宋濤，張斌，羅倩倩

(中北大學(xué)電子測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030051)

0 引言

本文設(shè)計(jì)了基于光電傳感器的防盜報(bào)警系統(tǒng)，采用目前炙手可熱的非接觸式光電技術(shù)搭建系統(tǒng)，具備體積小，安裝簡易、防誤報(bào)、非接觸報(bào)警等優(yōu)點(diǎn)，配合無線編碼譯碼收發(fā)芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積監(jiān)控、多路遙控等功能，在居民區(qū)、商場(chǎng)、倉庫等不同市場(chǎng)都有著良好的適應(yīng)性與應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)利用650nm左右波長的紅外激光器與高速光電傳感器搭建報(bào)警區(qū)域，當(dāng)入侵物體或人穿過該測(cè)試區(qū)域時(shí)，會(huì)遮擋光電探測(cè)器接收的光通量，此變化的光通量經(jīng)過后續(xù)放大電路處理成選通無線編碼器所需要的模擬信號(hào)，通過在有效工作范圍的解碼器譯碼而觸發(fā)蜂鳴器或音樂芯片，進(jìn)而發(fā)出警報(bào)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的需要，通過一對(duì)共軛菲涅爾透鏡的配合使用可以將“一”字線光源激光器所發(fā)射的激光光束擴(kuò)展成矩形光幕，有效增加了報(bào)警區(qū)域的面積，提高了該系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。同時(shí)搭載無線編碼譯碼芯片VD5026與VD5027能夠完成“一對(duì)多”的遠(yuǎn)程監(jiān)控（remote monitor）功能，該系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示。

圖1 光電報(bào)警器系統(tǒng)原理圖

2 典型電路分析及仿真

光電報(bào)警系統(tǒng)的核心電路即信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換與編碼譯碼芯片的無線傳輸，將光電傳感器按光伏模式接入前置放大電路中，通過合理設(shè)置偏壓，使放大器輸出在無光照條件下達(dá)到零伏左右，將輸出信號(hào)接到無線編碼芯片VD5026的片選引腳NE,當(dāng)入侵物體或人遮擋光線時(shí),信號(hào)伏值被拉低，選通芯片發(fā)出預(yù)置編碼（由A1～A8號(hào)地址線引腳設(shè)定），同時(shí)無線解碼芯片VD5027的預(yù)置編碼應(yīng)與其一致才能正確譯碼，此時(shí)譯碼芯片輸出引腳持續(xù)輸出高電平，打開蜂鳴器/音樂芯片的開啟開關(guān)，從而達(dá)到區(qū)域監(jiān)控的目的。如圖2所示為光電轉(zhuǎn)換的前置放大電路，圖3為仿真波形。

圖2 前置放大電路

圖3 仿真波形

3 模擬實(shí)驗(yàn)及分析

在實(shí)驗(yàn)室搭建矩形光幕報(bào)警區(qū)域，利用氣槍子彈（直徑≤6mm）的過靶動(dòng)作驗(yàn)證系統(tǒng)報(bào)警功能。該測(cè)試系統(tǒng)完成觸發(fā)警報(bào)需要滿足以下核心條件：（1）入侵物體穿過有效測(cè)試區(qū)域時(shí)產(chǎn)生足夠時(shí)長的低電平信號(hào)，能夠被編碼芯片VD5026的片選引腳NE所識(shí)別；（2）入侵物體在較快速度下穿過測(cè)試區(qū)域時(shí)光電傳感器能夠及時(shí)響應(yīng)；（3）防止誤觸、誤報(bào)等現(xiàn)象發(fā)生。

圖4為實(shí)驗(yàn)用槍實(shí)物，圖5為彈丸過靶波形圖，圖6為系統(tǒng)的工作流程。當(dāng)彈丸穿過該測(cè)試區(qū)域時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變的脈沖，此時(shí)選通VD5026芯片，同時(shí)發(fā)射預(yù)置編碼。假設(shè)入侵物體幾何厚度為5mm，光幕厚度約5mm，入侵物移動(dòng)速度約30m/s-500m/s,則低電平的持續(xù)時(shí)間——也即探測(cè)器可以利用的響應(yīng)時(shí)間（ns級(jí)）大致為t=s/v=10mm/500m/s=20μs，片選引腳NE（識(shí)別時(shí)間一般都在幾微秒）在此時(shí)間區(qū)間內(nèi)選通，從而發(fā)射編碼。同時(shí)調(diào)節(jié)測(cè)試區(qū)域的光幕光強(qiáng)，使只有在預(yù)置尺寸的入侵物體穿過該測(cè)試區(qū)域時(shí)，才能夠使信號(hào)輸出拉低到電路可以識(shí)別的低電平區(qū)間，這樣就人為從硬件條件上排除了環(huán)境因素（如蚊蟲等）造成的誤觸、誤報(bào)現(xiàn)象。

綜合具體測(cè)試條件下入侵物體的實(shí)際尺寸（遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣槍彈丸6mm）等限制因素，該系統(tǒng)完全能夠觸發(fā)無線編碼芯片發(fā)射編碼脈沖，從而通過后續(xù)相應(yīng)的解碼芯片發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

圖4 氣槍與彈丸實(shí)物圖

圖5 彈丸過靶波形圖

圖6 測(cè)試系統(tǒng)工作流程圖

4 結(jié)論

通過上述分析以及實(shí)驗(yàn)我們可以得出該系統(tǒng)在入侵物體遮擋光線時(shí)能夠迅速準(zhǔn)確的觸發(fā)警報(bào)，可靠性高，同時(shí)為了避免誤報(bào)、誤觸等現(xiàn)象的發(fā)生，可以再在主測(cè)試區(qū)域后面加設(shè)另一矩形光幕作為輔測(cè)試區(qū)，只有當(dāng)物體先后穿過兩扇光幕時(shí)才觸發(fā)報(bào)警器，在電路上可以通過適當(dāng)設(shè)置延時(shí)和一與門來實(shí)現(xiàn)，該功能能夠有效提高警報(bào)器的成功率。

[1]鄧泉,段昌奎.光電轉(zhuǎn)換和熱光電轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007,19（2）：1-6.

[2]王彥,崔一平.光纖激光器技術(shù)[J].電子器件，2004,27（2）：342-347.

[3]付文羽, 彭世林.硅光電二極管在光電檢測(cè)電路中的應(yīng)用.許昌師專學(xué)報(bào)，2001,20（5）：19-22.

[4]Govind P,Agrawal.Fiber-optic Communication Systems[M].New Jersey:John Wiley&Sons,Inc.,1997.

[5]許衛(wèi)春,徐可欣,賀忠海.光電測(cè)試系統(tǒng)的性能分析.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2004，（4）：679-682.

[6]李東凱, 劉子寬.模擬集成電路直流參數(shù)分析[J].電子測(cè)試 2010(10).

[7]劉增基,周洋溢 ,胡遼林 ,周綺麗.光纖通信[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2001.