CN203366526U - 一种超声波遥控器及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波遥控器及其控制系统，其超声波遥控器包括信号处理模块、第一载波信号发生器、信号调制电路、超声波发射器，所述信号处理模块、信号调制电路和超声波发射器依次连接，所述第一载波信号发生器连接信号调制电路。信号处理模块将输入的信号转换为有效信号，与第一载波信号发生器产生的第一载波信号一起在信号调制电路中调制生成第一调制信号，超声波发射器将第一调制信号转换成超声波信号并发射；改变了现有红外遥控的方式，且由于超声波具有方向性好、穿透力强的特点，使超声波信号发射时不受遮挡物的影响，无需对准设备的固定位置即可实现遥控功能，且超声波信号受外界干扰小，确保了遥控有效性，方便了用户使用。

Description

一种超声波遥控器及其控制系统

技术领域

本实用新型涉及遥控器技术领域，特别涉及一种超声波遥控器及其控制系统。 

背景技术

红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，继彩电、录像机之后，在音响设备、空调、遥控飞机等电器装置上纷纷采用红外线遥控。通用的红外遥控系统由发射端和接收端两部分组成，其中发射端即是红外遥控器，接收端一般都集成在所要控制的设备上。红外遥控器的基本原理是发射端将电信号转换为红外光波信号，接收端接收到红外光波信号后，再转换为相应的电信号，从而实现设备间的信息传递。

基于采用红外光波的形式进行信号传递，则受红外光波性能影响，使用红外线遥控时存在一些问题：一是方向固定，遥控器发射的红外光波必须对准设备上的红外接收窗口，若偏离发射到设备的其他的位置则不能实现遥控功能。二是红外线的双向性较差，不能实现现有智能设备的人机互动的功能，不符合智能化发展的趋势。三是传输限制，遥控器与设备上的红外接收窗口之间有遮挡物则不能实现遥控，且其遥控距离一般在8米左右（直视距离）。四是稳定性较差，红外光波易受其他连续光源干扰，影响遥控效果。 

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种超声波遥控器及其控制系统，采用超声波做为设备与遥控器之间的通信方式来解决红外光波传递过程中的方向固定、传输受限以及光干扰的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种超声波遥控器，其包括：

用于将输入的信号转换为有效信号的信号处理模块；

用于产生预设频率的第一载波信号的第一载波信号发生器；

用于对所述有效信号和第一载波信号进行调制生成第一调制信号的信号调制电路；

用于将所述第一调制信号转换成超声波信号并发射的超声波发射器；

所述信号处理模块、信号调制电路和超声波发射器依次连接，所述第一载波信号发生器连接信号调制电路。

所述的超声波遥控器中，所述信号处理模块包括：

用于将输入的数字信号转换成方波脉冲信号的第一方波电信号转换电路；

用于将方波脉冲信号转换成有效信号的单稳态触发器；

所述第一方波电信号转换电路、单稳态触发器、信号调制电路依次连接。

所述的超声波遥控器中，所述信号处理模块还包括：用于将输入的模拟信号转换成数字信号的模数转换电路；所述模数转换电路连接第一方波电信号转换电路。

所述的超声波遥控器中，还包括用于将第一调制信号放大的功率放大电路，所述功率放大电路连接在信号调制电路和超声波发射器之间。

一种控制系统，其包括接收终端和所述的超声波遥控器；

所述接收终端连接受控设备，与所述超声波遥控器通讯连接，其包括：

用于接收超声波遥控器发射的超声波信号，并转换成电信号输出的超声波接收器；

用于将所述电信号转换为第二调制信号的信号控制模块；

用于产生预设频率的第二载波信号的第二载波信号发生器；

用于将第二调制信号和第二载波信号进行解调生成解调信号的信号解调电路；

所述超声波接收器、信号控制模块、信号解调电路依次连接，所述第二载波信号发生器连接信号解调电路。

所述的控制系统中，所述信号控制模块包括：

用于对电信号进行滤波获得原始调制信号的带通滤波器；

用于将原始调制信号放大生成一级调制信号的一级前置放大电路；

用于将一级调制信号放大生成第二调制信号的二级放大电路；

所述带通滤波器、一级前置放大电路、二级放大电路依次连接。

所述的控制系统中，所述信号解调电路包括：

用于对电源电压分压生成基准比较电压的分压电路；

用于比较第二调制信号的电压幅度与基准比较电压的大小、并输出相应的高低电平的放大控制信号的比较器；

所述接收终端还包括用于根据比较器输出的放大控制信号调节一级前置放大电路和二级放大电路的放大倍数的自动增益控制电路；

所述比较器的第一输入端连接单稳态触发器的输出端，比较器的第二输入端连接分压电路的输出端，比较器的输出端连接自动增益控制电路的输入端；自动增益控制电路的输出端连接级前置放大电路和二级放大电路。

所述的控制系统中，所述接收终端还包括用于将解调信号转换成数字信号并输出的第二方波电信号转换电路，所述第二方波电信号转换电路连接信号解调电路。

所述的控制系统中，所述受控设备为电视、机顶盒或者空调。

相较于现有技术，本实用新型提供的超声波遥控器及其控制系统，将输入的信号转换为第一调制信号，再通过超声波发射器将第一调制信号转换成超声波信号并发射出去，改变了现有红外遥控的方式，且由于超声波具有方向性好、穿透力强的特点，使超声波信号发射时不受遮挡物的影响，无需对准设备的固定位置即可实现遥控功能，且超声波信号受外界干扰小，确保了遥控有效性，方便了用户使用。

附图说明

图1为本实用新型控制系统的较佳实施例的结构框图。

图2为本实用新型超声波遥控器第一实施例的结构框图。

图3为本实用新型超声波遥控器第二实施例的结构框图。

图4为本实用新型接收终端较佳实施例的结构框图。

具体实施方式

本实用新型提供一种超声波遥控器及其控制系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。本实用新型根据超声波的这些特性提供一种超声波遥控器，请参阅图1，由超声波遥控器10将电信号经过转换后与载波信号一起调制，得到第一调制信号后转换为超声波信号并发射到空气介质中。接收终端20可以集成在受控设备30上，也可以设置成一实体与受控设备30连接。由接收终端20接收超声波信号，经过解调制去除载波信号后将超声波信号转换为相应的电信号并传输给受控设备30，从而实现超声波遥控器与受控设备之间的信息传递、遥控功能。

请同时参阅图2，本实用新型提供的超声波遥控器10包括信号处理模块、第一载波信号发生器101、信号调制电路102和超声波发射器103。所述信号处理模块、信号调制电路102和超声波发射器103依次连接，所述第一载波信号发生器101连接信号调制电路102。所述信号处理模块将输入的信号转换为有效信号，与第一载波信号发生器101产生的预设频率的第一载波信号一起传输至信号调制电路102中进行调制，得到第一调制信号后由超声波发射器103转换成超声波信号并发射。其中，第一载波信号发生器101在上电后，能自激连续不间断的产生频率固定的第一载波信号。在具体实施时，第一载波信号为30K的正弦波。

所述信号处理模块包括：第一方波电信号转换电路104和单稳态触发器105，所述第一方波电信号转换电路104、单稳态触发器105、信号调制电路102依次连接。在按下遥控器按键时会生成携带控制数据的数字信号。由第一方波电信号转换电路104将输入的数字信号转换成方波脉冲信号。若数字信号为1，则形成一个周期的高脉冲；若数字信号为0，则形成一个周期的低脉冲。单稳态触发器105将方波脉冲信号转换成有效信号。所述有效信号的作用是：当有效信号有效时，从第一载波信号中截取一部分正弦波输出；当有效信号无效时，直接输出低电平，无正弦波输出。

在进行调制时可理解为有效信号以开关的方式控制第一载波信号是否输出。当方波脉冲信号是高脉冲，则有效信号有效，相当于开关打开使一段正弦波输出；当方波脉冲信号是低脉冲，则有效信号无效，相当于开关关闭则无正弦波输出。正弦波输出的多少与有效信号开关的时间长短有关，有效信号开关的时间长短与方波脉冲信号的高低脉冲有关。

由于超声波遥控器10有的按键按下后输入的是模拟信号，为了对模拟信号进行处理，所述信号处理模块还包括模数转换电路106，用于将输入的模拟信号转换成数字信号。所述模数转换电路106连接第一方波电信号转换电路104。

如图3所示为本实用新型超声波遥控器第二实施例的结构框图，与实施例1的不同之处在于：为了增大第一调制信号的电压幅度，使后续生成的超声波信号传输距离更远、信号更强，所述超声波遥控器10还包括功率放大电路107，用于将第一调制信号放大，其连接在信号调制电路102和超声波发射器103之间。

以输入的数字信号为1101，第一载波信号为30K的正弦波为例，上述各个信号的示意如表1所示。

表1

基于上述的超声波遥控器10，本实用新型相应提供一种控制系统，请同时参阅图1和图4，所述的控制系统包括接收终端20和超声波遥控器10。其中，所述受控设备30为电视、机顶盒、空调、遥控飞机等电器设备。所述接收终端20与超声波遥控器10通讯连接，可集成在受控设备30内，也可以设置成一个独立的设备，可放在任意位置，与受控设备30连接即可；其连接方式可以采用USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口或通用的IO（Input Output，输入与输出）接口。由于超声波遥控器10在上文已进行了详细描述，在此不再赘述。

所述接收终端20包括超声波接收器201、信号控制模块、第二载波信号发生器202和信号解调电路203，所述超声波接收器201、信号控制模块、信号解调电路203依次连接，所述第二载波信号发生器202连接信号解调电路203。超声波遥控器10发射出的超声波被超声波接收器201接收、并转换成电信号输出。信号控制模块将所述电信号转换为第二调制信号。第二载波信号发生器202上电后自激产生预设频率的第二载波信号。信号解调电路203将第二调制信号和第二载波信号进行解调生成解调信号后输出给受控设备30实现遥控功能。

所述信号控制模块包括带通滤波器204、一级前置放大电路205和二级放大电路206。所述带通滤波器204、一级前置放大电路205、二级放大电路206依次连接。由于超声波接收器201接收超声波时，还接收了空气介质中的一些杂波，这些杂波虽然信号较弱，但不处理的话其频率会影响解调的效果。因此，当超声波接收器201将超声波转换成电信号后，由带通滤波器204对电信号进行滤波获得原始调制信号。此时原始调制信号的电压幅度较低，在后续处理时会使结果不准确，需要进行放大，则由一级前置放大电路205将原始调制信号放大生成一级调制信号。经过一次放大后虽然改善了电压幅度，但仍不满足后续处理的电压幅度要求，需要再次放大以提高后续处理结果的准确性，因此由二级放大电路206将一级调制信号放大生成第二调制信号。

第二调制信号与第二载波信号进行解调前，所述信号解调电路会先检测第二调制信号的电压幅度是否满足解调要求的电压幅度。所述信号解调电路包括分压电路和比较器。所述分压电路用于对电源电压分压生成基准比较电压，作为比较器的基准判断条件。比较器用于比较第二调制信号的电压幅度与基准比较电压的大小、并输出相应的高低电平的放大控制信号。所述接收终端20还包括自动增益控制电路207，用于根据比较器输出的放大控制信号调节一级前置放大电路205和二级放大电路206的放大倍数，再次增大第二调制信号的电压幅度。所述比较器的第一输入端连接单稳态触发器的输出端，比较器的第二输入端连接分压电路的输出端，比较器的输出端连接自动增益控制电路的输入端；自动增益控制电路的输出端连接级前置放大电路和二级放大电路。应当理解的是，本实用新型仅对信号解调电路中增加的电路（分压电路和比较器）进行阐述，信号解调电路中其他电路为现有技术，在此不作详述。

若第二调制信号小于基准比较电压，则比较器输出低电平的放大控制信号启动自动增益控制电路207，使其增加一级前置放大电路205和二级放大电路206的放大倍数。若第二调制信号大于基准比较电压，则比较器输出高电平的放大控制信号关闭自动增益控制电路207，控制第二调制信号与第二载波信号开始解调，获得解调信号。信号解调电路中的比较器会一直判断第二调制信号的电压幅度、直至大于基准比较电压后才停止控制自动增益控制电路207改变一级前置放大电路205和二级放大电路206的放大倍数。

所述解调信号以方波的形式显示，还需要对其作进一步处理还原成数据信息，因此，所述接收终端20还包括用于将解调信号转换成数字信号并输出的第二方波电信号转换电路208，所述第二方波电信号转换电路208连接信号解调电路203。被还原的数字信号传输给受控设备30的CPU即可实现相应的遥控操作。

需要注意的是，第一载波信号的频率与第二载波信号的频率完全相同，都为预设频率。这样才能解调出正确的信号，若两个载波信号的频率不同，则解调出信号出错。在超声波遥控器10调制时，相当于将第一调制信号与第一载波信号相加，在接收终端20解调时，相当于减去第二调制信号中的第一载波信号（第一载波信号等于第二载波信号），还原成方波信号。

请同时参阅图1、2、3，下面以输入数字信号101、第一载波信号为30K的正弦波为例具体阐述本实用新型的工作原理。

1、数字信号101输入第一方波电信号转换电路104后转换成方波脉冲信号（高脉冲方波+低脉冲方波+高脉冲方波），经过单稳态触发器105转换成有效信号（有效开+无效关+有效开）。信号调制电路对有效信号和第一载波信号发生器101自激产生的第一载波信号（30K正弦波）进行调制，生成第一调制信号（30K正弦波段+低电平+30K正弦波段）。功率放大电路107将第一调制信号放大后输出至超声波发射器103。第一调制信号被超声波发射器103转换成超声波信号（发声+无声+发声）。

2、超声波接收器201接收到超声波信号后转换成电信号后输出，由带通滤波器204将有效的信号选出，得到原始调制信号（30K正弦波段+低电平+30K正弦波段），依次经过一级前置放大电路205、二级放大电路206放大后，使正弦波的电压幅度变大，得到第二调制信号1（第一电压幅度的30K正弦波段+低电平+第一电压幅度的30K正弦波段）。信号解调电路203将第一电压幅度与基准比较电压进行比较，若第一电压幅度小于基准比较电压，则输出低电平的放大控制信号启动自动增益控制电路207，增加一级前置放大电路205和二级放大电路206的放大倍数，再次对原始调制信号放大得到第二调制信号2（第二电压幅度的30K正弦波段+低电平+第二电压幅度的30K正弦波段），若第二电压幅度大于基准比较电压，则输出高电平的放大控制信号关闭自动增益控制电路207，控制第二调制信号2（第二电压幅度的30K正弦波段+低电平+第二电压幅度的30K正弦波段）与第二载波信号（30K正弦波）开始解调，获得解调信号（高脉冲方波+低脉冲方波+高脉冲方波）。最后由第二方波电信号转换电路208将解调信号转换为数字信号（101），并传输至受控设备30中执行相应的遥控操作。

综上所述，本实用新型提供的超声波遥控器及其控制系统，有效解决了现有红外光波传递过程中的方向性及光干扰问题，使超声波信号发射时不受遮挡物的影响；接收终端可以放在任意位置，只要与受控终端连接即可，避免了红外接收窗口必须设置在受控设备正面、且必须对红外接收窗口才能实现遥控功能的限制；且超声波信号受外界干扰小，确保了遥控的有效性，方便了用户使用。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种超声波遥控器，其特征在于，包括：

用于将输入的信号转换为有效信号的信号处理模块；

用于产生预设频率的第一载波信号的第一载波信号发生器；

用于对所述有效信号和第一载波信号进行调制生成第一调制信号的信号调制电路；

用于将所述第一调制信号转换成超声波信号并发射的超声波发射器；

所述信号处理模块、信号调制电路和超声波发射器依次连接，所述第一载波信号发生器连接信号调制电路。

2.根据权利要求1所述的超声波遥控器，其特征在于，所述信号处理模块包括：

用于将输入的数字信号转换成方波脉冲信号的第一方波电信号转换电路；

用于将方波脉冲信号转换成有效信号的单稳态触发器；

所述第一方波电信号转换电路、单稳态触发器、信号调制电路依次连接。

3.根据权利要求2所述的超声波遥控器，其特征在于，所述信号处理模块还包括：用于将输入的模拟信号转换成数字信号的模数转换电路；所述模数转换电路连接第一方波电信号转换电路。

4.根据权利要求1所述的超声波遥控器，其特征在于，还包括用于将第一调制信号放大的功率放大电路，所述功率放大电路连接在信号调制电路和超声波发射器之间。

5.一种控制系统，其特征在于，包括接收终端和如权利要求1-4任意一项所述的超声波遥控器；

所述接收终端连接受控设备，与所述超声波遥控器通讯连接，其包括：

用于接收超声波遥控器发射的超声波信号，并转换成电信号输出的超声波接收器；

用于将所述电信号转换为第二调制信号的信号控制模块；

用于产生预设频率的第二载波信号的第二载波信号发生器；

用于将第二调制信号和第二载波信号进行解调生成解调信号的信号解调电路；

所述超声波接收器、信号控制模块、信号解调电路依次连接，所述第二载波信号发生器连接信号解调电路。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述信号控制模块包括：

用于对电信号进行滤波获得原始调制信号的带通滤波器；

用于将原始调制信号放大生成一级调制信号的一级前置放大电路；

用于将一级调制信号放大生成第二调制信号的二级放大电路；

所述带通滤波器、一级前置放大电路、二级放大电路依次连接。

7.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述信号解调电路包括：

用于对电源电压分压生成基准比较电压的分压电路；

用于比较第二调制信号的电压幅度与基准比较电压的大小、并输出相应的高低电平的放大控制信号的比较器；

所述接收终端还包括用于根据比较器输出的放大控制信号调节一级前置放大电路和二级放大电路的放大倍数的自动增益控制电路；

所述比较器的第一输入端连接单稳态触发器的输出端，比较器的第二输入端连接分压电路的输出端，比较器的输出端连接自动增益控制电路的输入端；自动增益控制电路的输出端连接级前置放大电路和二级放大电路。

8.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述接收终端还包括用于将解调信号转换成数字信号并输出的第二方波电信号转换电路，所述第二方波电信号转换电路连接信号解调电路。

9.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述受控设备为电视、机顶盒或者空调。

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