真人CS激光接收電路設(shè)計(jì)分析
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摘要:設(shè)計(jì)了一種適用于戶外環(huán)境的自適應(yīng)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(yīng)去除直流分量，并對(duì)波形進(jìn)行數(shù)字化整形，使單片機(jī)主控器收到符合規(guī)范的數(shù)字信號(hào)，實(shí)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(guān)鍵詞:單片機(jī);激光接收;低通濾波;信號(hào)整形
0引言
真人cs對(duì)戰(zhàn)是時(shí)下很流行的游戲，很多企業(yè)把這個(gè)項(xiàng)目作為拓展訓(xùn)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(chǎng)受不同時(shí)間、天氣、地形等自然因素影響，背景光明暗迥異，如何保障設(shè)備工作的穩(wěn)定性成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。本文探討并設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)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(shí)別解碼激光信號(hào)。
1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
本設(shè)計(jì)發(fā)射端采用單片機(jī)控制，游戲開(kāi)始后，用戶扣動(dòng)扳機(jī)，單片機(jī)從串口輸出自己的ID號(hào)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(hào)，經(jīng)過(guò)波形整形電路，傳送給單片機(jī)串口，由單片機(jī)判斷所接收的信號(hào)是否被敵方激光槍擊中。系統(tǒng)發(fā)射部分電路簡(jiǎn)單，只要保障一定發(fā)射功率驅(qū)動(dòng)激光發(fā)射二極管即可。整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性主要取決于接收部分電路實(shí)現(xiàn)。
2激光接收電路的關(guān)鍵問(wèn)題
系統(tǒng)解決的關(guān)鍵問(wèn)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(dòng)態(tài)范圍太大，發(fā)射的激光混同外界環(huán)境光進(jìn)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定接收。接收端的設(shè)計(jì)采用以下兩種有效方法排除干擾誤判，增強(qiáng)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(zhǎng)保持一致，作用是允許與激光波長(zhǎng)相近的光通過(guò)，其余波長(zhǎng)的光被有效阻擋。這樣就在很大程度上排除了不同波長(zhǎng)的外界光影響。(2)經(jīng)過(guò)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(hào)難以識(shí)別，還需通過(guò)整形電路去除直流分量、放大波幅因此，保障接收端信號(hào)質(zhì)量的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于波形整形電路設(shè)計(jì)。
3電路設(shè)計(jì)
波形整形電路完成的功能有兩個(gè):(1)去除信號(hào)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(duì)兩部分電路依次進(jìn)行討論。
3．1去除信號(hào)中直流分量
信號(hào)混入的外界背景光強(qiáng)度未知，因此對(duì)應(yīng)信號(hào)所疊加的直流分量也有波動(dòng)，不能在電路中直接設(shè)定某一直流比較電平作參考。但可以通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波求出所攜帶直流分量。一般信號(hào)傳輸波特率在1kb/s左右，因此設(shè)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(hào)與均值分別接入開(kāi)環(huán)放大器的正負(fù)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(lì)信號(hào)設(shè)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(guò)放大器后可得6VVpp、500Hz方波。結(jié)果表明電路設(shè)計(jì)合理.
3．2數(shù)字化整形電路
設(shè)計(jì)思路是信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器電路進(jìn)行波形數(shù)字整形，去除負(fù)電壓信號(hào)，使低電平歸為0V，抬升高電平信號(hào)至TTL數(shù)字系統(tǒng)。電路設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮單電源供電時(shí)，需要采用保護(hù)二極管D2對(duì)芯片輸入端進(jìn)行負(fù)壓保護(hù)，防止過(guò)低輸入電壓燒毀芯片;另外負(fù)向輸入端比較電壓設(shè)為0．6V，以保證電路工作穩(wěn)定;再者，比較器是開(kāi)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(shè)定激勵(lì)信號(hào)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(shè)計(jì)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(hào)整形問(wèn)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(hào)給主控器，實(shí)際電路測(cè)試也證明了這一點(diǎn)。
4結(jié)論
本文設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)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(shí)別激光信號(hào)的電路，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、實(shí)用，可以為相關(guān)設(shè)計(jì)提供有益的參考。
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［5］楊建國(guó)．ADI中文技術(shù)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(zhēng)平 葉青 單位:北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院