CN101707825A - 一种遥控灯具控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种遥控灯具控制系统和方法，该系统包括单片机以及步进电机组，所述单片机根据接收到的外部控制信号触发内部处理程序产生控制时序信号以及使能信号，通过使能相应的电机控制模块实现对所述步进电机组的控制。此外，本发明还包括用于接收外部红外控制信号的红外接收模块以及用于对所述电机组进行无线控制的无线通讯模块，所述单片机可根据红外信号启动红外信号处理流程，并且可根据接收到的无线信号启动无线通讯流程以实现红外及无线控制。本发明所述遥控灯具控制系统通过采用单片机编程控制多个电机能有效降低成本，同时通过其内包括的红外及无线处理流程实现对灯具的红外及无线控制，操作简单，电路安全性高。

Description

一种遥控灯具控制系统和方法

技术领域

本发明涉及控制系统和方法，更具体地说，涉及一种遥控灯具控制系统和方法。

背景技术

目前，在实际生产生活中所使用的照明灯具通常需要根据照明需要对照明方位或者照明范围进行调节，比如通过将灯具进行左右转动或上下移动来满足照明要求。然而，对现有灯具照明方位以及灯具转动进行控制的电机驱动电路一般都是采用集成IC来实现。这种电路的成本高，并且一般一个驱动IC只能驱动一个步进电机，如要控制多个电机就要多个驱动IC，所以成本较高。此外，对现有灯具中电机的控制都没有遥控功能，这使得对灯具的转动、移动控制操作很不方便，精确度也不够高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术对灯具中多个步进电机采用多个IC进行控制而导致的高成本问题，提供一种采用单片机编程实现对灯具中多个电机进行外部无线控制的遥控灯具控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种遥控灯具控制系统，所述系统包括电源模块、单片机以及与所述单片机通信连接的电机控制模块，所述单片机用于根据接收到的外部控制信号触发内部处理程序通过所述电机控制模块实现对灯具中电机组的控制。

本发明所述的控制系统还包括与单片机相连的用于接收外部红外控制信号的红外接收模块，其中，所述红外接收模块通过红外接收头与所述单片机通信连接。

在本发明所述的控制系统中，所述红外接收模块包括红外接收头以及电源滤波电容，所述红外接收头的数据输出端与单片机的外部中断引脚相连。

本发明所述的控制系统还包括与所述单片机通信连接的用于对所述电机组进行无线控制的无线通讯模块，其中，所述无线通讯模块通过单片机的UART接口与单片机通信连接。

在本发明所述的控制系统中，所述单片机还包括用于对该单片机进行在线编程、程序下载以及仿真功能的JTAG标准接口。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种遥控灯具控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对外部控制信号进行检测；

将检测到的外部控制信号传送给单片机；

触发单片机内部处理流程产生控制信号控制灯具中的步进电机组。

在本发明所述的控制方法中，所述对步进电机组进行控制的控制信号进一步包括时序信号以及使能信号。

在本发明所述的控制方法中，所述内部处理流程进一步包括：红外处理流程以及无线通讯流程.

在本发明所述的控制方法中，所述红外处理流程的启动是单片机根据所述输出高低电平脉冲信号中的第一个低电平完成的。

在本发明所述的控制方法中，所述无线通讯流程的启动是在单片机接收完一个字节的数据时通过触发中断实现的。

实施本发明的遥控灯具控制系统，具有以下有益效果：

简单可靠的单片机编程控制可有效降低成本，并且可以实现同时对多个步进电机的驱动控制；此外，本发明所述的遥控灯具控制系统可接受外部红外及无线控制信号，从而对灯具实现红外和无线控制，避免了传统灯具手动操作的弊端；本发明采用的电源模块还具有防雷击功能，能保证灯具电机更加安全的运行。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明遥控灯具控制系统一实施例的模块构成框图；

图2是本发明遥控灯具控制系统一实施例的方框图；

图3是图1所述实施例中电源模块的电路原理图；

图4是图1所述实施例中红外接收模块22与单片机相连的电路原理图；

图5是图1所述实施例中无线通讯模块23与单片机相连的电路原理图；

图6是图1所述实施例中单片机与电机控制模块相连的电路原理图；

图7是本发明遥控灯具控制方法的典型流程图。

具体实施方式

图1是本发明遥控灯具控制系统一实施例的模块构成框图。本实施例包括单片机10、分别与所述单片机10相连的电源模块11、红外接收模块12、无线通讯模块13、电机控制模块14以及JTAG下载模块15。

其中，所述电源模块11用于为本遥控系统中各模块供电，并且该电源模块还具有抗雷击等优点；红外接收模块12用于接收外部红外控制信号，并将该信号传送至单片机10以启动相应的红外处理流程；无线通讯模块13用于接收外部无线控制信号，通过与单片机10的实时数据交互实现对电机的实时无线控制；所述电机控制模块14接收单片机10的控制时序信号对电机组进行使能控制；此外，所述JTAG下载模块15用于对与其相连的单片机10进行在线编程及仿真，以便于单片机10的软件更新和升级，方便调试和以后的产品软件升级。

图2是本发明遥控灯具控制系统一实施例的方框图。如图所示，该实施例中的遥控灯具控制系统包括单片机10、LED提示灯22、JTAG接口23、UART通讯接口24、红外接收头25、锁存器26、L298芯片27以及电机组28。其中，所述锁存器26与L298芯片27即是图1中所述电机控制模块的一种实施方式，用于根据单片机10的控制时序信号对电机组进行使能控制；所述UART通讯接口24用于将图1所述无线通讯模块连接至单片机10以接收外部无线控制信号；类似地，所述红外接收头25用于接收外部红外控制信号。

单片机10是本发明遥控灯具控制系统的核心控制部件，步进电机根据从单片机10输入的脉冲信号进行转动；所述控制可包括：控制电机的转向以及转速.在本实施例中，该单片机10通过编程对8个步进电机的转动状态进行控制，可以单独控制一个，也可以控制一组8个电机的转动状态.本实施例中，单片机10通过所述红外接收头25以及UART通讯接口24接收外部控制信号，并触发内部处理程序以产生步进电机的控制时序信号以及使能信号，所述信号通过锁存器26以及L298芯片27对电机组8进行使能控制.其中，所述L298芯片27为双H桥驱动集成电路，该芯片通过调节输入信号的占空比来调节电机组的转速.

红外接收头25用于接收外部红外控制信号，单片机10根据该红外信号触发红外信号处理流程。例如：当所述红外接收头25接收到一个红外信号后将该红外信号传送至单片机10，单片机10随即产生中断，处理红外信号解码，解码成功后，根据该红外信号的信息做相应的控制和设置。如果该红外信号是一个电机转动命令，则单片机10把相关的控制信息传到电机控制模块以控制电机的转动。

所述单片机10通过UART通讯接口24与相应的无线通讯模块通信连接，当所述无线通讯模块接收到外部无线信号后，其内包含的无线模块便通过UART通讯接口24向单片机10发送接收到的信号，单片机10接收到信号后，处理成相对应的控制命令，控制电机控制模块。电机控制模块处理完控制命令后，返回一个处理状态信息，说明电机是否按控制命令执行；单片机10再把这个处理状态信息通过UART通讯接口24传送到无线通讯模块，再由无线通讯模块传输到无线发射控制端实现无线控制。

此外，在整个遥控过程中，单片机10会向与其相连的LED提示灯22发送实时状态信息，所述LED提示灯22会根据接收到的状态信息对此时的单片机10工作状态通过提示灯进行提示。

在本实施例中，所述单片机10使用符合JTAG接口标准定义的数据线与数据时序来实现在线编程(ISP)或程序仿真功能。所述JTAG接口23与单片机10通信连接，并且集成有ISP(在线编程)功能即可以在单片机10上编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，并且已经编程的单片机10还可以通过ISP进行擦除或再编程。本实施例中的单片机10通过所述JTAG接口23接收上位机传来的数据并写入存储器中以实现ISP功能。

图3是图1所述实施例中电源模块11的电路原理图。电路中的二极管D13、D27起到防呆作用，即防止输入时正负极反接而导致烧坏系统IC的作用。二极管D20是防雷击二极管，当电路遭受雷击时，二极管D20会瞬间导通，把雷击电流短路，从而保护系统的其他电路。12V DC输入后分开两路，一路直接输入到电机控制模块电路的L298芯片的Vs脚，做驱动步进电机用；另一路经过三端稳压管减压稳压后给各与其相连接的模块供电。

图4是图1所述实施例中红外接收模块12与单片机相连的电路原理图。如图所示，该红外接收模块12包括集成红外接收头U19和一个电源滤波电容C27。该电源滤波电容C27的作用是滤除供给到所述红外接收头U19的电源的纹波，降低电源对红外接收头U19输出信号的干扰。红外接收头U19的数据输出端连接到单片机的外部中断引脚PD2脚。系统上电后红外接收头U19的数据输出脚输出高电平，当收到红外信号时，解调后输出红外信号的反码，即会输出一串高低电平的脉冲信号。这串信号的第一个低电平触发单片机中断，进入红外信号处理流程。

图5是图1所述实施例中无线通讯模块13与单片机相连的电路原理图。如图所示，该无线通讯模块13包括：一个2.4G无线模块J2，四个工作指示灯D53、D54、D55、D56，一个电源隔离电阻R53，和一个滤波电容C14。所述滤波电容C14和电源隔离电阻R53组成的滤波电路的作用是滤除2.4G无线模块工作时产生的电流纹波，减少该纹波对系统其他电路的干扰。2.4G无线模块J2的RX1脚接单片机的PD1(TXD)脚，无线模块J2的TX1脚接单片机的PD0(RXD)脚。当2.4G无线模块J2接收到无线信号，解调后把信号按串口协议输送到单片机，当单片机接收完一个字节的数据时触发中断，进入无线通讯流程。

图6是图1所述实施例中单片机与电机控制模块相连的电路原理图。该电机控制模块14主要由寄存器U9和2H桥IC U3及其外围电路组成。所述寄存器U9的四路输入接到单片机输出的四路步进电机控制时序总线PB0～PB3上，寄存器U9的CLOCK脚接到单片机的使能控制脚(PA0～PA7其中一个引脚)上。寄存器U9的POLARITY脚接高电平，使得寄存器U9在CLOCK脚处于高电平时寄存器U9的输出等于输入，当CLOCK脚处于其他状态时寄存器U9的输出保持最近一次CLOCK脚为高电平时的输入值，以实现单片机通过改变时序和使能脚来控制各个电机的转动状态。寄存器U9的输出连接到U3对应的输入脚。U3的输出连接到步进电机对应的相位输入线上。U3的两个SENSE引脚分别接到一个可控的变阻电路上。当单片机的使能控制脚为高电平时，两个MOSFET管Q1、Q2同时导通，使得SENSE脚到地之间的阻值等于R5、R11和R17的并联值；当单片机的使能控制脚为低电平时，两个MOSFET管Q1、Q2同时截止，使得SENSE脚到地之间的阻值约等于R17(约15欧姆)的阻值。这样实现电机工作电流和保持电流的控制。电机在转动时用较大的电流驱动，电机保持时用较小的电流。至于转动时的电流和保持时的电流要多大，可以根据实际情况调整R5、R11、R17和R6、R12、R18的阻值来实现。

以驱动M3为例，单片机的PA2脚输出高电平，使得电机控制时序经过寄存器U9传输到U3，从而控制M3四个相位的时序，驱动电机。PA2高电平时，MOSFET管Q1、Q2导通，实现用大电流启动电机。当PA2输出低电平时，电机控制时序不会影响寄存器U9的输出，寄存器U9的输出保持最近一次CLOCK脚为高电平时的输入值，电机进入保持状态。此时MOSFET管Q1、Q2截止，使得电机的保持电流小于转动电流，降低能耗。

如图7所示，在步骤701中，系统中的红外接收模块和/或无线通讯模块将会对外部红外控制信号和/或无线控制信号进行检测；在步骤702中，所述红外接收模块和/或无线通讯模块将接收到的外部控制信号传送到单片机处以启动相应的处理流程；在步骤703中，红外信号将会触发单片机启动红外处理流程，无线通讯信号将触发单片机启动无线通讯流程，从而实现对灯具中步进电机组的控制。

Claims (10)

1.一种遥控灯具控制系统，其特征在于，所述系统包括电源模块、单片机以及与所述单片机通信连接的电机控制模块，所述单片机用于根据接收到的外部控制信号触发内部处理程序通过所述电机控制模块实现对灯具中电机组的控制。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述系统还包括与单片机相连的用于接收外部红外控制信号的红外接收模块，所述红外接收模块与所述单片机通信连接。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述红外接收模块包括红外接收头以及电源滤波电容，所述红外接收头的数据输出端与单片机的外部中断引脚相连。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述系统还包括与单片机通信连接的用于对所述电机组进行无线控制的无线通讯模块，所述无线通讯模块通过单片机的UART接口与单片机通信连接。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述单片机还包括用于对该单片机进行在线编程、程序下载以及仿真功能的JTAG标准接口。

6.一种遥控灯具控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对外部控制信号进行检测；

将检测到的外部控制信号传送给单片机；

触发单片机内部处理流程产生控制信号控制灯具中的步进电机组。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述对步进电机组进行控制的控制信号进一步包括时序信号以及使能信号。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述内部处理流程进一步包括：红外处理流程以及无线通讯流程。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述红外处理流程的启动是单片机根据所述输出高低电平脉冲信号中的第一个低电平完成的。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述无线通讯流程的启动是在单片机接收完一个字节的数据时通过触发中断实现的。

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