CN103412657B - 一种光电飞梭控制信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电子控制技术领域，提供了一种光电飞梭控制信号处理方法，所述控制信号由光电飞梭控制系统产生，所述方法包括以下步骤：启动飞梭转盘，实时获取从光电转换装置输出的感光值；所述感光值大于感光上门限值时，比较当前转盘透孔的位置与前一转盘透孔的位置，确定所述飞梭转盘的转动方向；步进计数器的值等于步进控制常数时，根据所述飞梭转盘的转动方向和转动速度，形成控制指令并发送。这样飞梭转盘转动流畅，手感佳，噪声低，整个光电飞梭控制系统结构简单，成本低，而且信号处理流畅。

Description

一种光电飞梭控制信号处理方法

本申请系申请号为201110189480.7、申请日为2011年7月7日、发明名称为一种光电飞梭控制系统及其信号处理方法和电子设备的分案申请。

技术领域

本发明属于电子控制技术领域，尤其涉及一种光电飞梭控制信号处理方法。

背景技术

现有飞梭操控的实现方法具有多种，例如可以通过电磁器件转换成电子信号，可以通过机械结构的触发转换成电子信号，还可以通过触摸技术直接旋转滑动转换成电子信号。但是上述方案都存在一定缺陷：电磁方式成本太高，机械方式噪声太大，触摸方式存在滑动阻力影响操作体验。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种对光电飞梭控制系统产生的控制信号进行处理的方法。

本发明实施例是这样实现的，一种光电飞梭控制信号处理方法，所述控制信号由光电飞梭控制系统产生，所述方法包括以下步骤：

启动飞梭转盘，实时获取从光电转换装置输出的感光值；

所述感光值大于感光上门限值时，比较当前转盘透孔的位置与前一转盘透孔的位置，确定所述飞梭转盘的转动方向；

步进计数器的值等于步进控制常数时，根据所述飞梭转盘的转动方向和转动速度，形成控制指令并发送；

其中，所述光电飞梭控制系统包括电光转换装置，与所述电光转换装置相对设置、用以依序接收从所述电光转换装置发出的光信号的光电转换装置，由一转轴支撑、侧壁介于所述电光转换装置与光电转换装置之间的飞梭转盘以及将所述光电转换装置输出的电信号处理成控制指令并发送的信号处理装置，其中所述飞梭转盘的侧壁开设有多个供光信号通过的透孔；多个透孔阶梯状排布，相邻透孔间的距离相等；多个透孔阶梯状周期排布，相邻透孔间的距离小于一个孔径；所述电光转换装置和光电转换装置的数量与一个周期内透孔的数量相等。

本发明实施例通过旋转侧壁具有多个阶梯状排布的透孔的飞梭转盘，这样电光转换装置发出的光信号依序穿过透孔由光电转换装置接收并转换为电信号，信号处理装置将该电信号处理成相应的控制指令发送至被控设备，飞梭转盘转动流畅，手感佳，噪声低，整个光电飞梭控制系统结构简单，成本低，而且信号处理流畅。

附图说明

图1是本发明实施例提供的光电飞梭控制系统的结构示意图；

图2是转盘侧壁透孔阶梯状周期排布的示意图；

图3是发光二极管排布示意图；

图4是转盘转动过程中其最下面透孔透光时的示意图；

图5是转盘转动过程中其中间透孔透光时的示意图；

图6是转盘转动过程中其最上面透孔透光时的示意图；

图7是本发明实施例提供的光电飞梭控制信号处理方法的实现流程图；

图8是飞梭转盘转动方向的判断流程图；

图9是根据飞梭转盘转动进行控制的流程图；

图10是本发明实施例提供的光电飞梭遥控器的电路图；

图11是本发明实施例提供的光电飞梭遥控器的信号处理流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提出了一种利用光电技术进行飞梭控制的光电飞梭控制系统方案和信号处理方法。所谓飞梭，即指在控制器上设计一个转盘，通过转盘转动，来进行上下左右控制、加减调整等操作。飞梭控制基本过程如下：首先将转盘的圆周运动转换成电信号，接着对该电信号进行数字化处理，然后通过数字运算，获取转盘圆周运动的方向（顺时针或逆时针）和速度，最后根据该圆周运动的方向和速度，进行操作控制。

本发明实施例提供的光电飞梭控制系统包括电光转换装置，与所述电光转换装置相对设置、用以依序接收从所述电光转换装置发出的光信号的光电转换装置，由一转轴支撑、侧壁介于所述电光转换装置与光电转换装置之间的飞梭转盘以及将所述光电转换装置输出的电信号处理成控制指令并发送的信号处理装置，其中所述飞梭转盘的侧壁开设有多个供光信号通过的透孔。

本发明实施例提供的电子设备包括上述光电飞梭控制系统。

本发明实施例提供的光电飞梭控制信号处理方法包括以下步骤：

启动飞梭转盘，实时获取从光电转换装置输出的感光值；

所述感光值大于感光上门限值时，比较当前转盘透孔的位置与前一转盘透孔的位置，确定所述飞梭转盘的转动方向；

步进计数器的值等于步进控制常数时，根据所述飞梭转盘的转动方向和转动速度，形成控制指令并发送。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的光电飞梭控制系统包括电光转换装置，与电光转换装置相对设置、用以依序接收从电光转换装置发出的光信号的光电转换装置，由一转轴1支撑、侧壁介于电光转换装置与光电转换装置之间的飞梭转盘2以及将光电转换装置输出的电信号处理成相应的控制指令并发送至被控设备的信号处理装置，其中飞梭转盘2的侧壁开设有多个供光信号通过的透孔21。这样飞梭转盘2转动流畅，手感佳，噪声低，整个光电飞梭控制系统结构简单，成本极低。

通常，飞梭转盘2为下覆式圆形转盘，转盘外缘周向有环形侧壁，上表面设有防滑筋，或者圆形凹槽，以方便手指操作。转盘2中部设有轴承机构，可于转轴1两端设轴承，其底端轴承11可置于电路板3上。

上述多个透孔阶梯状排布，相邻透孔间的距离相等，这样便于加工飞梭转盘，且信号处理方法简单。

本发明实施例中多个透孔21阶梯状周期排布于转盘侧壁，此时电光转换装置和光电转换装置的数量分别等于一个周期内透孔的数量，图2以虚线画出。例如以3个阶梯状排布的透孔21为一个周期，本光电飞梭控制系统则具有3个电光转换装置。与之相应地，光电转换装置亦为3个。相邻透孔之间的水平距离必须保持一致，依次均匀开满整个转盘侧壁。应当注意的是，相邻透孔间的水平距离不可过大，建议最大不超过一个孔径大小，否则会导致小的转动无法识别。

应当理解，一个周期内透孔21的数量可多于3个，如4个、5个、甚至更多，只要后续的信号处理装置能够识别转盘2的转动方向即可。显然，该透孔阶梯状排布的周期数可不予限定。再者，一个周期内多个透孔还可为其它排布方式，相邻透孔间的距离可逐渐增加大或减小，只要能够识别转盘2的转动方向和转动速度即可。

如图3所示，上述电光转换装置可为贴片式发光二极管，亦可为直插式发光二极管，出于结构考虑，优选贴片式发光二极管4。而光电转换装置优选为感光头。如图5所示，此处3颗贴片式发光二极管竖向排列，发光二极管的高度对应于透孔21的高度，并且于发光二极管四周增加隔离结构，以防止发光二极管之间光线相互窜扰。

当转盘转到如图4所示位置时，最下面一颗发光二极管的光从转盘透孔中透出；当转盘转到如图5所示位置时，中间一颗发光二极管的光从转盘透孔中透出；当转盘转到如图6所示位置时，最上面一颗发光二极管的光从转盘透孔中透出。

上述感光头为光敏器件，用于把不同的光亮度转换成直流电压。本发明实施例中3颗感光头与发光二极管排列方向一致，均为竖向排列，并且各个感光头的高度与相应发光二极管的相同，发光二极管和感光头分别于转盘侧壁两侧一一相对放置。当转盘转到如图4所示位置时，最下面一颗发光二极管的光从转盘透孔中透出，由最下面一颗感光头接收，并转换成直流电平。同理，当转盘转到如图5、图6所示位置时，中间和最上面的感光头分别接收到发光二极管发射的光线，并转换成直流电平。

其中，信号处理装置包括一微处理器（MCU）以及保证MCU正常工作的相关附属电路（如电源、晶振、复位电路等）。所述微处理器可以是单片机等各种微处理器，或者其他带微处理器IC，该MCU应具备至少3个A/D口或者3个PWM口。上述3个感光头的输出端分别连接至MCU的3个接口，MCU接收到感光头输出的直流电平信号或者PWM信号后，经过计算，根据飞梭转盘运动的方向（顺时针和逆时针）和速度形成控制指令并发送至被控设备，从而进行操作控制。

本发明实施例所提出信号处理方法是指，对前述感光头输出信号进行计算，获取转盘转动的方向（顺时针和逆时针）和速度，并据此进行操作控制的信号处理方法。所述信号处理方法包括转盘转动方向判断方法以及根据转盘转动进行控制的方法，具体步骤如图7所示。

在步骤S101中，启动飞梭转盘，实时获取从光电转换装置输出的感光值；

在步骤S102中，当感光值大于感光上门限值时，比较当前转盘透孔的位置与前一转盘透孔的位置，确定所述飞梭转盘的转动方向；

在步骤S103中，步进计数器的值等于步进控制常数时，根据所述飞梭转盘的转动方向和转动速度，形成控制指令并发送。

图8示出了飞梭转盘转动方向的判断流程，详述如下。

首先，获取3个感光头输出的感光值（A/D值或者PWM占空比）Sen1、Sen2、Sen3。其中，Sen1为最下面一个感光头的感光值，Sen2为中间感光头的感光值，Sen3为最上面一个感光头的感光值。

接着，设置感光上门限值Lon，若感光头的感光值高于感光上门限值Lon，表示该感光头对应发光二极管发出的发光大部分从透孔透出来。设置2个标志位Fse1、Fse2，其中Fse1表示前一次从透孔中透光的位置，Fse2表示当前从透孔中透光的位置。

然后，将Sen1、Sen2、Sen3分别与Lon比较。如果全部低于Lon，不做处理，继续获取感光头的感光值。如果Sen1高于Lon，则先把Fse2的值赋给Fse1，再把Fse2设置为1，即Fse2=1，表示当前透光的孔是最下面的透孔；同理，如果Sen2>Lon，则Fse1=Fse2，Fse2=2，表示当前透光的孔是中间的透孔；如果Sen3>Lon，则Fse1=Fse2，Fse2=3，表示当前透光的孔是最上面的透孔。

最后，比较Fse1和Fse2。如果Fse1=3并且Fse2=1，或者Fse1<Fse2，飞梭转盘顺时针转动，Vol=1;如果Fse1=1并且Fse2=3，或者Fse1>Fse2，飞梭转盘逆时针转动，Vol=0。

飞梭转盘转动方向判断结束，继续下一轮方向判断。

图9示出了根据飞梭转盘转动形成控制指令进行控制的流程，详述如下。

首先，获取3个感光头输出的感光值Sen1、Sen2、Sen3。

设置感光下门限值Loff，若感光头的感光值低于感光下门限值Loff，表示该感光头对应发光二极管已经被部分或者全部遮挡。

把Sen1、Sen2、Sen3分别与前述感光上门限值Lon对比。

如果Sen1、Sen2、Sen3都小于Lon，再把Sen1、Sen2、Sen3分别与感光下门限值Loff对比。如果Sen1、Sen2、Sen3都小于Loff，表示3个LED灯均被遮挡，把步进标志位Fstep置0，即Fstep=0。步进标志位用于标志LED灯光是处于透出状态还是被遮挡状态，通过这两种状态的变化切换，可以判断出转盘的运动状况。感光值一直大于等于感光上门限值，或者一直小于等于感光下门限值时，步进计数器忽略不计数，这样可以防止因转盘抖动引起的误控制，比如Fstep=1，并且没有变化过，表示转盘转动还没大于1个孔的距离，步进计数器不计数。如果Sen1、Sen2、Sen3有大于感光下门限值Loff的，则还没有运动到位，不做处理，继续检测感光值。

感光上门限值Lon和感光下门限值Loff需要根据系统实际情况和转盘透孔情况调整设置，如果设置不合适（比如Loff设置太低）可能导致无法判断到转盘运动状态。

如果Sen1、Sen2、Sen3有大于Lon的，则进一步判断Fstep是否等于0，如果不等于0，表示转盘当前透光的孔还没有转过LED的范围，不做处理，继续检测感光值。如果等于0，表示转入LED区域，转盘运动状态改变，把步进标志位Fstep置1，并且把步进计数器Step加1。

把步进计数器Step与步进控制常数CSTEP对比，其中步进计数器和步进控制常数用于控制最后调整的响应速度。例如，当CSTEP=1时，飞梭转盘每转过一个孔的距离，都进行一次调整，此时光电飞梭控制系统的响应速度快；当CSTEP=10时，飞梭转盘每转过十个孔的距离，才进行一次调整，此时光电飞梭控制系统的响应速度较慢。所以，当Step等于CSTEP时，形成相应的控制指令并发送至被控设备，进行上下左右控制或者加减调整等操作；如果不相等，继续检测感光值。

本发明实施例可以应用于遥控器、手持设备、手机等的飞梭控制。

下面以光电飞梭遥控器为例对本发明实施例的实现进行详细描述。

如图10所示，发光二极管电路部分S21包括LED1、LED2、LED3三个发光二极管，其中电阻R1、电阻R2、电阻R3为调整相应发光二极管亮度的电阻，电感L1、电容C1和电容C2构成电源滤波电路。

感光头电路部分S22包括U1、U2、U3三个感光头，它们将相应发光二极管发出的光转换成电信号。其中电阻R4、R5、R6为感光头负载电阻，电容C3、C4、C5为感光头负载电容，电感L2、电容C6和电容C7构成电源滤波电路。光线照射到感光头的光敏器件会产生一个电流信号，经感光头内部电流放大后，由负载电阻和负载电容转换成电压信号。

微处理器电路部分S23包括微处理器U4、电阻R7、晶振X1、电容C10、电容C11、电阻R8、电容C12、电感L3、电容C8和电容C9，该电阻R7、晶振X1、电容C10、电容C11构成微处理器U4的晶振电路，用于产生时钟信号，其中：

电阻R7和晶振X1并联后两端分别与微处理器U4的输入端Xin和输出端Xout相连；

电容C10的一端与晶振X1的一端相连，该电容C10另一端接地；

电容C11的一端与晶振X1的另一端相连，该电容C11另一端接地。

该电阻R8和电容C12构成微处理器U4的复位电路，其中：

电容C12的一端接入微处理器U4的复位脚，另一端接地；

微处理器U4的复位脚经由电阻R8接入电源Vcc。

该电感L3、电容C8和电容C9构成微处理器U4的电源滤波电路，其中：

电容C8和电容C9并联后一端接地，另一端经由电感L3接入电源Vcc。

微处理器U4的IO口接收感光头的电压信号，经过A/D转换成数字信号后，进行计算，根据计算结果，按照红外编码规则，对控制命令进行编码，最后输出编码后的数字脉冲信号。

红外发射电路部分S24包括红外发射管LED4，微处理器U4输出的数字脉冲信号经过电阻R9后，由红外发射管LED4发射出红外遥控信号。

电池电路部分S25包括为电池P1、P2，以向整个遥控器供电。

如图11所示，本光电飞梭遥控器的信号处理方法在微处理器中这样实现的，具体流程详述如下。

程序开始先初始化系统，并初始化一些变量。

获取感光头感光值Sen1、Sen2、Sen3。

判断是否Sen1>Lon或者Sen2>Lon或者Sen3>Lon。

如果Sen1、Sen2、Sen3都小于Lon，再判断是否Sen1<Loff且Sen2<Loff且Sen3<Loff。

如果Sen1、Sen2、Sen3都小于Loff，把步进标志位Fstep置0，即Fstep=0，并继续检测感光值。

如果Sen1、Sen2、Sen3有1个大于Loff的，不做处理，继续检测感光值。

如果Sen1、Sen2、Sen3有1个大于Lon的，则进一步判断Fstep是否等于0。

如果Fstep不等于0，不做处理，继续检测感光值。

如果Fstep等于0，把步进标志位Fstep置1，并且把步进计数器Step加1。

把步进计数器Step与步进控制常数CSTEP对比。如果不相等，不做处理，继续检测感光值。

如果Step等于CSTEP，把Step复位，即Step=0。同时，把Fse2的值赋给Fse1。由Fse2=（Sen1>Lon）*1+（Sen2>Lon）*2+（Sen3>Lon）*3计算出哪个LED灯从转盘透孔中透出，其中（Sen1>Lon）、（Sen2>Lon）、（Sen3>Lon）在某些语言中需要强制转换成整型数据类型。

判断是否Fse1=3并且Fse2=1，或者Fse1<Fse2，如果条件成立，表征飞梭转盘顺时针转动，发送遥控指令“加1”。“加1”指令也可以是“右移1”、“下移1”等任何转盘顺时针转动表示的操作定义。

如果条件不成立，继续判断是否Fse1=1并且Fse2=3，或者Fse1>Fse2，如果条件不成立，不做处理，继续检测感光值。

如果条件成立，表征飞梭转盘逆时针转动，发送遥控指令“减1”。同样，“加1”指令也可以是“左移1”、“上移1”等任何转盘逆时针转动表示的操作定义。

一个控制流程完成，开始下一个控制流程，继续检测感光值。

本发明实施例通过旋转侧壁具有多个阶梯状排布的透孔的飞梭转盘，这样电光转换装置发出的光信号依序穿过透孔由光电转换装置接收并转换为电信号，信号处理装置将该电信号处理成相应的控制指令发送至被控设备，飞梭转盘转动流畅，手感佳，噪声低，整个光电飞梭控制系统结构简单，成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光电飞梭控制信号处理方法，所述控制信号由光电飞梭控制系统产生，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

启动飞梭转盘，实时获取从光电转换装置输出的感光值；

所述感光值大于感光上门限值时，比较当前转盘透孔的位置与前一转盘透孔的位置，确定所述飞梭转盘的转动方向；

步进计数器的值等于步进控制常数时，根据所述飞梭转盘的转动方向和转动速度，形成控制指令并发送；

其中，所述光电飞梭控制系统包括电光转换装置，与所述电光转换装置相对设置、用以依序接收从所述电光转换装置发出的光信号的光电转换装置，由一转轴支撑、侧壁介于所述电光转换装置与光电转换装置之间的飞梭转盘以及将所述光电转换装置输出的电信号处理成控制指令并发送的信号处理装置，其中所述飞梭转盘的侧壁开设有多个供光信号通过的透孔；多个透孔阶梯状排布，相邻透孔间的距离相等；多个透孔阶梯状周期排布，相邻透孔间的距离小于一个孔径；所述电光转换装置和光电转换装置的数量与一个周期内透孔的数量相等。

2.如权利要求1所述的光电飞梭控制信号处理方法，其特征在于，所述感光值一直大于等于感光上门限值，或者一直小于等于感光下门限值时，所述步进计数器忽略不计数。

3.如权利要求1所述的光电飞梭控制信号处理方法，其特征在于，以3个阶梯状排布的透孔为一个周期，所述光电飞梭控制系统具有3个电光转换装置及与之对应的光电转换装置。

4.如权利要求3所述的光电飞梭控制信号处理方法，其特征在于，3个电光转换装置及与之对应的光电转换装置均为竖向排列。

5.如权利要求1～4中任一项所述的光电飞梭控制信号处理方法，其特征在于，所述信号处理装置具有一由微处理器U4、电阻R7、晶振X1、电容C10、电容C11、电阻R8、电容C12、电感L3、电容C8和电容C9构成的微处理器电路，所述电阻R7、晶振X1、电容C10、电容C11构成微处理器U4的晶振电路，用于产生时钟信号，其中：

所述电阻R7和晶振X1并联后两端分别与所述微处理器U4的输入端Xin和输出端Xout相连；

所述电容C10的一端与晶振X1的一端相连，该电容C10另一端接地；

所述电容C11的一端与晶振X1的另一端相连，该电容C11另一端接地；

所述电阻R8和电容C12构成微处理器U4的复位电路，其中：

所述电容C12的一端接入所述微处理器U4的复位脚，另一端接地；

所述微处理器U4的复位脚经由所述电阻R8接入电源Vcc；

所述电感L3、电容C8和电容C9构成微处理器U4的电源滤波电路，其中：

所述电容C8和电容C9并联后一端接地，另一端经由所述电感L3接入所述电源Vcc。

6.如权利要求5所述的光电飞梭控制信号处理方法，其特征在于，所述光电转换装置为感光头，所述感光头输出的电信号为直流电平信号或PWM信号。

7.如权利要求5所述的光电飞梭控制信号处理方法，其特征在于，所述飞梭转盘为下覆式圆形转盘，其上表面设有防滑筋或圆形凹槽。