基于Holtek單片機(jī)的遙控探照燈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

來源：; 作者：李坤 張東軍 柴曉飛
在舞臺(tái)上，有時(shí)為了營造某種特殊效果，需要關(guān)閉除探照燈以外的所有現(xiàn)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(dāng)演員移動(dòng)時(shí)，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(shí)演員的位置又是固定的，這可能需要多臺(tái)探照燈透視照射一個(gè)固定位置（例如舞臺(tái)的中央）。如果探照燈能夠?qū)⑦@些位置以及燈的亮度預(yù)存到某個(gè)頻道，需要時(shí)再直接調(diào)則會(huì)方便很多。

針對(duì)此應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)了一種支持頻道存儲(chǔ)的遙控探照燈系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)上述功能。該系統(tǒng)還可應(yīng)用在監(jiān)獄、各種高空作業(yè)和曠野、海面等工作場(chǎng)所，對(duì)遠(yuǎn)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?yàn)檎丈潼c(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(tǒng)采用了兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)控制探照燈上下轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)控制探照燈左右轉(zhuǎn)動(dòng)，此外，有時(shí)兩臺(tái)探照燈離得很近。;;
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當(dāng)控制某一臺(tái)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(hào)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(hào)，會(huì)使控制很不方便，因此信號(hào)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(yīng)盡可能地遠(yuǎn)。

;針對(duì)上述要求，本文采用了紅外與激光通信相結(jié)合的方法，在發(fā)送探照燈預(yù)選信號(hào)時(shí)采用激光發(fā)送，而發(fā)送探照燈轉(zhuǎn)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(chǔ)及調(diào)出摸式的最后確認(rèn)（控制哪臺(tái)探照燈）時(shí)采用激光發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確，方便的調(diào)節(jié)，燈的亮度控制應(yīng)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(gè)段。

;硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、總體結(jié)構(gòu)

;該系統(tǒng)共包括5個(gè)模塊：CPU模塊、電源模塊、電機(jī)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。


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;紅外接收模組接收紅外信號(hào)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(hào)由光電池接收，經(jīng)放大后送入CPU。由光電繼續(xù)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及電機(jī)組成的閉環(huán)電路用來控制電機(jī)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(hào)，該信號(hào)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(chǔ)頻道、探照燈位置和亮度，指示燈用來顯示探照燈當(dāng)前的狀態(tài)。

2、CPU模塊

;處于成本的考慮，該系統(tǒng)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(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(shí)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(jī)的驅(qū)動(dòng)也沒有采用專用的驅(qū)動(dòng)芯片，而是由通用I/O接口通過三極管來驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

;由于節(jié)省了許多專用模塊，因此必然會(huì)增加對(duì)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(qiáng)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(jī)HT48R50A-1，這是一款基于RISC結(jié)構(gòu)、低功率、安全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)的高性能8位單片機(jī)，該單片機(jī)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(jí)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(chǔ)器ROM、160×8位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、6級(jí)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(qiáng)大的指令。支持位操作，大多數(shù)指令

執(zhí)行時(shí)間只需要一個(gè)指令周期；

片內(nèi)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(jì)數(shù)輸入。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)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(shí)器；具有預(yù)分頻器及中斷功能的定時(shí)器；CPU在沒有任務(wù)時(shí)可以進(jìn)入暫停模式以降低功耗，且具有低電位復(fù)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(hào)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(hào)非常微弱須經(jīng)放大后才能被單片機(jī)識(shí)別。64頁圖2為放大電路，其中C1和L1構(gòu)成低通濾波，第一級(jí)運(yùn)放和R1、R2將光電池的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，C2和C5為高通濾波，第二級(jí)運(yùn)放和R3、R4將電壓放大成TTL電平。