精品基于DSP光纤周界报警系统的可研报告书.docx

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精品基于DSP光纤周界报警系统的可研报告书

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基于DSP的光纤周界报警系统

的研究报告

目录

摘要2

1.作品设计、发明的目的和基本思路5

1.1、作品设计、发明的背景5

1.2、作品设计、发明的目的5

2.作品结构方案6

2.1、光纤传感器6

2.1.1、激光发射器6

2.1.2、光电转换器7

2.1.3、光纤耦合器8

2.2、信号调理电路11

2.3、DSP信号处理11

2.3.1、DSP系统11

2.3.2、DSP主程序设计15

2.3.3、数字滤波程序设计15

2.3.4、事件判断程序设计18

2.4.监控系统20

2.4.1、LCD显示系统20

2.4.2、声光报警系统21

3.系统创新点和优势22

3.1、创新点22

3.2、优势23

4.市场前景分析23

摘要

随着社会的进步和发展，人们对自身周围的环境越来越在意，都希望自己居住在一个拥有安全的环境的小区内，而现在各个居住小区的安全情况堪忧，针对这些存在的安全隐患，本文设计了一种用于小区监控的基于DSP的光纤周界报警系统。

本文根据现在小区的安全现状，构建了小区监控系统，并针对以下方面进行研究：

1．介绍了目前世界上防盗监控设备所采用的信号获取方式和手段，分析了各种防盗监控设备的原理及其优缺点，根据小区的特点选择光纤的马赫一增特（Mach—Zehnder）干涉原理作为小区周围环境信号的获取方法，该方法具有抗干扰，适应性强，可靠性好，实现简单等优点。

2．设计了一套小区监控分布式光纤测试系统，主要包括光源的驱动和保护电路，光电探测器电路和信号调理电路。

3．设计了一套基于DSP技术的小区远程监控系统，使用DSP技术对光纤传感器采集的振动信号进行模数转换，数字滤波，分析处理，并将对小区周围情况的判断结果通过串行电路发送到小区监控中心。

4．采用虚拟仪器技术设计了一套监控中心的软件系统，完成了监控中心对小区的情况分析、显示和存储报警信息等功能。

关键词：

光纤传感器、DSP、数字电路滤波器、小区安防

ABSTRACT

Withsocialprogressanddevelopment,peopleontheirownthesurroundingenvironmentmoreandmorecare,asafeenvironmentwithinthecommunity,butnowallresidentialsecuritysituationisworrying,inviewofthesesecurityproblems,thispaperintroducesadesignforresidentialsurveillancebasedonDSPopticalfiberperimeteralarmsystem.Accordingtothenowresidentialsecuritysituation,buildareamonitoringsystem,andforthefollowingaspectsofresearch:

Intheworldwereintroducedanti-theftmonitoringequipmentusedbythesignalacquisitionmodeandmeans,analysisofavarietyofanti-theftmonitoringequipmentprincipleanditsadvantagesanddisadvantages,accordingtocellcharacteristicsintheselectionofopticalfiberMaheraddspecial（Mach-Zehnder）interferenceprincipleastheareasurroundingthesignalacquisitionmethod,thismethod.

Dsignaresidentialmonitoringdistributedopticalfibertestsystem,mainlyincludes:

alightsourcedriveandprotectioncircuit,photoelectricdetectorcircuitandthesignalconditioningcircuit.

DesignasetbasedonDSPtechnologyofremotemonitoringsystemforoilwell,usingtheDSPtechnologyoffiberopticsensorcollectsvibrationsignaloftheanalogtodigitalconversion,digitalfiltering,analysisandprocessing,andtheareaaroundthejudgingresultthroughserialcircuitaresenttothedistrictmonitoringcenter.

Byusingthevirtualinstrumenttechnologytodesignasetofmonitoringcentersoftwaresystem,completedthemonitoringcenterontheestatesituationanalysis,displayandstoragealarminformationandotherfunctions.

Keywords:

opticalfibersensor,DSP,digitalcircuitfilter,communitysecurity

1.作品设计、发明的目的和基本思路

1.1、作品设计、发明的背景

我国一个人口大国，有十三亿多人口，伴随着现代化的步伐，人民的生活水平不断提高，人们对住房的要求也不断提高，既要求舒适温馨也要安全放心。

但我国各地的人口流动量大，安防状况令人堪忧，有一些不法份子利用可乘之机对小区里的居民住户进行行盗和破坏，给居民造成人身和财产损失。

目前国内的安防设备价格高昂，让人生畏，基于此我们研制了利用光纤作为信号接受与传送的DSP光纤周界报警系统。

在价格与实用性等各方面满足人们的需求。

1.2、作品设计、发明的目的

居民小区监控系统要求测量精准，运算速度快，数据运算量比较大，传统的模拟信号的处理手段难以满足要求，随着电子技术和数字技术的发展，也带来了DSP的快速发展，运用DSP技术作为信号的处理手段，有着运算速度快，功耗低等特点，居民小区范围大小不一，周边环境复杂，人流量和周边车辆流动大，需要通过上位机对其进行监控。

易于构造一个覆盖整个居民小区的监控网，实现整个小区的远程实时监控、集中管理等功能。

系统的总体框图如图1.2所示：

图1.2系统的总体框图

本系统是基于马赫—增特光纤干涉仪原理的周界远程监控分布式光纤检测技术对周界周围环境情况进行监测，该技术利用光纤作为传感器采集周界附近的振动信号，通过对振动信号的处理和分析，可以有效地检测出周界周围是否有异常情况发生，并实现周界周围的实时在线监测。

2.作品结构方案

2.1、光纤传感器

2.1.1、激光发射器

激光器是控制受激原子的光子释放方式的设备。

“Laser”是lightamplificationbystimulatedemissionofradiation（受激辐射光放大）的简称。

这一名称简要的描述了激光器的工作原理。

虽然激光器种类繁多，但它们都有一些基本特征。

激光器中，激光介质须经过泵激使原子处于激发状态。

一般来说，高强度闪光或放电可以泵激介质，进而产生大量激发状态的原子（含高能电子的原子）。

而激光器要有效运行就必须要有大量处于激发状态的原子。

一般来说，原子必须受激上升到基态以上两到三个能量层级。

这就提高了粒子数反转的程度。

粒子数反转是指处于激发态的原子和处于基态的原子之间的数量比。

激光介质受到泵激后，其中就包括一批带有激发态电子的原子。

受激电子所含能量比低层级电子的能量高。

就像电子可以吸收一定能量达到激发态一样，电子也可以释放这种能量。

如下图所示，电子只要向低层级跃迁，就会释放部分能量。

释放的能量转化为光子（光能）的形式。

发射出的光子具有特定的波长。

图2.1.1激光器的构成和工作原理

激光器的工作类型

激光器的种类很多，可分为固体、气体、液体、半导体等几种类型。

半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单。

半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，能将电能直接转换为激光能，可以在恶劣条件下稳定工作，因此选择半导体激光器作为激光光源。

2.1.2、光电转换器

传感器技术中很重要的一类称为光传感器。

光传感器通常是指紫外到红外波长范围的传感器，其类型可分为量子探测器和热探测器两类。

本实验将介绍常用的量子探测器或称光子探测器，它是利用材料的光电效应制作成的探测器，故也称为光电转换器。

其主要参数有响应度（灵敏度）、光谱响应范围、响应时间和可探测的最小辐射功率等。

光电转换器件主要是利用光电效应将光信号转换成电信号。

自光电效应发现至今，光电转换器件获得了突飞猛进的发展，目前各种光电转换器件已广泛地应用在各行各业。

常用的光电效应转换器件有光敏电阻、光电倍增器、光电池、PIN管、CCD等。

光电效应

 光电转换器件主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的光的照射下，释放出光电子的现象。

当光照射金属、金属氧化物或半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子所吸收，如果光子的能量足够大，吸收光子后的电子可挣脱原子的束缚而逸出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应。

有些物质受到光照射时，其内部原子释放电子，但电子仍留在物体内部，使物体的导电性增加，这种现象称为内光电效应。

光电导效应

 某些半导体材料在光的照射下，内部电子吸收光子后，挣脱原子的束缚而形成自由电子，使其导电性能增加，电阻率下降，这种半导体器件称为光敏电阻，这种现象称为光电导效应。

当光停止辐照后，自由电子又被失去电子的原子所俘获，其电阻率恢复原值。

利用光敏电阻的这种特性制成的光控开关在我们日常生活中随处可见。

二次电子发射效应

 当电子轰击某物体时，如果该电子的动能足够大，被轰击物体将会有新的电子发射出来，该现象称为二次电子发射效应。

轰击物体的电子称为一次电子，物体吸收一次电子后激励体内的电子到高能态，这些高能电子的一部分向物体表面运动，到达表面时仍具有足够的能量克服表面势垒而发射出来的电子称为二次电子。

常用的光电转换器件主要有光敏电阻、光电倍增管、光电二极管等。

光电二极管

 光电二极管是典型的光电效应探测器，具有量子噪声低、响应会、使用方便等特点，广泛用于激光探测器。

 外加反偏电压于结内电场方向一致，当pn结及其附近被光照射时，就会产生载流子（即电子－空穴对）。

结区内的电子－空穴对在势垒区电场的作用下，电子被拉向n区，空穴被拉向p区而形成光电流。

同时势垒区一侧一个扩散长度内的光生载流子先向势垒区扩散，然后在势垒区电场的作用下也参与导电。

当入设光强变化时，光生载流