一款遠(yuǎn)程遙控電燈開關(guān)裝置的設(shè)計

董鑫振+楊兵+孫佳鵬+任闊+閆佳山

摘 要：文章主要介紹一款為人們提供便捷舒適生活的遠(yuǎn)程遙控電燈開關(guān)裝置。該遙控開關(guān)裝置由外殼體、發(fā)射部分，接收及控制部分，電力供給部分和開關(guān)機械控制部分組成。該裝置最大特點是不破壞原有手動電燈開關(guān)，便于安裝。實現(xiàn)對翹板式手動電燈開關(guān)控制的原理是紅外線遠(yuǎn)程無線遙控小型馬達(dá)帶動機械機構(gòu)運動控制翹板式手動電燈開關(guān)閉合。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程遙控；機械結(jié)構(gòu)；便于安裝

中圖分類號：F407.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0032-02

1 概述

生活中大多的家庭安裝的電燈開關(guān)多數(shù)為單聯(lián)或多聯(lián)翹板式手動電燈開關(guān)，這種翹板式手動電燈開關(guān)開燈時需要我們在黑暗中摸索，關(guān)燈后我們又要在黑暗中前行，給我們的生活帶來很多困擾，而隨著科技的不斷進步及人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，遙控電燈則能為生活中的這些困擾提供更加有效的解決辦法。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)市面上的遙控電燈開關(guān)有86型遙控開關(guān)、嵌入式遙控開關(guān)、數(shù)碼遙控開關(guān)、內(nèi)置遙控開關(guān)等，而這些遙控開關(guān)大多數(shù)都需要對原有翹板式手動電燈開關(guān)進行破拆重新安裝后才能使用，有的甚至需要改變原有電路。所以針對這一問題，我們就想能不能設(shè)計一款便于安裝的，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的，并且不破壞原有翹板式手動電燈開關(guān)的裝置。通過我們不斷的探索及試制，最終設(shè)計了這款滿足以上條件的用機械機構(gòu)代替人手實現(xiàn)控制翹板式手動電燈開關(guān)閉合的遠(yuǎn)程遙控裝置。

2 裝置整體設(shè)計

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)大多數(shù)手動電燈開關(guān)都為翹板式86型手動電燈開關(guān)，其外形尺寸為86mm×86mm，材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)PC阻燃材料。根據(jù)翹板式86型手動電燈開關(guān)的尺寸規(guī)格和我們想要該裝置達(dá)到的功能，我們設(shè)計了如圖1所示的裝置，該遠(yuǎn)程遙控開關(guān)裝置由發(fā)射部分，接收及控制部分，電力供給部分和開關(guān)機械控制部分組成，該裝置除發(fā)射部分外的其他部分直接固定在材質(zhì)為PC阻燃材料的外殼上，該外殼采用3D打印技術(shù)一體成型，并通過如圖1所示的外殼上的三個安裝孔把整個裝置與翹板式86型手動電燈開關(guān)裝配到一起，由于采用“三點式”固定，使整個裝置與原有手動電燈開關(guān)裝配得更加穩(wěn)固，更便于該裝置的機械機構(gòu)操控原有手動電燈開關(guān)閉合。其遠(yuǎn)程遙控電燈開關(guān)的基本工作原理是發(fā)射器通過按鍵遠(yuǎn)程發(fā)出紅外線光信號，接收裝置接到光信號后進行處理，把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過電信號控制開關(guān)控制部分的小型馬達(dá)運轉(zhuǎn)，小型馬達(dá)運轉(zhuǎn)并帶動機械機構(gòu)運動，實現(xiàn)對翹板式手動電燈開關(guān)的控制，達(dá)到遠(yuǎn)程遙控目的。

3 發(fā)射部分和接受及控制部分

裝置信號發(fā)射部分為紅外線發(fā)射器，該發(fā)射器由按鍵、集成芯片、紅外發(fā)射二極管組成，該發(fā)射器有效控制范圍8-10m，操作簡單方便，只需按下開/關(guān)燈鍵就能實現(xiàn)相應(yīng)的功能。裝置信號接受及控制部分由紅外線接收頭、單片機、穩(wěn)壓器、電機驅(qū)動芯片組成，并通過電路板集成到一起，該集成電路板整體體積尺寸：L40×W25×H13mm，開孔尺寸：L36×W18.5mm。

紅外線接收頭內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外線接收頭的工作原理是內(nèi)置外監(jiān)測二極管將紅外發(fā)射二極管發(fā)射出來的光信號轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，經(jīng)由放大器進行放大，然后通過自動增益控制、帶通濾波、解調(diào)、波形整形后還原為遙控器發(fā)射出的原始編碼，經(jīng)由接收頭的信號輸出腳輸入到單片機上進行解碼[1]，紅外線接收頭的接受距離及角度如圖2所示。

單片機采用STM8S單片機，該單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，并且具有較高的運行速度、豐富的外設(shè)、調(diào)試下載程序簡單且速度快等優(yōu)點[2][3]。電機驅(qū)動采用A4988步進電機驅(qū)動模塊，該模塊是一款完全的微步電動機驅(qū)動器，帶有內(nèi)置轉(zhuǎn)換器，易于操作[4]。穩(wěn)壓器采用78M05型三端口電流正固定電壓穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器輸出電壓5V，輸出電流500mA（最大值）。

該裝置信號接受及控制部分的工作原理是發(fā)射器通過按鍵發(fā)射紅外信號，紅外線接收頭接受紅外線光信號進行轉(zhuǎn)換、放大、解調(diào)并輸出原始編碼，單片機接受，并解碼原始編碼后通過步進電機驅(qū)動模塊控制小型馬達(dá)運轉(zhuǎn)，而持續(xù)穩(wěn)定的電壓和電流則由穩(wěn)壓器提供[5]。裝置的發(fā)射部分、接受及控制部分的工作原理流程圖如圖3，接收器電路圖如圖4。

4 電力供給和開關(guān)機械控制部分

裝置的電力由18650型鋰電池組供給，電池組輸出電壓12V，容量3000mAh，該電池組不僅為接受及控制部分提供電力，而且也為開關(guān)機械控制部的電機運轉(zhuǎn)提供電力。

開關(guān)機械控制部分由小型步進電機、齒輪及齒條結(jié)構(gòu)件（齒輪及齒條技術(shù)參數(shù)如表1）組成，小型步進電機直徑35mm，長度30mm（不包括軸的長度），軸徑4mm，軸長8mm。

開關(guān)機械控制部分實現(xiàn)對電燈開燈操作的工作原理為發(fā)射器按下開燈鍵發(fā)出紅外線光信號，接收及控制部分接收紅外線光信號進行轉(zhuǎn)換、處理、解碼，通過電機驅(qū)動芯片模塊控制小型步進電機按照設(shè)定程序運轉(zhuǎn)一定角度后停止，小型步進電機運轉(zhuǎn)帶動連接齒輪也旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度后停止，之后連接齒輪帶動與其嚙合的齒條結(jié)構(gòu)件運動，齒條結(jié)構(gòu)件包括齒條、小型氣缸、滾輪，滾輪通過小型氣缸調(diào)節(jié)它與原有手動電燈開關(guān)表面的距離，使?jié)L輪與原有手動電燈開關(guān)表面有效貼合，最后齒條結(jié)構(gòu)件的整體運動使齒條下方與原有手動電燈開關(guān)的表面有效貼合的滾輪運動，完成對原有手動電燈開關(guān)的開燈操作，實現(xiàn)電燈開燈的遠(yuǎn)程控制。反之，實現(xiàn)電燈關(guān)燈的遠(yuǎn)程操作，只需要按下發(fā)射器的關(guān)燈鍵。開關(guān)機械控制部分實現(xiàn)對電燈開燈操作的工作原理圖如圖5所示。

5 結(jié)束語

這款遠(yuǎn)程遙控電燈開關(guān)裝置的設(shè)計達(dá)到了一定預(yù)期的效果，實現(xiàn)了在不破壞原有點燈開關(guān)的前提下遠(yuǎn)程無線控制電燈開關(guān)的目的，但是該裝置也存在一定的不足，不足就是現(xiàn)階段的這款裝置只能實現(xiàn)單聯(lián)或多聯(lián)翹板式手動電燈開關(guān)的全開或全關(guān)的遠(yuǎn)程操控，而不能實現(xiàn)多聯(lián)翹板式手動電燈開關(guān)任意鍵開關(guān)操作，今后我們會對該裝置進行持續(xù)改進，最終我們會使這款裝置逐步趨于完美，并使這款遠(yuǎn)程遙控電燈開關(guān)裝置給人們生活帶來一定的便捷，提高現(xiàn)代人們的生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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