《電子技術應用》
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遙控探照燈系統(tǒng)設計
摘要: 本文設計了一種支持頻道存儲的遙控探照燈系統(tǒng)來實現(xiàn)上述功能。該系統(tǒng)還可應用在監(jiān)獄、各種高空作業(yè)和曠野、海面等工作場所,對遠距離巡查、追蹤、搜索、拯救和作業(yè)施工進行全方位、多角度照明。
Abstract:
Key words :

  在舞臺上,有時為了營造某種特殊效果,需要關閉除探照燈以外的所有現(xiàn)場燈。探照燈必須照在演員身上。由于探照燈高高懸掛在天花板上,當演員移動時,依靠人工來完成探照燈方向調(diào)節(jié)非常不方便,而通過遙控調(diào)節(jié)則很方便,有時演員的位置又是固定的,這可能需要多臺探照燈透視照射一個固定位置(例如舞臺的中央)。如果探照燈能夠將這些位置以及燈的亮度預存到某個頻道,需要時再直接調(diào)則會方便很多。

  針對此應用,本文設計了一種支持頻道存儲的遙控探照燈系統(tǒng)來實現(xiàn)上述功能。該系統(tǒng)還可應用在監(jiān)獄、各種高空作業(yè)和曠野、海面等工作場所,對遠距離巡查、追蹤、搜索、拯救和作業(yè)施工進行全方位、多角度照明。

  因為照射點的位置不定,要求探照燈可以上下左右360度自由移動,所以本系統(tǒng)采用了兩個電機,一個控制探照燈上下轉動,另一個控制探照燈左右轉動,此外,有時兩臺探照燈離得很近。

  當控制某一臺探照燈時,不能影響鄰近的探照燈,這就要求遙控控制信號的角度不能太大。相反,如果角度過小的話,探照燈又很難接收到信號,會使控制很不方便,因此信號的角度也不能太小,另一方面,為便于操作,探照燈的可控制距離應盡可能地遠。

  針對上述要求,本文采用了紅外與激光通信相結合的方法,在發(fā)送探照燈預選信號時采用激光發(fā)送,而發(fā)送探照燈轉動控制、亮度控制" title="亮度控制">亮度控制時等命令時采用紅外發(fā)送,在場景存儲及調(diào)出摸式的最后確認(控制哪臺探照燈)時采用激光發(fā)送,從而實現(xiàn)準確,方便的調(diào)節(jié),燈的亮度控制應盡可能采用微調(diào)來滿足各種亮度的需求,因此,將燈的亮度從最亮到熄滅劃分為256個段。

  一 硬件系統(tǒng)設計

  1、總體結構

  該系統(tǒng)共包括5個模塊:CPU模塊、電源模塊、電機模塊、燈控模塊和通信模塊" title="通信模塊">通信模塊。其中,通信模塊又包括紅外通信模塊、激光通信模塊和指示燈顯示模塊,總體硬件原理框圖如圖1所示。

  


 

  紅外接收模組接收紅外信號后送入CPU進行分析,以確定命令的性質,遙控器發(fā)送的激光信號由光電池接收,經(jīng)放大后送入CPU。由光電繼續(xù)器、電機驅動及電機組成的閉環(huán)電路用來控制電機的位置,以控制探照燈的照射點,在電源模塊中產(chǎn)生一個2倍工頻" title="工頻">工頻的信號,該信號連接到CPU的中斷腳,中斷程序通過可控硅控制燈的亮度,EEPROM用來存儲頻道、探照燈位置和亮度,指示燈用來顯示探照燈當前的狀態(tài)。

  2、CPU模塊

  處于成本的考慮,該系統(tǒng)的各個子功能模塊須盡量減少硬件,并盡可能用軟件代替硬件,所以該系統(tǒng)的紅外通信模塊、激光通信模塊的解調(diào)都完全由軟件實現(xiàn),這就使得CPU中無需這些專用模塊,從而降低了成本,電機的驅動也沒有采用專用的驅動芯片,而是由通用I/O" title="I/O">I/O接口通過三極管來驅動電機轉動。

  由于節(jié)省了許多專用模塊,因此必然會增加對CPU通用I/O的需要,這就要求CPU中要有足夠的通用I/O接口,此外,系統(tǒng)還必須能穩(wěn)定可靠地工作,并具有較強的抗干擾能力。

  基于以上原因,本方案選擇了Holtek公司的低價位I/O型單片機HT48R50A-1,這是一款基于RISC結構、低功率、安全靜態(tài)CMOS設計的高性能8位單片機,該單片機的工作電壓在8MHz時為3.3V-5.5V,4MHz時為2.2V-5.5V,它的功率損耗低,在5V/4MHz條件下的典型值為2mA,不使用看門狗定時器和RTC時,3V下靜態(tài)電流小于1μA,此外,它還具有工業(yè)級的工作溫度(-40℃-85℃)。

  HT48R59A-1器件的其他特性還包括:具有4096×14位程序存儲器ROM、160×8位數(shù)據(jù)存儲器RAM、6級堆棧;具有表格讀取功能,支持直接和間接兩種尋址模式;共有63條功能強大的指令。支持位操作,大多數(shù)指令執(zhí)行時間只需要一個指令周期;

  片內(nèi)有32個具有上拉功能的雙向輸入輸出接口,PA接口具有喚醒功能;有一個外部中斷輸入和事件計數(shù)輸入。蜂鳴器驅動并支持PFD;內(nèi)置晶體及電阻電容振蕩電路,擁有看門狗定時器;具有預分頻器及中斷功能的定時器;CPU在沒有任務時可以進入暫停模式以降低功耗,且具有低電位復位(LVR)特性。

  3、通信模塊

  紅外接收模組可以直接將接收到的紅外信號變?yōu)門TL電平,激光接收模組則不同,由光電池接收到的激光信號非常微弱須經(jīng)放大后才能被單片機識別。64頁圖2為放大電路,其中C1和L1構成低通濾波,第一級運放和R1、R2將光電池的電流信號轉換為電壓信號,C2和C5為高通濾波,第二級運放和R3、R4將電壓放大成TTL電平。

  

 

  4、燈控模塊

  硬件原理如圖3所示,T1為濾波電感,Q1為可控硅,U1為光電隔離器,CPU信號通過Q2控制U1的通斷,當U1導通時,Q1導通,當U1關斷時,反相電壓使Q1截止,通過控制可控硅的導通時間可實現(xiàn)控制燈的亮度控制。

  

 

  5、電機模塊

  該系統(tǒng)有兩個相同的直流電機模塊。由通用I/O接口通過三極管控制轉停(如圖4)。當Q3、Q6導通時,電機正轉;當Q4、Q5導通時,電機反轉;當Q3的通斷由Q1通過R1、R2分壓實現(xiàn)控制,當Q1導通時,R1兩端的壓降使Q3導通。

  

 

  6、電源模塊

  該系統(tǒng)由220V工頻交流電供電,電源模塊的功能是輸出兩個電源(5V的單片機電源和12V的直流電機電源)和一個中斷源。中斷源用來產(chǎn)生兩倍工頻的中斷信號給單片機,從而調(diào)節(jié)探照燈的亮度,因此,該系統(tǒng)采用了一個220V轉雙12V變壓器,并通過二極管、三端穩(wěn)壓器和校正電容實現(xiàn)輸出。

  二 軟件設計

  軟件分兩部分:主程序和中斷程序,主程序的主要任務有:接收紅外、激光信號、進行解調(diào),判斷遙控器所發(fā)的命令是什么,并執(zhí)行該命令;控制電機轉動并檢測反饋信號,準確定位探照燈位置,根據(jù)命令存儲或調(diào)出指定的頻道;根據(jù)探照燈當前狀態(tài)控制指示燈的亮滅。具體程序流程圖如圖5(詳見本刊網(wǎng)站)所示,中斷程序的主要任務是:對燈控I/O引腳的低電平進行延時,以達到調(diào)節(jié)燈亮度的目的。

  試驗結果表明,該系統(tǒng)性能穩(wěn)定,可準確地完成燈控、轉動,以及某個頻道的存儲及調(diào)出等功能,并具有操作方便的優(yōu)點,已得到多家公司的認可。

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