激光对射式入侵报警及定位传感系统的制作方法
【专利摘要】一种激光对射式入侵报警及定位传感系统，其特征是它包括兼具收发功能的第一部分和第二部分，第一部分包括第一激光驱动器、第一激光器、第一准直器、第一光电探测器、第一模数转换器、第一单片机；第二部分包括第二光电探测器、第二模数转换器、第二单片机、第二激光驱动器、第二激光器、第二准直器；第一激光驱动器驱动第一激光器发出近红外激光经第一准直器后形成一束平行向前发射的第一光束，第一光束被第二光电探测器接收后转换为模拟电信号送入第二模数转换器，第二模数转换器输出数字信号至第二单片机；第一光束和第二光束相互平行且方向相反；第一单片机和第二单片机输出信号至信号处理器进行同步和分析处理，由信号处理器驱动报警器。
【专利说明】激光对射式入侵报警及定位传感系统
【技术领域】
[0001]本专利涉及一种激光对射式入侵与定位探测系统。
【背景技术】
[0002]在入侵探测上普遍使用的是摄像头以及红外线探测器，摄像头观测范围较小，并且依赖于人工监视，红外线探测器误报警几率高，并且不能对入侵位置进行定位。
[0003]激光测距仪原理上也可以用于安防系统，该系统是发出一束激光照射在物体上产生反射，根据反射信号进行定位。激光测距仪一般专用于已知物体的精确测距，分为手持激光测距仪和望远镜式激光测距仪。手持式测距仪一般测量距离在几十米到一两百米。望远镜式激光测距仪可达几公里。这些激光测距仪对反射物/入侵物的反射面及反射率要求非常高，往往要求被测物与激光垂直，在工程上经常需要人为在被测量物上放置一个塑料反射面来提高测量效果。在安防系统应用时，如果入侵物种的外观对激光的反射效果较差，或者高镜面反射但反射方向与激光方向有偏差时，系统就无法收到有效信号，产生漏检。
【发明内容】
[0004]本专利的目的是提供一种用于长距离入侵报警及定位的传感系统，能够对长距离安防线路进行监测，并能够准确获得入侵的区间位置信息。
[0005]本实用新型所采用的技术方案为:一种激光对射式入侵报警及定位传感系统，其特征是它包括兼具收发功能的第一部分和第二部分，第一部分包括第一激光驱动器、第一激光器、第一准直器、第一光电探测器、第一模数转换器、第一单片机；第二部分包括第二光电探测器、第二模数转换器、第二单片机、第二激光驱动器、第二激光器、第二准直器；第一激光驱动器驱动第一激光器发出近红外激光经第一准直器后形成一束平行向前发射的第一光束，第一光束被第二光电探测器接收后转换为模拟电信号送入第二模数转换器，第二模数转换器输出数字信号至第二单片机；第二激光驱动器驱动第二激光器发出近红外激光经第二准直器后形成一束平行向前发射的第二光束，第二光束被第一光电探测器接收后转换为模拟电信号送入第一模数转换器，第一模数转换器输出数字信号至第一单片机；第一光束和第二光束相互平行且方向相反；第一单片机和第二单片机输出信号至信号处理器进行同步和分析处理，由信号处理器驱动报警器。
[0006]本方案的具体特点还有，第一模数转换器与第二模数转换器采用高速ADC芯片ADC08D1000，本方案采用的美国国家半导体公司的ADC08D1000，最大采样率可达1.6G，用于该系统可实现定位精度为0.2米左右。
[0007]第一激光驱动器和第二激光驱动器内设有恒流驱动电路，如图4所示，恒流驱动电路由基准电压Vc、集成运算放大器A”电阻R2、三极管Vq、供电电压Vcc以及串联电阻R1组成。恒流驱动电路的核心为三极管Vq，本方案可采用S9013、S8050等类似功能的NPN型三极管。该恒流驱动电路能够为激光器提供一个恒定的电流，从而保证了激光器输出光功率的稳定性。[0008]第一激光器和第二激光器采用近红外波段激光器，波长1.3um波段左右或者
1.5um波段左右，这种波段的激光在空气中传输损耗较低，属于不可见光，不易损伤人眼，同时在安防中使用时能够具有一定的隐蔽性。
[0009]本实用新型的有益效果是:准直器是用于调节激光器输出激光发散角的光学器件，将输出激光调整为平行光束发射出去。第一部分与第二部分分别固定在安防区警戒线两端，第一激光器与第二激光器同时发出一束射向对方的激光，并被对方光电探测器探测至IJ，转换为电压信号，再通过模数转换采集到单片机内，最终第一单片机与第二单片机将信号同时发送给信号处理器进行处理分析。本实用新型在检测警戒线两端各设置一台具备发射与接收功能的设备，两台设备发出激光互射，并均被对方接收，当发生入侵时既能够探测到入侵事件，并能够定位入侵位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为系统结构图；图2为数据处理器获得的两路同步信号；图3为入侵位置定位原理图。图4是恒流驱动电路原理图。图中:1-第一激光驱动器，2-第一激光器，3-第一准直器，4-第一光束,5-第二光电探测器,6-第二模数转换器,7-第二单片机，8-第二激光驱动器，9-第二激光器,10-第二准直器,11-第二光束，12-第一光电探测器,13-第一模数转换器，14-第一单片机，15-信号处理器,16-报警器;A-第一部分，B-第二部分。
【具体实施方式】
[0011]如图1所示，一种激光对射式入侵报警及定位传感系统，它包括兼具收发功能的第一部分A和第二部分B,第一部分A包括第一激光驱动器1、第一激光器2、第一准直器3、第一光电探测器12、第一模数转换器13、第一单片机14 ;第二部分B包括第二光电探测器
5、第二模数转换器6、第二单片机7、第二激光驱动器8、第二激光器9、第二准直器10 ;第一激光驱动器I驱动第一激光器2发出近红外激光经第一准直器3后形成一束平行向前发射的第一光束4，第一光束被第二光电探测器5接收后转换为模拟电信号送入第二模数转换器6，第二模数转换器6输出数字信号至第二单片机7 ;第二激光驱动器8驱动第二激光器9发出近红外激光经第二准直器10后形成一束平行向前发射的第二光束11,第二光束被第一光电探测器12接收后转换为模拟电信号送入第一模数转换器13，第一模数转换器13输出数字信号至第一单片机14 ;第一光束和第二光束相互平行且方向相反；第一单片机14和第二单片机7输出信号至信号处理器15进行同步和分析处理，由信号处理器15驱动报警器16。
[0012]第一激光驱动器和第二激光驱动器内设有恒流驱动电路，如图4所示，恒流驱动电路由基准电压Vc、集成运算放大器A”电阻R2、三极管Vq、供电电压Vcc以及串联电阻R1组成。集成运算放大器可采用0PA2604等；R1为限流电阻，激光器获得的驱动电流I=Vc/R1,例如，当供电电压Vc为10V，R1阻值为10 Ω时，激光器最大驱动电流不超过1A，本方案设定R1为100 Ω，Vc为10V，因此最大驱动电流不超过100mA，能够保护激光器不会过流烧坏；恒流驱动电路的核心为三极管Vq，本方案可采用S9013、S8050等类似功能的NPN型三极管；R2为缓冲电阻，一般选择3000欧姆，对驱动电路影响不大；该恒流驱动电路能够为激光器提供一个恒定的电流，从而保证了激光器输出光功率的稳定性。第一激光器和第二激光器采用法国manlight公司ML-CW-R/P-0EM/TKS-1550 ;第一单片机和第二单片机采用TI公司生产的MSP430。
[0013]在没有发生侵入事件时，第一单片机14与第二单片机7各自接收到的信号为一直流电压信号。
[0014]当有一物体或者人侵入，经过警戒线会切断激光传播路径，此时第一单片机14与第二单片机7接收到的信号由高电平变为低电平，产生一个下跳沿，如图2所示。当两路信号均测量到下跳沿时，该事件可判定为侵入事件，信号处理器发送一个报警指令给报警器。如图2所示为信号处理器获取的两路单片机采集到的连续记录信号示意图，当两路信号均有被中断时，确定为有入侵事件发生；两路信号中断时间差可以计算出侵入位置，即:
[0015]S=L/2_At*C/2(I)
[0016]Λ t为A信号中断与B信号中断相减时间差，可以为负值。
[0017]S为事件发生的位置。
[0018]L为A与B之间的距离。
[0019]C为光速,常数,约为3*108米/秒。
[0020]当Λ t=0时，S=L/2,即事件发生在A与B正中间位置。
[0021]入侵位置定位算法原理如图3所示，假设事件发生位置距离B位置h时间光程，距离A位置t2光程，t2=T -t1； T为A距离B的总光程时间，光程差
[0022]Δ t=t2-t1=T-2t1(2)
[0023]推出A1=TA-At/^(3)
[0024]公式两边乘上光速，则可得出:
[0025]Δ t*c=c*T/2_c* Δ t/2(4)
[0026]考虑到c*T为A距离B的直线距离，即L，因此上式推出公式I的最终结果，即计算入侵时间发生位置的关系式
[0027]S=L/2- Δ t*C/2
[0028]At能够通过获取的两路信号中得出，因此，该系统不但可以进行入侵报警，还能够给出入侵位置，特别适合于较长距离的防止入侵监测使用。
【权利要求】
1.一种激光对射式入侵报警及定位传感系统，其特征是它包括兼具收发功能的第一部分和第二部分，第一部分包括第一激光驱动器、第一激光器、第一准直器、第一光电探测器、第一模数转换器、第一单片机；第二部分包括第二光电探测器、第二模数转换器、第二单片机、第二激光驱动器、第二激光器、第二准直器；第一激光驱动器驱动第一激光器发出近红外激光经第一准直器后形成一束平行向前发射的第一光束，第一光束被第二光电探测器接收后转换为模拟电信号送入第二模数转换器，第二模数转换器输出数字信号至第二单片机；第二激光驱动器驱动第二激光器发出近红外激光经第二准直器后形成一束平行向前发射的第二光束，第二光束被第一光电探测器接收后转换为模拟电信号送入第一模数转换器，第一模数转换器输出数字信号至第一单片机；第一光束和第二光束相互平行且方向相反；第一单片机和第二单片机输出信号至信号处理器进行同步和分析处理，由信号处理器驱动报警器。
2.根据权利要求1所述的激光对射式入侵报警及定位传感系统，其特征是第一模数转换器与第二模数转换器采用高速ADC芯片ADC08D1000。
3.根据权利要求1所述的激光对射式入侵报警及定位传感系统，其特征是第一激光器和第二激光器采用 ML-CW-R/P-0EM/TKS-1550。
4.根据权利要求1所述的激光对射式入侵报警及定位传感系统，其特征是第一单片机和第二单片机采用MSP430。
【文档编号】G08B13/181GK203825755SQ201420242147
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】刘宝玉, 刘正先, 田永超, 曾伍阳, 杨勇, 申会文 申请人:刘宝玉, 刘正先, 田永超