一款远程遥控电灯开关装置的设计

董鑫振+杨兵+孙佳鹏+任阔+闫佳山

摘 要：文章主要介绍一款为人们提供便捷舒适生活的远程遥控电灯开关装置。该遥控开关装置由外壳体、发射部分，接收及控制部分，电力供给部分和开关机械控制部分组成。该装置最大特点是不破坏原有手动电灯开关，便于安装。实现对翘板式手动电灯开关控制的原理是红外线远程无线遥控小型马达带动机械机构运动控制翘板式手动电灯开关闭合。

关键词：远程遥控；机械结构；便于安装

中图分类号：F407.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0032-02

1 概述

生活中大多的家庭安装的电灯开关多数为单联或多联翘板式手动电灯开关，这种翘板式手动电灯开关开灯时需要我们在黑暗中摸索，关灯后我们又要在黑暗中前行，给我们的生活带来很多困扰，而随着科技的不断进步及人们物质生活水平的不断提高，遥控电灯则能为生活中的这些困扰提供更加有效的解决办法。通过调查发现市面上的遥控电灯开关有86型遥控开关、嵌入式遥控开关、数码遥控开关、内置遥控开关等，而这些遥控开关大多数都需要对原有翘板式手动电灯开关进行破拆重新安装后才能使用，有的甚至需要改变原有电路。所以针对这一问题，我们就想能不能设计一款便于安装的，可实现远程控制的，并且不破坏原有翘板式手动电灯开关的装置。通过我们不断的探索及试制，最终设计了这款满足以上条件的用机械机构代替人手实现控制翘板式手动电灯开关闭合的远程遥控装置。

2 装置整体设计

通过调查发现大多数手动电灯開关都为翘板式86型手动电灯开关，其外形尺寸为86mm×86mm，材质为优质PC阻燃材料。根据翘板式86型手动电灯开关的尺寸规格和我们想要该装置达到的功能，我们设计了如图1所示的装置，该远程遥控开关装置由发射部分，接收及控制部分，电力供给部分和开关机械控制部分组成，该装置除发射部分外的其他部分直接固定在材质为PC阻燃材料的外壳上，该外壳采用3D打印技术一体成型，并通过如图1所示的外壳上的三个安装孔把整个装置与翘板式86型手动电灯开关装配到一起，由于采用“三点式”固定，使整个装置与原有手动电灯开关装配得更加稳固，更便于该装置的机械机构操控原有手动电灯开关闭合。其远程遥控电灯开关的基本工作原理是发射器通过按键远程发出红外线光信号，接收装置接到光信号后进行处理，把光信号转换成电信号，通过电信号控制开关控制部分的小型马达运转，小型马达运转并带动机械机构运动，实现对翘板式手动电灯开关的控制，达到远程遥控目的。

3 发射部分和接受及控制部分

装置信号发射部分为红外线发射器，该发射器由按键、集成芯片、红外发射二极管组成，该发射器有效控制范围8-10m，操作简单方便，只需按下开/关灯键就能实现相应的功能。装置信号接受及控制部分由红外线接收头、单片机、稳压器、电机驱动芯片组成，并通过电路板集成到一起，该集成电路板整体体积尺寸：L40×W25×H13mm，开孔尺寸：L36×W18.5mm。

红外线接收头内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外线接收头的工作原理是内置外监测二极管将红外发射二极管发射出来的光信号转换为微弱的电信号，经由放大器进行放大，然后通过自动增益控制、带通滤波、解调、波形整形后还原为遥控器发射出的原始编码，经由接收头的信号输出脚输入到单片机上进行解码[1]，红外线接收头的接受距离及角度如图2所示。

单片机采用STM8S单片机，该单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，并且具有较高的运行速度、丰富的外设、调试下载程序简单且速度快等优点[2][3]。电机驱动采用A4988步进电机驱动模块，该模块是一款完全的微步电动机驱动器，带有内置转换器，易于操作[4]。稳压器采用78M05型三端口电流正固定电压稳压器，该稳压器输出电压5V，输出电流500mA（最大值）。

该装置信号接受及控制部分的工作原理是发射器通过按键发射红外信号，红外线接收头接受红外线光信号进行转换、放大、解调并输出原始编码，单片机接受，并解码原始编码后通过步进电机驱动模块控制小型马达运转，而持续稳定的电压和电流则由稳压器提供[5]。装置的发射部分、接受及控制部分的工作原理流程图如图3，接收器电路图如图4。

4 电力供给和开关机械控制部分

装置的电力由18650型锂电池组供给，电池组输出电压12V，容量3000mAh，该电池组不仅为接受及控制部分提供电力，而且也为开关机械控制部的电机运转提供电力。

开关机械控制部分由小型步进电机、齿轮及齿条结构件（齿轮及齿条技术参数如表1）组成，小型步进电机直径35mm，长度30mm（不包括轴的长度），轴径4mm，轴长8mm。

开关机械控制部分实现对电灯开灯操作的工作原理为发射器按下开灯键发出红外线光信号，接收及控制部分接收红外线光信号进行转换、处理、解码，通过电机驱动芯片模块控制小型步进电机按照设定程序运转一定角度后停止，小型步进电机运转带动连接齿轮也旋转相应的角度后停止，之后连接齿轮带动与其啮合的齿条结构件运动，齿条结构件包括齿条、小型气缸、滚轮，滚轮通过小型气缸调节它与原有手动电灯开关表面的距离，使滚轮与原有手动电灯开关表面有效贴合，最后齿条结构件的整体运动使齿条下方与原有手动电灯开关的表面有效贴合的滚轮运动，完成对原有手动电灯开关的开灯操作，实现电灯开灯的远程控制。反之，实现电灯关灯的远程操作，只需要按下发射器的关灯键。开关机械控制部分实现对电灯开灯操作的工作原理图如图5所示。

5 结束语

这款远程遥控电灯开关装置的设计达到了一定预期的效果，实现了在不破坏原有点灯开关的前提下远程无线控制电灯开关的目的，但是该装置也存在一定的不足，不足就是现阶段的这款装置只能实现单联或多联翘板式手动电灯开关的全开或全关的远程操控，而不能实现多联翘板式手动电灯开关任意键开关操作，今后我们会对该装置进行持续改进，最终我们会使这款装置逐步趋于完美，并使这款远程遥控电灯开关装置给人们生活带来一定的便捷，提高现代人们的生活质量。

参考文献：

[1]刘红.红外遥控接收头的结构原理和代换（上）[N].电子报，2013-08-22（009）.

[2]陈国照.STM8系列单片机的开发与应用[J].甘肃冶金，2011，33（2）：043-046.

[3]高强，邓少华，王铁流.基于STM8S的单片机实验教学平台开发[J].电器电子教学学报，2014，36（2）：273-275.

[4]蓝杰，张浩然.基于STM32的微型步进电机驱动控制器设计[J].硬件与结构，2015，34（1）：043-046.

[5]聂诗良，李磊民.采用单片机发送并接收红外遥控信号的方法[J].信息技术，2004，28（2）：21-23，96.endprint