真人CS激光接收電路設計分析

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摘要:設計了一種適用于戶外環(huán)境的自適應激光接收電路。為提高激光收發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在激光接收端采用自適應去除直流分量，并對波形進行數(shù)字化整形，使單片機主控器收到符合規(guī)范的數(shù)字信號，實現(xiàn)了較好地抑制外界環(huán)境光干擾的需求，維持了系統(tǒng)的性能穩(wěn)定。

關鍵詞:單片機;激光接收;低通濾波;信號整形

0引言

真人cs對戰(zhàn)是時下很流行的游戲，很多企業(yè)把這個項目作為拓展訓練的一種。游戲規(guī)則之一是在自然環(huán)境里，如果“友軍”槍支發(fā)出的激光照射到“敵軍”身上的光斑被接收裝置接收并正確解碼，則“敵軍”中彈陣亡。但由于現(xiàn)場受不同時間、天氣、地形等自然因素影響，背景光明暗迥異，如何保障設備工作的穩(wěn)定性成為一項關鍵技術。本文探討并設計一種自適應激光接收電路，其在背景光明暗迥異的情況下依然能夠減少誤判，穩(wěn)定識別解碼激光信號。

1系統(tǒng)設計原理

本設計發(fā)射端采用單片機控制，游戲開始后，用戶扣動扳機，單片機從串口輸出自己的ID號控制激光二極管發(fā)射激光;接收端用增加了濾波片的光電二極管作為接收器，接收由激光管所發(fā)射的ID信號，經(jīng)過波形整形電路，傳送給單片機串口，由單片機判斷所接收的信號是否被敵方激光槍擊中。系統(tǒng)發(fā)射部分電路簡單，只要保障一定發(fā)射功率驅(qū)動激光發(fā)射二極管即可。整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性主要取決于接收部分電路實現(xiàn)。

2激光接收電路的關鍵問題

系統(tǒng)解決的關鍵問題在于外界環(huán)境光受晝夜、陰晴、地形等諸多因素影響［1］，亮度動態(tài)范圍太大，發(fā)射的激光混同外界環(huán)境光進入接收端后，接收端必須排除外部環(huán)境干擾以防止誤判，實現(xiàn)穩(wěn)定接收。接收端的設計采用以下兩種有效方法排除干擾誤判，增強穩(wěn)定性:(1)接收管前加濾鏡(濾波片)，濾波片需與激光發(fā)射二極管波長保持一致，作用是允許與激光波長相近的光通過，其余波長的光被有效阻擋。這樣就在很大程度上排除了不同波長的外界光影響。(2)經(jīng)過濾鏡的光被光電二極管接收，通常出現(xiàn)波幅較小、疊加一定直流分量的現(xiàn)象，這種信號難以識別，還需通過整形電路去除直流分量、放大波幅因此，保障接收端信號質(zhì)量的設計關鍵在于波形整形電路設計。

3電路設計

波形整形電路完成的功能有兩個:(1)去除信號中背景光引起的直流分量，提取傳輸信息的交流分量。(2)波幅整形為01數(shù)字波形，提供給主控制器數(shù)字解碼使用。以下對兩部分電路依次進行討論。

3．1去除信號中直流分量

信號混入的外界背景光強度未知，因此對應信號所疊加的直流分量也有波動，不能在電路中直接設定某一直流比較電平作參考。但可以通過對信號進行低通濾波求出所攜帶直流分量。一般信號傳輸波特率在1kb/s左右，因此設定一階RC低通濾波電路，截止頻率小于1kHz即可求得均值(攜帶直流分量)，信號與均值分別接入開環(huán)放大器的正負輸入端，即可直接去除直流分量［3］。電路采用TI官方TINA軟件仿真(以下同)，激勵信號設定為0．5VVpp、500Hz方波疊加0．5V直流分量，濾波后VF2大約為0．5V，經(jīng)過放大器后可得6VVpp、500Hz方波。結(jié)果表明電路設計合理.

3．2數(shù)字化整形電路

設計思路是信號經(jīng)過比較器電路進行波形數(shù)字整形，去除負電壓信號，使低電平歸為0V，抬升高電平信號至TTL數(shù)字系統(tǒng)。電路設計中還應考慮單電源供電時，需要采用保護二極管D2對芯片輸入端進行負壓保護，防止過低輸入電壓燒毀芯片;另外負向輸入端比較電壓設為0．6V，以保證電路工作穩(wěn)定;再者，比較器是開漏(OD)輸出，輸出引腳需要上拉電阻才能保證正常的數(shù)字輸出。設定激勵信號為4VVpp、500Hz的方波，與0．6V電壓比較，得到5VVpp、500Hz穩(wěn)定的數(shù)字方波。結(jié)果表明電路設計合理［4-5］。綜合3．1和3．2節(jié)可以有效解決接收模擬信號整形問題，較好地抑制外界環(huán)境光干擾，提供符合規(guī)范的數(shù)字信號給主控器，實際電路測試也證明了這一點。

4結(jié)論

本文設計了一種自適應激光接收電路，在背景光明暗迥異的情況下依然能夠穩(wěn)定識別激光信號的電路，設計簡單、穩(wěn)定、實用，可以為相關設計提供有益的參考。

參考文獻

［1］童詩白，華成英．模擬電子技術基礎［M］．北京:高等教育出版社，2006．

［2］康華光．電子技術基礎•模擬部分(第5版)［M］．北京:高等教育出版社，2006．

［3］安毓英，劉繼芳，曹長慶．激光原理與技術［M］．北京:科學出版社，2015．

［4］邱關源，羅先覺．電路(第5版)［M］．北京:高等教育出版社，2015．

［5］楊建國．ADI中文技術論壇．你好，放大器［EB/OL］．(2014-XX)［2017-02-14］

作者:黃明 王燦 丁照雨 李爭平 葉青 單位:北方工業(yè)大學電子信息工程學院