在舞臺(tái)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(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(lái)完成探照燈方向調(diào)節(jié)非常不方便,，而通過(guò)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(lái)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。

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(guò)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(lái)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。

       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(lái)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(guò)可控硅控制燈的亮度,，EEPROM用來(lái)存儲(chǔ)頻道,、探照燈位置和亮度，指示燈用來(lái)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(wú)需這些專用模塊,，從而降低了成本,，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)也沒(méi)有采用專用的驅(qū)動(dòng)芯片，而是由通用I/O接口通過(guò)三極管來(lái)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(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(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(yè)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。

       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(hào)通過(guò)Q2控制U1的通斷，當(dāng)U1導(dǎo)通時(shí),，Q1導(dǎo)通,，當(dāng)U1關(guān)斷時(shí)，反相電壓使Q1截止,，通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通時(shí)間可實(shí)現(xiàn)控制燈的亮度控制,。

       5、電機(jī)模塊

       該系統(tǒng)有兩個(gè)相同的直流電機(jī)模塊,。由通用I/O接口通過(guò)三極管控制轉(zhuǎn)停（如圖4）,。當(dāng)Q3、Q6導(dǎo)通時(shí),，電機(jī)正轉(zhuǎn),；當(dāng)Q4、Q5導(dǎo)通時(shí),，電機(jī)反轉(zhuǎn),；當(dāng)Q3的通斷由Q1通過(guò)R1、R2分壓實(shí)現(xiàn)控制，當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí),，R1兩端的壓降使Q3導(dǎo)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(gè)電源（5V的單片機(jī)電源和12V的直流電機(jī)電源）和一個(gè)中斷源,。中斷源用來(lái)產(chǎn)生兩倍工頻的中斷信號(hào)給單片機(jī)，從而調(diào)節(jié)探照燈的亮度,，因此,，該系統(tǒng)采用了一個(gè)220V轉(zhuǎn)雙12V變壓器，并通過(guò)二極管,、三端穩(wěn)壓器和校正電容實(shí)現(xiàn)輸出,。

       軟件設(shè)計(jì)

       軟件分兩部分：主程序和中斷程序，主程序的主要任務(wù)有：接收紅外,、激光信號(hào),、進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并檢測(cè)反饋信號(hào)，準(zhǔn)確定位探照燈位置,，根據(jù)命令存儲(chǔ)或調(diào)出指定的頻道,；根據(jù)探照燈當(dāng)前狀態(tài)控制指示燈的亮滅。具體程序流程圖如圖5（詳見(jiàn)本刊網(wǎng)站）所示,，中斷程序的主要任務(wù)是：對(duì)燈控I/O引腳的低電平進(jìn)行延時(shí),，以達(dá)到調(diào)節(jié)燈亮度的目的。

       試驗(yàn)結(jié)果表明,，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定,，可準(zhǔn)確地完成燈控、轉(zhuǎn)動(dòng),，以及某個(gè)頻道的存儲(chǔ)及調(diào)出等功能,，并具有操作方便的優(yōu)點(diǎn)，已得到多家公司的認(rèn)可,。