真人CS激光接收电路设计分析

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摘要:设计了一种适用于户外环境的自适应激光接收电路。为提高激光收发系统的稳定性，在激光接收端采用自适应去除直流分量，并对波形进行数字化整形，使单片机主控器收到符合规范的数字信号，实现了较好地抑制外界环境光干扰的需求，维持了系统的性能稳定。

关键词:单片机;激光接收;低通滤波;信号整形

0引言

真人cs对战是时下很流行的游戏，很多企业把这个项目作为拓展训练的一种。游戏规则之一是在自然环境里，如果“友军”枪支发出的激光照射到“敌军”身上的光斑被接收装置接收并正确解码，则“敌军”中弹阵亡。但由于现场受不同时间、天气、地形等自然因素影响，背景光明暗迥异，如何保障设备工作的稳定性成为一项关键技术。本文探讨并设计一种自适应激光接收电路，其在背景光明暗迥异的情况下依然能够减少误判，稳定识别解码激光信号。

1系统设计原理

本设计发射端采用单片机控制，游戏开始后，用户扣动扳机，单片机从串口输出自己的ID号控制激光二极管发射激光;接收端用增加了滤波片的光电二极管作为接收器，接收由激光管所发射的ID信号，经过波形整形电路，传送给单片机串口，由单片机判断所接收的信号是否被敌方激光枪击中。系统发射部分电路简单，只要保障一定发射功率驱动激光发射二极管即可。整个系统的性能和稳定性主要取决于接收部分电路实现。

2激光接收电路的关键问题

系统解决的关键问题在于外界环境光受昼夜、阴晴、地形等诸多因素影响［1］，亮度动态范围太大，发射的激光混同外界环境光进入接收端后，接收端必须排除外部环境干扰以防止误判，实现稳定接收。接收端的设计采用以下两种有效方法排除干扰误判，增强稳定性:(1)接收管前加滤镜(滤波片)，滤波片需与激光发射二极管波长保持一致，作用是允许与激光波长相近的光通过，其余波长的光被有效阻挡。这样就在很大程度上排除了不同波长的外界光影响。(2)经过滤镜的光被光电二极管接收，通常出现波幅较小、叠加一定直流分量的现象，这种信号难以识别，还需通过整形电路去除直流分量、放大波幅因此，保障接收端信号质量的设计关键在于波形整形电路设计。

3电路设计

波形整形电路完成的功能有两个:(1)去除信号中背景光引起的直流分量，提取传输信息的交流分量。(2)波幅整形为01数字波形，提供给主控制器数字解码使用。以下对两部分电路依次进行讨论。

3．1去除信号中直流分量

信号混入的外界背景光强度未知，因此对应信号所叠加的直流分量也有波动，不能在电路中直接设定某一直流比较电平作参考。但可以通过对信号进行低通滤波求出所携带直流分量。一般信号传输波特率在1kb/s左右，因此设定一阶RC低通滤波电路，截止频率小于1kHz即可求得均值(携带直流分量)，信号与均值分别接入开环放大器的正负输入端，即可直接去除直流分量［3］。电路采用TI官方TINA软件仿真(以下同)，激励信号设定为0．5VVpp、500Hz方波叠加0．5V直流分量，滤波后VF2大约为0．5V，经过放大器后可得6VVpp、500Hz方波。结果表明电路设计合理.

3．2数字化整形电路

设计思路是信号经过比较器电路进行波形数字整形，去除负电压信号，使低电平归为0V，抬升高电平信号至TTL数字系统。电路设计中还应考虑单电源供电时，需要采用保护二极管D2对芯片输入端进行负压保护，防止过低输入电压烧毁芯片;另外负向输入端比较电压设为0．6V，以保证电路工作稳定;再者，比较器是开漏(OD)输出，输出引脚需要上拉电阻才能保证正常的数字输出。设定激励信号为4VVpp、500Hz的方波，与0．6V电压比较，得到5VVpp、500Hz稳定的数字方波。结果表明电路设计合理［4-5］。综合3．1和3．2节可以有效解决接收模拟信号整形问题，较好地抑制外界环境光干扰，提供符合规范的数字信号给主控器，实际电路测试也证明了这一点。

4结论

本文设计了一种自适应激光接收电路，在背景光明暗迥异的情况下依然能够稳定识别激光信号的电路，设计简单、稳定、实用，可以为相关设计提供有益的参考。

参考文献

［1］童诗白，华成英．模拟电子技术基础［M］．北京:高等教育出版社，2006．

［2］康华光．电子技术基础•模拟部分(第5版)［M］．北京:高等教育出版社，2006．

［3］安毓英，刘继芳，曹长庆．激光原理与技术［M］．北京:科学出版社，2015．

［4］邱关源，罗先觉．电路(第5版)［M］．北京:高等教育出版社，2015．

［5］杨建国．ADI中文技术论坛．你好，放大器［EB/OL］．(2014-XX)［2017-02-14］

作者:黄明 王灿 丁照雨 李争平 叶青 单位:北方工业大学电子信息工程学院