec/vHz。并内置可50ms快速响应的嵌入式温度传感器，用来获得补偿数据，确保检测精度；内部 1024 字节的FIFO缓冲器，用以积累数据并且有效地把数据发送到MCU。

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全部评论（5）

冰冻时间 Lv6. 高级专家 2018-11-06

好东西，收藏收藏
Fiona Lv5. 技术专家 2018-11-06

学习了
有爱有力量 Lv7. 资深专家 2018-10-25

这个太厉害了
RobinHe Lv6. 高级专家 2018-10-20

学习
luosai Lv8. 研究员 2018-10-14

学习了！

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