一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统

本发明属于激光，尤其涉及一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统。

背景技术：

1、在光电专业的课堂教学中，需要向学生讲解脉冲激光的编码解码技术。为了能向学生直观的展现激光编码解码效果，开设实验课，让学生亲自动手实现激光的编码解码过程。由于在实验室中一般会放置多台实验系统供多组学员同时使用，激光器发出的激光信号在室内会多次反射，不可避免的会出现不同实验系统的激光互相干扰的问题。

2、目前已知的抗干扰技术要求预先知道目标数字脉冲信号的周期参数，在待解码信号中找出目标数字脉冲信号。该技术的缺点是要事先知道目标数字脉冲信号的周期参数，否则不能解码成功。在我们的教学实验中，为了演示解码算法，要求解码前完全未知待解码信号的周期参数，因此不能直接采用上述抗干扰技术解决激光互相干扰的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，可实现在实验室环境下多套系统同时工作。

2、本发明第一方面公开了一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统；所述系统包括计算机、编码设备、激光发射器、光电探测器以及解码设备；

3、所述计算机，用于设定激光码型，并通过通信线缆发送至所述编码设备；

4、所述编码设备，用于解析所述激光码型信息，并将其转变为激光脉冲驱动信号后通过ttl电平线发送至所述激光发射器；

5、所述激光发射器，用于将所述激光脉冲驱动信号转变为激光脉冲后发射出去；

6、所述光电探测器，用于接收所述激光脉冲，并将其转变为电脉冲信号后通过ttl电平线发送至所述解码设备；

7、所述解码设备，用于从接收到的所述电脉冲信号中解出所述激光码型信息，并通过通信线缆发送至所述计算机，并在所述计算机解码软件界面上显示出来；其中，所述电脉冲信号包括干扰信号和待解码目标信号；

8、所述解码设备包括：

9、脉冲宽度检测模块，用于测量每个电脉冲信号的脉宽，并从中筛选得到脉宽最小且数量最多的脉冲信号作为第一备选组；

10、脉冲间隔检测模块，用于检测相邻电脉冲信号的到达时间间隔，并找出所有符合最小时间间隔的整数倍的脉冲信号作为第二备选组；

11、待解码目标信号确认模块，筛选出第一备选组和第二备选组中相同的电脉冲信号作为待解码目标信号。

12、所述脉冲宽度检测模块将脉冲前沿作为start信号，脉冲后沿作为stop信号，通过时钟粗计数和进位链细计数实现脉宽测量，其中，

13、时钟粗计数采用200mhz时钟对start信号和stop信号进行计时，在时钟上升沿时刻如果检测到start信号，则计数器开始计数，每过一个时钟周期增加一个计数，直到在时钟上升沿时刻检测到stop信号，停止计数，此时的计数值设为n；

14、进位链细计数采用fpga内的进位链级联方式，让start信号和stop信号进入级联后的进位链，每个进位链的输出通过时钟采样存入译码模块，以得到在时钟上升沿时刻来临前start信号的到来时间δt1和stop信号的到来时间δt2，进而确定总时间t＝n*5ns+δt1-δt2为该脉冲信号的脉宽。

15、所述系统还包括第一滑块、第二滑块以及导轨；

16、所述激光发射器通过第一刚性支撑固定于所述第一滑块；

17、所述光电探测器通过第二刚性支撑固定于所述第二滑块；

18、所述第一滑块和所述第二滑块在所述导轨上滑动。

19、所述激光发射器与所述第一刚性支撑螺纹连接，所述光电探测器与所述第二刚性支撑螺纹连接。

20、所述系统还包括：

21、光强衰减器，设置于所述激光发射器和所述光电探测器之间。

22、所述系统还包括：

23、光调制器，设置于所述激光发射器和所述光电探测器之间。

24、所述激光发射器包括驱动电路和激光源，所述激光脉冲驱动信号驱动信号用于控制所述驱动电路，进而激发所述激光源发射所述激光脉冲。

25、所述激光源为半导体激光器、固体激光器或者光纤激光器中的一种。

26、所述光电探测器包括光接收器和读出电路，所述光接收器接收所述激光脉冲后，发送至所述读出电路进行光电转换，以得到所述电脉冲信号。

27、所述光接收器包括激光二极管、成光电池、光敏电阻中的一种。

28、所述通信线缆为rs422串口线、rs232串口线、rs485串口线、以太网电缆中的一种。

29、综上，本发明提出的方案具备如下技术效果：通过本系统可让操作人员动手实现脉冲激光的编码和解码过程，掌握脉冲激光的编码和解码原理，掌握基本的单片机程序开发流程。也可在此基础上开发更复杂的教学实验。同时为了避免在同一间教室同时安排多组实验时导致的激光信号互相干扰问题，设计了抗干扰技术，保证多组实验能够同时顺利进行。

技术特征：

1.一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，其特征在于，包括计算机、编码设备、激光发射器、光电探测器以及解码设备；

2.根据权利要求1所述的一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，所述脉冲宽度检测模块将脉冲前沿作为start信号，脉冲后沿作为stop信号，通过时钟粗计数和进位链细计数实现脉宽测量，其中，

3.根据权利要求1所述的一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，其特征在于，所述系统还包括第一滑块、第二滑块以及导轨；

4.根据权利要求3所述的一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，其特征在于，所述激光发射器与所述第一刚性支撑螺纹连接，所述光电探测器与所述第二刚性支撑螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，其特征在于，所述系统还包括：

6.根据权利要求1所述的一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，其特征在于，所述系统还包括：

7.根据权利要求1所述的一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，其特征在于，所述激光发射器包括驱动电路和激光源，所述激光脉冲驱动信号驱动信号用于控制所述驱动电路，进而激发所述激光源发射所述激光脉冲。

8.根据权利要求1所述的一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，其特征在于，所述光电探测器包括光接收器和读出电路，所述光接收器接收所述激光脉冲后，发送至所述读出电路进行光电转换，以得到所述电脉冲信号。

9.根据权利要求8所述的一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，其特征在于，所述光接收器包括激光二极管、成光电池、光敏电阻中的一种。

10.根据权利要求1所述的一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，其特征在于，所述通信线缆为rs422串口线、rs232串口线、rs485串口线、以太网电缆中的一种。

技术总结
本发明提出一种具备抗干扰能力的激光编码解码教学演示实验系统，包括计算机、编码设备、激光发射器、光电探测器以及解码设备。计算机用于设定激光码型发送至编码设备；编码设备用于解析激光码型信息，并将其转变为激光脉冲驱动信号；激光发射器用于将激光脉冲驱动信号转变为激光脉冲后发射出去；光电探测器用于接收激光脉冲，并将其转变为电脉冲信号后发送至解码设备；解码设备用于从接收到的电脉冲信号中解出激光码型信息并在计算机解码软件界面上显示出来。解码设备可以利用待解码目标信号和干扰信号的特性差异剔除干扰信号。本系统为了避免多组实验系统间的激光信号互相干扰问题，设计了抗干扰技术，保证多组实验能够同时顺利进行。

技术研发人员：黄思雨,邵立,路后兵,汤玉美,余昊,周权,赵大鹏
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31