【正文】 4 期， 208— 213 ． 【 5】孫圣和，王廷云，徐 影，光纖測(cè)量與傳感技術(shù)，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 20xx【 6】劉波，楊亦飛，劉文成，光纖圍欄技術(shù)的特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀，光子技術(shù)。 隨著中國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)，近幾年來(lái)，我國(guó)舉辦了很多大型的活動(dòng)，比如北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)、廣州亞運(yùn)會(huì)、深圳大運(yùn)會(huì)、西安世園會(huì)等等，這些大型的公共活動(dòng)就需要更加全面和整體的安保系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)模大、規(guī)格高，國(guó)內(nèi)的安防企業(yè)以前很少走出國(guó)門(mén)，很少有機(jī)會(huì)參與這些大型的安防項(xiàng)目，這也就造成了這些項(xiàng)目的價(jià)格非常高。遠(yuǎn)程防盜監(jiān)控系統(tǒng)的問(wèn)世已有幾十年，最初多應(yīng)用于軍事機(jī)構(gòu)及政府部門(mén)，價(jià)格極高，沒(méi)能進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)，而且由于技術(shù)不夠成熟，在多變的天氣及惡劣的氣候環(huán)境下可靠性不高。 隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)自身周?chē)沫h(huán)境越來(lái)越在意，都希望自己居住在一個(gè)擁有安全的環(huán)境的小區(qū)內(nèi)。 （ 4）每個(gè)防區(qū)最遠(yuǎn)探測(cè)長(zhǎng)度距離可達(dá) 5000 米。 1無(wú)機(jī)械動(dòng)部件，壽命長(zhǎng)。這樣，蜂鳴器將發(fā)出間隙聲響。 、聲光報(bào)警系統(tǒng) 聲光報(bào)警器（ Audible and visual alarm）又叫聲光警號(hào)， 是為了滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)報(bào)警響度和安裝位置的特殊要求而設(shè)置。 (2) 基本原理 簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，屏幕能顯示的基本原理就是在兩塊平行板之間填充液晶材料，通過(guò)電壓來(lái)改變液晶材料內(nèi)部分子的排在列狀況，以達(dá)到遮光和透光的目的來(lái)顯示深淺不一，錯(cuò)落有致的圖象，而且只要在兩塊平板間再加上三元色的濾光層，就可實(shí)現(xiàn)顯示彩色圖象。 DSP 的中斷程序主要是開(kāi) 始將 采 樣 值 送 入采 樣 數(shù) 組 ad[m++]總 采 樣 次 數(shù) a加 1M1023？結(jié) 束M=0轉(zhuǎn) 換 標(biāo) 志 位Finish=1NYAD轉(zhuǎn) 換 子 程 序 圖 進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，圖為 AD轉(zhuǎn)換子程序。 、 DSP 的中斷程序設(shè)計(jì) DSP 程序中 AD轉(zhuǎn)換以中斷的形式進(jìn)行。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，正常情況下人每秒鐘走 2． 3步，每走一步將至少給光纖帶來(lái) 0． 1秒以上的擾動(dòng)信號(hào)，汽車(chē)等大型機(jī)械物體產(chǎn)生的振動(dòng)的頻率和幅度都要高于人為因素產(chǎn)生的振動(dòng)。數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)需要知道濾波器系數(shù)，利用 Matlab的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工具箱可以很方便地獲得濾波器的系數(shù)。 IIR 濾波器的差分方程為： ? ? ? ? ? ?inybinxany Ni iNi i ???? ?? ?? 10 其 z 變換為： ? ????????? NiiiMiiizbzaH101Z 巴特沃思濾波器的幅度平方函數(shù)定義為： ? ? Nca jH 2211???????? ????? 式 (3． 3)中 N 為正整數(shù)，代表濾波器的階次， N 值越大，通帶和阻帶的近似性越好，過(guò)渡帶也越陡，但相應(yīng)的濾波器的結(jié)構(gòu)也復(fù)雜，系統(tǒng)的運(yùn)算量也越大。 ① .IIR 濾波器可以用 FIR 濾波器可得到嚴(yán)格的線(xiàn)性較少的階數(shù)獲得和 FIR濾波器相似的幅頻特性，侵系統(tǒng)存儲(chǔ)單元少，運(yùn)算次數(shù)少，較為經(jīng)濟(jì)。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后．系統(tǒng)返回，繼續(xù)等待轉(zhuǎn)換標(biāo)志位finish 置 l。 、 DSP 主程序設(shè)計(jì) 主程序需要對(duì)數(shù)字信號(hào)分析處理，判斷周?chē)欠裼挟惓Ｇ闆r的發(fā)生。為了獲得較高的 AD 轉(zhuǎn)換精度，必須采用正確的線(xiàn)路板布局，在線(xiàn)路板設(shè)計(jì)中， DSP 芯片上連接分布式光纖傳感器輸出信號(hào)的 AD 采集引腳引出的引線(xiàn)要盡量遠(yuǎn)離數(shù)字信號(hào)線(xiàn)，以便最大程度地消除數(shù)字電路中開(kāi)關(guān)噪聲與 ADC 輸入之間的耦合。本系統(tǒng)采用專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于 DSP 和微處理系統(tǒng)的控制芯片 TPS3833． 23 作為復(fù)位芯片，其具有上電復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位等功能，上電固定復(fù)位周期在 200ms。 ⑵ .電源電路 電源直接決定著 DSP 的正常供電，在 TMS320F2812 芯片中的電源引腳 (CPU， I／ O， PLL， FLASH 以及模擬電路電源引腳 )都要連接到各自的供電電源上，否則系統(tǒng)無(wú)法正常工作。為了能夠正確地選擇數(shù)字信號(hào)處理的手段和方法，設(shè)計(jì)小區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)之前，首先進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。電壓跟隨器可以提高輸入 阻抗，并且降低輸出阻抗，有利于與后一級(jí)信號(hào)耦合。為了能使數(shù)字信號(hào)處理器更好地分析光纖傳感器中采集的信號(hào)，設(shè)計(jì)了一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路，包括抗混疊濾波電路和一個(gè)主放大器，將光電探測(cè)電路產(chǎn)生的電壓值濾波后進(jìn)一步放大，以獲得適合數(shù)字信號(hào)處理器分析的電壓值。分布式光纖傳感系統(tǒng)主要由光源、光隔離器、光源驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路、光電探測(cè)器和信號(hào)調(diào)理電路組成。則 ? ? ? ? ? ? 2121222211 ,s ??? ???????? tststAIAI ， 兩束相干光波干涉后的光強(qiáng)為： ? ?? ???????? tIIIII sc o s2 2121 設(shè) 0I 而為輸入到兩條測(cè)試光纖中的總光強(qiáng)；兩相干光波的混合效率。光纜中的兩條光纖構(gòu)成光纖干涉儀的兩條測(cè)試光纖，而第三條光纖用于信號(hào)傳輸。當(dāng)入設(shè)光強(qiáng)變化時(shí)，光生載流子的濃度及通過(guò)外回路的光電流也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。利用光敏電阻的這種特性制成的光控開(kāi)關(guān)在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn)。 光電轉(zhuǎn)換器件主要是利用光電效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。發(fā)射出的光子具有特定的波長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，原子必須受激上升到基態(tài)以上兩到三個(gè)能量層級(jí)。 系統(tǒng)的總體框圖如圖 所示： 光 纖傳 感 器信 號(hào)調(diào) 理 電 路D S P信 號(hào) 處 理監(jiān) 控中 心 顯 示 圖 系統(tǒng)的總體框圖 本系統(tǒng)是基于馬赫 — 增特光纖干涉儀原理的周界遠(yuǎn)程監(jiān)控分布式光纖檢 測(cè)技術(shù)對(duì)周界周?chē)h(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該技術(shù)利用光纖作為傳感器采集周界附近的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的處理和分析，可以有效地檢測(cè)出周界周?chē)欠裼挟惓Ｇ闆r發(fā)生，并實(shí)現(xiàn)周界周?chē)膶?shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。 3．設(shè)計(jì)了一套基 于 DSP 技術(shù)的小區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，使用 DSP 技術(shù)對(duì)光纖傳感器采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，分析處理，并將對(duì)小區(qū)周?chē)闆r的判斷結(jié)果通過(guò)串行電路發(fā)送到小區(qū)監(jiān)控中心。 4．采用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了一套監(jiān)控中心的軟件系統(tǒng)，完成了監(jiān)控中心對(duì)小區(qū)的情況分析、顯示和存儲(chǔ)報(bào)警信息等功能。 、光纖傳感器 、激光發(fā)射器 激光器是控制受激原子的光子釋放方式的設(shè)備。這就提高了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的程度。 L光 的 振 幅反 射 鏡反 射 鏡n2?輸 出? ?光強(qiáng)初始位置光OXL激 光 器 的 構(gòu) 成 和 工 作 原 理 圖 激光器的構(gòu)成和工作原理 激光器的工作類(lèi)型 激光器的種類(lèi)很多，可分為固體、氣體、液體、半導(dǎo)體等幾種類(lèi)型。自光電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)至今，光電轉(zhuǎn)換器件獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，目前各種光電轉(zhuǎn)換器件已廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)。 ⑶ 二次電子發(fā)射效應(yīng) 當(dāng)電子轟擊某物體時(shí)，如果該電子的動(dòng)能足夠大，被轟擊物體將會(huì)有新的電子發(fā)射出來(lái)，該現(xiàn)象稱(chēng)為二次電子發(fā)射效應(yīng)。這種變化在入射光強(qiáng)很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)仍能保持線(xiàn)性關(guān)系。其測(cè)試系統(tǒng)組成如圖所示。則有 ? ? ? ?? ?? ??? ????? tsc o s1t 0II 如果僅考慮交流光強(qiáng)，上式可簡(jiǎn)化為： ? ? ? ?? ??? ???? tItI sc o s0 通過(guò)光電檢測(cè)器將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，光電流的交流量為： ? ? ? ?? ??? ???? tKIti sco s0 式中 K 為光電二極管的響應(yīng)度。光源主要用于向分布式光纖微振動(dòng)傳感器中發(fā)射光波。 、信號(hào)調(diào)理電路 光纖傳感器的光電探測(cè)器完成測(cè)試信號(hào)的光電 轉(zhuǎn)換后，獲得了周界周?chē)沫h(huán)境情況的電信號(hào)，但是此時(shí)的測(cè)試信號(hào)中仍含有一部分噪聲電壓，需要采用濾波電路對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行處理，降低噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響，使數(shù)字信號(hào)處理器能夠?qū)Ψ植际焦饫w傳感器采集的電壓進(jìn)行更好地分析。電壓跟隨和低通濾波電路。測(cè)試實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為：采用光功率為 0． 2mW 的光源，在實(shí)驗(yàn)室附近埋設(shè)一段長(zhǎng)度約 200 米的光纖，埋設(shè)深度約為10 厘米。設(shè)計(jì)時(shí)要將模擬地和數(shù)字地分開(kāi)。圖為 DSP 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) . + 3 . 3 V52V D DG N DU 3R E S E TW D 1M RT P S 3 8 2 3 3 3143復(fù) 位 信 號(hào)看 門(mén) 狗 信 號(hào)S 1S W P B圖 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) ⑷ .時(shí)鐘電路 1MS320F2812 的時(shí)鐘模塊提供兩種時(shí)鐘方式，一種是晶體模式，它是利用Ⅳ S320F2812 芯片內(nèi)提供的晶振電路，在芯片的 X1／ XCLKIN 和 X2 引腳之問(wèn)連接一個(gè)晶振來(lái)獲得時(shí)鐘信號(hào)，另外一種采用外部時(shí)鐘模式，將輸入的時(shí)鐘信號(hào)直接接到 X1／ XCLKIN 引腳上。 ADCLO 引腳是 DSP 中的低電平參考電壓引腳，在實(shí)際應(yīng)用中，將 ADCLO 引腳接地。主程序設(shè)計(jì)時(shí)首先通過(guò)數(shù)字濾波程序?yàn)V除光纖傳感器采集到的信號(hào)中的直流偏量和電源工頻干擾．然后對(duì)信號(hào)振幅的波動(dòng)大小以及持續(xù)時(shí)間判斷，分析出小區(qū)周?chē)袩o(wú)異常情況發(fā)生，最后定時(shí)將判斷的結(jié)果以短消息形式發(fā)送到遠(yuǎn)端小區(qū)監(jiān)控中心。串口標(biāo)志位 fail 為 l 時(shí)表示 GSM 網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)將在通信恢復(fù)正常后加快串口發(fā)送短消息的頻率以發(fā)完網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)沒(méi)有發(fā)出的短消息。 ② .FIR 濾波器可得到嚴(yán)格的線(xiàn)性相位，而 IIR 濾波器則做不到這一點(diǎn)， IIR濾波器 的頻率選擇性越好，則相位的非線(xiàn)性越嚴(yán)重。 Q 稱(chēng)為截止頻率。小區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)上述確定的技術(shù)指標(biāo)，將其代入 Matlab 信號(hào)處理設(shè)計(jì)箱中，獲得了 UR數(shù)字高通濾波器的系數(shù)，并取得了幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)， 50Hz 的工頻干擾，直流偏量，人活動(dòng)產(chǎn)生的最小振動(dòng)信號(hào)頻率 80Hz 等各項(xiàng)指標(biāo)均能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。小區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的報(bào)警方法為：在 8秒鐘的時(shí)問(wèn)問(wèn)隔內(nèi)，當(dāng)振動(dòng)信號(hào)的波動(dòng) 超過(guò)閾值的時(shí)間大于 4 秒鐘，系統(tǒng)將認(rèn)為小區(qū)附近有異常情況發(fā)生。 TMS320F2812 芯片的中斷設(shè)置是通過(guò)外設(shè)中斷擴(kuò)展塊 (PIE)實(shí)現(xiàn)的。 AD 轉(zhuǎn)換程序主要是將分布式光纖傳感器采集到的振動(dòng)信號(hào)的模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字 值。 對(duì)于液晶顯示器來(lái)說(shuō)，亮度往往和背光板光源有光。同時(shí)發(fā)出聲、光二種警報(bào)信號(hào)。 材料清單： 元器件 數(shù)量 蜂鳴器 1 發(fā)光二極管 1 555 集成定時(shí)器 2 1R 10 ?K 電位器 1 2R 2 ?K 電阻 1 3R 20 ?K 電位器 1 4R 2 ?K 電阻 1 閃光燈報(bào)警 蜂鳴器報(bào)警 電信號(hào) 1C ? F? 1 2C ? F? 1 1C 100 F? 電解電容 1 2C F? 電解電容 1 3C F? 電解電容 1 4C 10 F? 電解電容 1 3. 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 、創(chuàng)新點(diǎn) 該設(shè)備相應(yīng)的防拆、防攀、防翻越、防破壞等功能，當(dāng)人為破壞周界探測(cè)設(shè)備時(shí)，可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)； 系統(tǒng)可以劃分不同