抗干扰激光入侵探测设备研究

　　1　引　言

　　激光入侵探测器为直线型探测报警器,探测器以半导体激光器为发射源,以不可见激光束形成警戒线,是采用遮挡报警方式对周界进行封闭布防的入侵探测系统。

　　激光入侵探测系统包括半导体激光发射器、激光接收器和信号处理三大部分。本设计中激光器采用808nm, 500mW半导体激光器,由于太阳光等干扰光中同样包含808nm波长段光波,所以从抗干扰和节能方面考虑,此系统采用频率为547. 9Hz的矩形脉冲供电。激光接收器采用光电二极管进行光电转换,转换后的电信号依次通过电压放大、滤波流、电压-电流转换、对数放大后控制继电器的吸合。光束未被遮挡时,继电器闭合,单片机AT89S51管脚P1. 0输入为高电平。激光束被遮挡则管脚P1. 0输入为低电平,单片机开始计时,计时至设定的时间下限,单片机将再次检测管脚P1. 0的状态,若仍为低电平,系统将发出入侵警报。

　　2　激光发射部分电路设计

　　发射部分电路设计应提高系统的抗杂光干扰能力和减少系统的功耗。太阳光和灯光等干扰光是连续光或低频交流光,这类干扰光在激光接收端经光电转换后产生的电信号是近似直流的连续信号或低频信号,依据此特性本设计中将供电电池输出9V直流信号调制成特定频率的矩形脉冲信号,在激光接收端仅针对特定频率段的信号进行提取,从而有效降低杂光干扰的影响,同时也降低了激光器的功耗。

　　2. 1　脉冲信号的产生图1所示为激光发射电路,NE555和R1等组成

　　无稳态多谐振荡器并输出脉冲信号,接通电源多谐振荡器起振,振荡频率取决于充电、放电时间t充和t放[1],计算公式如下:

　　代入图1中所示数据,f理论值为880Hz,占空比R1/(R1+R2)为1∶2,电路连接后,实际测得NE555管脚3输出波形如图2所示,脉冲频率f为547. 9Hz,高电平电压值为2. 72V,实际输出占空比为605μs/1. 220ms,与设计值基本相符。

　　2. 2　脉冲的调幅和稳压

　　设计中选用激光器DM-0808-500m-X2,稳定工作电压为2V,输入电流不得高于650mA,对应NE555实际高电平输出电压为2. 72V,设计中采用ADP3334对NE555输出脉冲信号进行调幅和稳压处理,芯片ADP3334的主要特性为[2]:

　　(1)输入电压范围为2. 6~11V,输出电流峰值可达500mA,能保证2V电压输出时为激光器提供500mW的功率输出,输出电流为500mA时压差低于200mV;

　　(2)SD端为控制端,低电平输入时芯片工作。

　　(3)输出电压范围为1. 5~10V的可调式,输出电压与外接分压器之间电阻R3和R4的数学运算关系为:

　　式中,Vfb=1. 178V,设计中电阻R3,R4分别选用70kΩ和100kΩ,代入上述公式可得ADP3334输出电压为2V,经过调试后采用如图1中所示电阻R3,R4分别为82kΩ和48. 5kΩ,输出波形如图3所示,此时ADP3334输出高电平电压为2V,为激光器稳定工作电压,输出脉冲频率f为547. 9Hz。