遙控探照燈系統設計

　　在舞臺上，有時(shí)為了營(yíng)造某種特殊效果，需要關(guān)閉除探照燈以外的所有現場(chǎng)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(dòng)時(shí)，依靠人工來(lái)完成探照燈方向調節非常不方便，而通過(guò)遙控調節則很方便，有時(shí)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(gè)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(gè)頻道，需要時(shí)再直接調則會(huì )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來(lái)實(shí)現上述功能。該系統還可應用在監獄、各種高空作業(yè)和曠野、海面等工作場(chǎng)所，對遠距離巡查、追蹤、搜索、拯救和作業(yè)施工進(jìn)行全方位、多角度照明。

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

　　當控制某一臺探照燈時(shí)，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(guò)小的話(huà)，探照燈又很難接收到信號，會(huì )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(shí)采用激光發(fā)送，而發(fā)送探照燈轉動(dòng)控制、亮度控制時(shí)等命令時(shí)采用紅外發(fā)送，在場(chǎng)景存儲及調出摸式的最后確認(控制哪臺探照燈)時(shí)采用激光發(fā)送，從而實(shí)現準確，方便的調節，燈的亮度控制應盡可能采用微調來(lái)滿(mǎn)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(gè)段。

　　一 硬件系統設計

　　1、總體結構

　　該系統共包括5個(gè)模塊：CPU模塊、電源模塊、電機模塊、燈控模塊和通信模塊。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(jìn)行分析，以確定命令的性質(zhì)，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。由光電繼續器、電機驅動(dòng)及電機組成的閉環(huán)電路用來(lái)控制電機的位置，以控制探照燈的照射點(diǎn)，在電源模塊中產(chǎn)生一個(gè)2倍工頻的信號，該信號連接到CPU的中斷腳，中斷程序通過(guò)可控硅控制燈的亮度，EEPROM用來(lái)存儲頻道、探照燈位置和亮度，指示燈用來(lái)顯示探照燈當前的狀態(tài)。

　　2、CPU模塊

　　處于成本的考慮，該系統的各個(gè)子功能模塊須盡量減少硬件，并盡可能用軟件代替硬件，所以該系統的紅外通信模塊、激光通信模塊的解調都完全由軟件實(shí)現，這就使得CPU中無(wú)需這些專(zhuān)用模塊，從而降低了成本，電機的驅動(dòng)也沒(méi)有采用專(zhuān)用的驅動(dòng)芯片，而是由通用I/O接口通過(guò)三極管來(lái)驅動(dòng)電機轉動(dòng)。

　　由于節省了許多專(zhuān)用模塊，因此必然會(huì )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，系統還必須能穩定可靠地工作，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(jià)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(shí)為3.3V-5.5V，4MHz時(shí)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(mén)狗定時(shí)器和RTC時(shí)，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位數據存儲器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，大多數指令執行時(shí)間只需要一個(gè)指令周期;

　　片內有32個(gè)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(gè)外部中斷輸入和事件計數輸入。蜂鳴器驅動(dòng)并支持PFD;內置晶體及電阻電容振蕩電路，擁有看門(mén)狗定時(shí)器;具有預分頻器及中斷功能的定時(shí)器;CPU在沒(méi)有任務(wù)時(shí)可以進(jìn)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(mén)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(yè)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。

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