一款遠程遙控電燈開關裝置的設計

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程遙控電燈開關裝置。該遙控開關裝置由外殼體、發射部分，接收及控制部分，電力供給部分和開關機械控制部分組成。該裝置最大特點是不破壞原有手動電燈開關，便于安裝。實現對翹板式手動電燈開關控制的原理是紅外線遠程無線遙控小型馬達帶動機械機構運動控制翹板式手動電燈開關閉合。

關鍵詞：遠程遙控；機械結構；便于安裝

中圖分類號：F407.6 文獻標志碼：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多數為單聯或多聯翹板式手動電燈開關，這種翹板式手動電燈開關開燈時需要我們在黑暗中摸索，關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。通過調查發現市面上的遙控電燈開關有86型遙控開關、嵌入式遙控開關、數碼遙控開關、內置遙控開關等，而這些遙控開關大多數都需要對原有翹板式手動電燈開關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，我們就想能不能設計一款便于安裝的，可實現遠程控制的，并且不破壞原有翹板式手動電燈開關的裝置。通過我們不斷的探索及試制，最終設計了這款滿足以上條件的用機械機構代替人手實現控制翹板式手動電燈開關閉合的遠程遙控裝置。

2 裝置整體設計

通過調查發現大多數手動電燈開關都為翹板式86型手動電燈開關，其外形尺寸為86mm×86mm，材質為優質PC阻燃材料。根據翹板式86型手動電燈開關的尺寸規格和我們想要該裝置達到的功能，我們設計了如圖1所示的裝置，該遠程遙控開關裝置由發射部分，接收及控制部分，電力供給部分和開關機械控制部分組成，該裝置除發射部分外的其他部分直接固定在材質為PC阻燃材料的外殼上，該外殼采用3D打印技術一體成型，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裝配得更加穩固，更便于該裝置的機械機構操控原有手動電燈開關閉合。其遠程遙控電燈開關的基本工作原理是發射器通過按鍵遠程發出紅外線光信號，接收裝置接到光信號后進行處理，把光信號轉換成電信號，通過電信號控制開關控制部分的小型馬達運轉，小型馬達運轉并帶動機械機構運動，實現對翹板式手動電燈開關的控制，達到遠程遙控目的。

3 發射部分和接受及控制部分

裝置信號發射部分為紅外線發射器，該發射器由按鍵、集成芯片、紅外發射二極管組成，該發射器有效控制范圍8-10m，操作簡單方便，只需按下開/關燈鍵就能實現相應的功能。裝置信號接受及控制部分由紅外線接收頭、單片機、穩壓器、電機驅動芯片組成，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。

紅外線接收頭內部電路包括紅外監測二極管，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置外監測二極管將紅外發射二極管發射出來的光信號轉換為微弱的電信號，經由放大器進行放大，然后通過自動增益控制、帶通濾波、解調、波形整形后還原為遙控器發射出的原始編碼，經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、輸入輸出設備構成，并且具有較高的運行速度、豐富的外設、調試下載程序簡單且速度快等優點[2][3]。電機驅動采用A4988步進電機驅動模塊，該模塊是一款完全的微步電動機驅動器，帶有內置轉換器，易于操作[4]。穩壓器采用78M05型三端口電流正固定電壓穩壓器，該穩壓器輸出電壓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射器通過按鍵發射紅外信號，紅外線接收頭接受紅外線光信號進行轉換、放大、解調并輸出原始編碼，單片機接受，并解碼原始編碼后通過步進電機驅動模塊控制小型馬達運轉，而持續穩定的電壓和電流則由穩壓器提供[5]。裝置的發射部分、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，而且也為開關機械控制部的電機運轉提供電力。

開關機械控制部分由小型步進電機、齒輪及齒條結構件（齒輪及齒條技術參數如表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。

開關機械控制部分實現對電燈開燈操作的工作原理為發射器按下開燈鍵發出紅外線光信號，接收及控制部分接收紅外線光信號進行轉換、處理、解碼，通過電機驅動芯片模塊控制小型步進電機按照設定程序運轉一定角度后停止，小型步進電機運轉帶動連接齒輪也旋轉相應的角度后停止，之后連接齒輪帶動與其嚙合的齒條結構件運動，齒條結構件包括齒條、小型氣缸、滾輪，滾輪通過小型氣缸調節它與原有手動電燈開關表面的距離，使滾輪與原有手動電燈開關表面有效貼合，最后齒條結構件的整體運動使齒條下方與原有手動電燈開關的表面有效貼合的滾輪運動，完成對原有手動電燈開關的開燈操作，實現電燈開燈的遠程控制。反之，實現電燈關燈的遠程操作，只需要按下發射器的關燈鍵。開關機械控制部分實現對電燈開燈操作的工作原理圖如圖5所示。

5 結束語

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

參考文獻：

[1]劉紅.紅外遙控接收頭的結構原理和代換（上）[N].電子報，2013-08-22（009）.

[2]陳國照.STM8系列單片機的開發與應用[J].甘肅冶金，2011，33（2）：043-046.

[3]高強，鄧少華，王鐵流.基于STM8S的單片機實驗教學平臺開發[J].電器電子教學學報，2014，36（2）：273-275.

[4]藍杰，張浩然.基于STM32的微型步進電機驅動控制器設計[J].硬件與結構，2015，34（1）：043-046.

[5]聶詩良，李磊民.采用單片機發送并接收紅外遙控信號的方法[J].信息技術，2004，28（2）：21-23，96.endprint