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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節非常不方便，而通過遙控調節則很方便，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來實現上述功能。該系統還可應用在監獄、各種高空作業和曠野、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，在發送探照燈預選信號時采用激光發送，而發送探照燈轉動控制、亮度控制時等命令時采用紅外發送，在場景存儲及調出摸式的最后確認（控制哪臺探照燈）時采用激光發送，從而實現準確，方便的調節，燈的亮度控制應盡可能采用微調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。 硬件系統設計 1、總體結構 該系統共包括5個模塊：CPU模塊、電源模塊、電機模塊、燈控模塊和通信模塊。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，遙控器發送的激光信號由光電池接收，經放大后送入CPU。由光電繼續器、電機驅動及電機組成的閉環電路用來控制電機的位置，以控制探照燈的照射點，在電源模塊中產生一個2倍工頻的信號，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。 2、CPU模塊 處于成本的考慮，該系統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，所以該系統的紅外通信模塊、激光通信模塊的解調都完全由軟件實現，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接口通過三極管來驅動電機轉動。 由于節省了許多專用模塊，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下靜態電流小于1μA，此外，它還具有工業級的工作溫度（-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，大多數指令執行時間只需要一個指令周期； 片內有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輸入。蜂鳴器驅動并支持PFD；內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為TTL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。
6、電源模塊 該系統由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。中斷源用來產生兩倍工頻的中斷信號給單片機，從而調節探照燈的亮度，因此，該系統采用了一個220V轉雙12V變壓器，并通過二極管、三端穩壓器和校正電容實現輸出。 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，判斷遙控器所發的命令是什么，并執行該命令；控制電機轉動并檢測反饋信號，準確定位探照燈位置，根據命令存儲或調出指定的頻道；根據探照燈當前狀態控制指示燈的亮滅。具體程序流程圖如圖5（詳見本刊網站）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，以達到調節燈亮度的目的。 試驗結果表明，該系統性能穩定，可準確地完成燈控、轉動，以及某個頻道的存儲及調出等功能，并具有操作方便的優點，已得到多家公司的認可。 |
