一种激光防盗方法及激光防盗装置与流程

本发明涉及安防领域，特别涉及一种利用激光信号进行加密通信防盗的方法及激光防盗装置。

背景技术：

目前，利用激光防盗的方式有很多，其中较常用的方法是在防护的空间中利用激光进行分隔，当有障碍物遮挡激光照射时，就可以认定有不安全的因素，比如有人进去了。

目前的无线激光防盗装置，一般采用一个激光发射器和一个激光接收器，利用激光直线传播的特点，设置在盗贼入口处，当有盗贼闯入时，身体遮挡使激光发射器发射的激光不能传播照射到激光接收器上，在激光接收器中将出现激光中断而产生比如输出一个脉冲信号，在防盗主机上可以通过到这个脉冲信号或者其它反应信号而判断有人闯入，主机于是就通过声光电等方式提醒，表示有不安全事件发生。由于在门口处是采用激光信息，在发射器和接收器之间没有采用信号线连接，因此，也称无线激光防盗装置。这样的无线激光防盗装置一般通过激光发射模块发射一束脉冲宽度调制的一个固定频率的信号，激光接收模块通过光电器件接收光信号转换为电信号后进行解调，如果将光束遮挡住，则发出报警信号。其缺点在于：安全保密性较差：在入侵探测应用中，固定调制频率很容易被探测到并且容易通过伪造发射光源而使探测器失去作用。

技术实现要素：

本发明针对现有的无线激光防盗装置安全保密性较差：在入侵探测应用中，固定调制频率很容易被探测到并且容易通过伪造发射光源而使探测器失去作用的不足，提供一种新的激光防盗方法及激光防盗装置。

本发明的技术方案：一种激光防盗方法，该方法利用一组激光发射装置发射激光、一组相应的激光接收装置接收对应的激光发射装置发射的激光，当有入侵物遮挡激光传播时，激光接收装置产生激光被挡的信号触发警报装置报警以实现防盗的目的；

在激光发射装置中，按照下列步骤调制激光；

步骤101、生成一帧发射数据，该发射数据至少包括激光接收装置的认可的特征数字，对该发射数据进行加密；

步骤102、利用发射数据作为控制光发射器件发射的pwm信号控制光发射器件发射激光；

在激光接收装置中，采用光电器件接收光信号转换为电信号后，按照以下步骤进行解调：

步骤201、在特定时间内，对接收到数据进行解密，如果是本激光接收装置认可的特征数字，则重新计时并向报警主模块发送解除报警信号；不同则，产生触发报警信号。

由于激光在发射和接收过程中需要进行加密和解密，可以克服这样容易被探测到并且容易通过伪造发射光源而使探测器失去作用的不足。

进一步的，上述的激光防盗方法中：

激光发射装置中，生成一帧发射数据并进行加密包括以下步骤：

一帧发射数据由起始位和8位二进制数据两个部分组成；

起始位为150us的高电平和150us的低电平组成；

数据位二进制1为100us的高电平和50us的低电平组成，数据位二进制0为50us的高电平和50us的低电平组成；

数据位分为高4位和低4位，高4位的数值为特征数值，低4位为加密值，加密值为1至16，由1开始，并按每发一帧数据，加密值加1，超过16将重新置1；

激光接收装置中解调接收端接收过程如下：

通过外设定时器的上升沿输入捕获功能，记录两次输入上升沿的时间，如果捕获到两次上升沿的时间为300us，误差为20us以内，则进入接收数据模式；

如果捕获到两次上升沿的时间为150us，误差为20us以内，则接收到的数据位为二进制1；

如果捕获到两次上升沿的时间为100us，误差为20us以内，则接收到的数据位为二进制0；

连续接收8位二进制，将接收到的数据转化成数值；

数据的高4位与激光接收模块特征数值对比，不相同则发出报警信号，数据的低4位与上一次接收到的数据低4位加1后相比较，如果上一次接收到的数据低4位加1后超过16则将上一次接收到的数据低4位置1，然后相比较，不相同则发出报警信号，数据完全相同则发送解除报警信号。

这是一种比较简单的加密和解密方式。

本发明还提供了一种激光防盗装置，包括一组激光发射装置与对应的激光接收装置和报警模块；所述的激光发射装置向激光接收装置发射激光，激光接收装置中断接收激光后产生触发报警装置报警的触发信号；所述的激光发射装置包括激光信号生成模块、加密模块、调制模块和激光发射器，所述的加密模块与调制模块相连，对将要发送的信息进行加密；所述的激光接收装置包括激光接收器和解调模块、解密模块，所述的解密模块与解调模块相连相连，对解调模块输出的信号解密还成发送的信息。

同样由于有加密模块和解密模块，可以克服这样容易被探测到并且容易通过伪造发射光源而使探测器失去作用的不足。且采用多束激光克服单光束防盗拦截面小，很容易避开光束，使防盗作用失效的不足，也可以避免由于树叶、动物等挡住光束时，会产生误报信号的可能。

进一步的，上述的激光防盗装置中：所述的发送的信息由设置在激光发射装置上的拨码开关及外围电路提供，包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和拨码开关s1，所述的电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4的一端分别接3.3v电源，另一端分别通过所述的拨码开关s1与所述的电阻r5相连，电阻r5的另一端接地，电阻r5的另一端输出的电压经过ad转换后形成发送信息；

在激光接收装置中包括形成与所述的改善信息一致的比较信息，比较信息由设置在激光接收装置上与激光发射装置上相同的拨码开关及外围电路提供。

进一步的，上述的激光防盗装置中：所述的激光发射器包括激光发射管，所述的激光信号生成模块生成的激光信号从激光发射管的输入端输入，调制模块的输出通过放大电路放大后接所述的激光发射管的控制端；所述的放大电路包括三极管q3、电阻r41、电阻r42，所述的调制模块输出的pwm信号经过电阻r41与所述的三极管q3的基极相连，电阻r42连接于三极管q3的基极与地之间，三极管q3的发射极接地，集电极接所述的激光发射管的控制端。

进一步的，上述的激光防盗装置中：所述的激光接收器，包括将光电探测器接收到的微弱光电流转换成电压的前置电流电压转换电路、放大电路、整形电路，所述的前置电流电压转换电路输出的电压信号由所述的放大电路放大后经过整形电路整形然后传输给中央处理器处理；所述的放大电路包括级联的一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路；

所述的一级放大电路包括运算放大器t1、电阻r47、电阻r48、电阻r49、电阻r50、电容c27和电容c30；

所述的前置电流电压转换电路的输出端（vout1）通过电阻r48接运算放大器t1的异相端；电源的正极通过电阻r50和电阻r49对地分压后接运算放大器t1的同相端；电阻r47连接在运算放大器t1的异相端与输出端之间；在运算放大器t1通过电容c30以后形成所述的一级放大电路的输出端（vout2）；电容c27设置在运算放大器t1同相端与地之间；

所述的二级放大电路和第三极放大电路相同，包括运算放大器t2、电阻r54、电阻r53、电阻r61、电容c29和电容c33；

所述的运算放大器t2的异相端通过串连电阻r54和电容电容c29接地；所述的一级放大电路的输出端（vout2）接所述的运算放大器t2的同相端；电阻r53设置在运算放大器t2的异相端与输出端之间；运算放大器t2输出端通过电容c33与电阻r61串连接地，电容c33与电阻r61的连接出引出所述的二级放大电路的输出端（vout3）；在所述的一级放大电路的输出端（vout2）与所述的运算放大器t2的同相端的连接线上还设置有电压上拉电路。

进一步的，上述的激光防盗装置中：所述的前置电流电压转换电路包括运算放大器t3、电阻r44、电阻r43和电容c25、电压上拉电路；

激光接收管l1的阴极接电源的正极，激光接收管l1的阳极串连电阻r44接运算放大器t3的异相端；激光接收管l1的阳极串连电容c25接运算放大器t3的同相端；在运算放大器t3的同相端还接的电压上拉电路；电阻r43跨接于运算放大器t3的异相端与输出端之间，运算放大器t3的输出端为前置电流电压转换电路的输出端（out1）。

进一步的，上述的激光防盗装置中：所述的电压上拉电路包括电阻r55、电阻r51、电阻r52和电容c28；电源正极通过电阻r51和电阻r52接地，电阻r51和电阻r52之间通过电阻r55接运算放大器的同相端；电容c28与电阻r52并联。

进一步的，上述的激光防盗装置中：所述的整形电路包括电压比较器t4、电阻r63、电阻r64、电阻r65和电容c35；

第三级放大电路的输出（out4）接电压比较器t4的同相端；电源正极通过串连电阻r63接电压比较器t4的异相端，在电压比较器t4的异相端还通过电阻r64与电容c35的并电路接地，在电压比较器t4的输出端通过电阻r65接上拉电源。

附图说明

图1为本发明结构框图。

图2为本发明激光发射装置和激光接收装置结构框图。

图3是本发明实施例中所采用的拨码开关原理图。

图4是本发明实施例中所采用的激光发射电路原理图。

图5是本发明实施例中的数据通讯格式。

图6为本发明激光接收装置结构框图。

图7是本发明实施例中前置电流电压转换电路原理图。

图8是本发明实施例中第一级放大电路原理图。

图9是本发明实施例中第二、第三级放大电路原理图。

图10是本发明实施例中第二、第三级放大电路和前置电流电压转换电路中电压上拉电路原理图。

图11是本发明实施例中整形电路原理图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，本实施例是一种具有多对激光发射模块和相应的激光接收模块的的多通道激光防盗装置，该装置可以有n对激光发射模块和激光接收模块，这些激光发射模块和激光接收模块利用can总线相互连接和与报警主模块连接。系统上电或复位后，激光发射模块将自检所有在线的激光发射模块，自检完毕后按地址由小到大循环发射地址码信号，对应的激光接收模块将接收到的光信号转换为数字信号，并与自身的地址码相比较，20毫秒内接收不到与自身的地址码相同的信号将向报警主模块发送报警信号，接收到与自身的地址码相同的信号将向报警主模块发送解除报警信号，报警主模块将接收到的报警信号总数与报警主模块设置的报警信号触发个数相比较，超过或相同则发出最终报警信号。

本实施例中，一对激光发射装置和激光接收装置结构框图如图2所示。

本实施例中，所有的激光发射模块和所有的激光接收模块均采用标准模块，在其上设置有如图3所示的拨码开关，通过闭合不同的开关输出不同的电压信号，这些电压信号就可以表示该激光发射模块或者激光接收模块的特征数据，如图3所示，通过利用开关闭合或者断开实现电阻r1、r2、r3、r4不同组合的并联，生成不同的电压信号由分压电阻r5输出不同的电压。通过采用发射模块和接收模块相同的码子作为特征数据，进行调制和解调，并在激光接收模块一侧采用比较器将接收到的激光调制信号解调后的数据与拨码开关输入的数据进行比较，如果这两个数据相同，说明激光没有被遮挡，如果不相同说明与该激光接收模块相对应的激光发射模块发射的激光被遮挡了，通过can总线向报警主模块发送需要报警的信号，此时，报警主模块可以采用声、光等方式报警。

激光发射器包括激光发射管，如图4所示，激光信号生成模块生成的激光信号从激光发射管的输入端输入，调制模块的输出通过放大电路放大后接激光发射管的控制端。其中，放大电路包括三极管q3、电阻r41、电阻r42，调制模块输出数字信号是一种方波，它就是一种pwm信号，pwm信号经过电阻r41与三极管q3的基极相连，电阻r42连接于三极管q3的基极与地之间，三极管q3的发射极接地，集电极接所述的激光发射管的控制端。具体生成的激光调制信号为：起始位为150us的高电平和150us的低电平组成；就是在起始150us有激光发射，在随后的150us没有激光发射。

数据位二进制1为100us的高电平和50us的低电平组成，数据位二进制0为50us的高电平和50us的低电平组成；此时，同样，高电平时，有激光发射，低电平时没有激光发射。

数据位分为高4位和低4位，高4位的数值为特征数值，低4位为加密值，加密值为1至16，由1开始，并按每发一帧数据，加密值加1，超过16将重新置1。此时，同样，高电平时，有激光发射，低电平时没有激光发射。

本实施例中激光防盗装置包括最多16（n=16）对激光发射模块和激光接收模块，一个报警主模块。激光发射模之间采用can通讯，报警主模块和激光接收模块之间采用can通讯，每一对激光发射、接收模块的地址码一致才能配对成功，并按地址码的大小来分时复用按顺序循环发射信号。发射端的中央处理器（cpu）读取其地址码的信息，并进行加密处理成一帧数据，一帧数据由起始位和8位数据位组成，数据位的高4为地址码的值，低4位为加密值，加密处理后的数字信息由激光发射模块的中央处理器（cpu）通过io口pwm调制后控制光器件发射给激光接收模块如图5所示。在20ms内，激光接收模块将接收到的信号数据值高4位与自身地址码相比较，低4位与上一次接收到的数据低4位加1后相比较，如果相同，则重新计时20ms并向报警主模块发送解除报警信号,不同则该激光接收模块向报警主模块发出报警信号，报警主模块将接收到的报警信号的个数与报警主模块设置的报警信号触发个数相比较，超过或相等则报警主模块发出最终报警信号。

本实施例中，一组激光发射装置发射激光、一组相应的激光接收装置接收对应的激光发射装置发射的激光，当有入侵物遮挡激光传播时，激光接收装置产生激光被挡的信号触发警报装置报警以实现防盗的目的；

在激光发射装置中，按照下列步骤调制激光；

步骤101、生成一帧发射数据，该发射数据至少包括激光接收装置的认可的特征数字，对该发射数据进行加密；

步骤102、利用发射数据作为控制光发射器件发射的pwm信号控制光发射器件发射激光。

生成一帧发射数据并进行加密包括以下步骤：

激光接收模块如图6所示信号接收放大整形电路包括前置电流电压转换电路、一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路和整形电路，置电流电压转换电路采用跨阻抗并联电压负反馈放大器，将光电探测器接收到的微弱光电流转换成电压，并进行一级放大、二级放大和三级放大，最后将放大后的信号通过整形电路整形后传输给激光接收模块中央处理器处理。

其中电流电压转换电路如图7所示，它采用跨阻抗并联电压负反馈放大器，将光电探测器接收到的微弱光电流转换成电压并经过放大后传输给一级放大电路。具体电路是包括运算放大器t3、电阻r44、电阻r43和电容c25、电压上拉电路；如图7所示，激光接收管l1的阴极接电源的正极，激光接收管l1的阳极串连电阻r44接运算放大器t3的异相端；激光接收管l1的阳极串连电容c25接运算放大器t3的同相端；在运算放大器t3的同相端还接的电压上拉电路；电阻r43跨接于运算放大器t3的异相端与输出端之间，运算放大器t3的输出端为前置电流电压转换电路的输出端out1。

第一级放大电路如图8所示，包括运算放大器t1、电阻r47、电阻r48、电阻r49、电阻r50、电容c27和电容c30；

前置电流电压转换电路的输出端vout1通过电阻r48接运算放大器t1的异相端；电源的正极通过电阻r50和电阻r49对地分压后接运算放大器t1的同相端；电阻r47连接在运算放大器t1的异相端与输出端之间；在运算放大器t1通过电容c30以后形成所述的一级放大电路的输出端vout2；电容c27设置在运算放大器t1同相端与地之间。

本实施例中，第二、第三级放大电路采用相同的原理电路图如图9所示包括运算放大器t2、电阻r54、电阻r53、电阻r61、电容c29和电容c33；

运算放大器t2的异相端通过串连电阻r54和电容c29接地；所述的一级放大电路的输出端vout2接所述的运算放大器t2的同相端；电阻r53设置在运算放大器t2的异相端与输出端之间；运算放大器t2输出端通过电容c33与电阻r61串连接地，电容c33与电阻r61的连接出引出二级放大电路的输出端vout3；在所述的一级放大电路的输出端vout2与所述的运算放大器t2的同相端的连接线上还设置有电压上拉电路。

如果是第三极放大电路则采用二级放大电路的输出端vout3运算放大器t2的同相端，输出端vout4。

图10是前置电流电压转换电路和第二、第三级放大电路中使用的电压上拉电路，电压上拉电路包括电阻r55、电阻r51、电阻r52和电容c28；电源正极通过电阻r51和电阻r52接地，电阻r51和电阻r52之间通过电阻r55接运算放大器的同相端；电容c28与电阻r52并联。

整形电路如图11所示包括电压比较器t4、电阻r63、电阻r64、电阻r65和电容c35；第三级放大电路的输出（out4）接电压比较器t4的同相端；电源正极通过串连电阻r63接电压比较器t4的异相端，在电压比较器t4的异相端还通过电阻r64与电容c35的并电路接地，在电压比较器t4的输出端通过电阻r65接上拉电源。电流电压转换电路和一、二、三级放大电路采用集成运算放大器ne5532,整形电路采用lm311电压比较器，电源为12v单电源供电。

在激光接收装置中，采用光电器件接收光信号转换为电信号后，按照以下步骤进行解调：

步骤201、在20ms时间内，对接收到数据进行解密，如果是本激光接收装置认可的特征数字，则重新计时并向报警主模块发送解除报警信号；不同则，产生触发报警信号。

激光接收装置中解调接收端接收过程如下：

通过外设定时器的上升沿输入捕获功能，记录两次输入上升沿的时间，如果捕获到两次上升沿的时间为300us，误差为20us以内，则进入接收数据模式；

如果捕获到两次上升沿的时间为150us，误差为20us以内，则接收到的数据位为二进制1；

如果捕获到两次上升沿的时间为100us，误差为20us以内，则接收到的数据位为二进制0；

连续接收8位二进制，将接收到的数据转化成数值；

数据的高4位与激光接收模块特征数值对比，不相同则发出报警信号，数据的低4位与上一次接收到的数据低4位加1后相比较，如果上一次接收到的数据低4位加1后超过16则将上一次接收到的数据低4位置1，然后相比较，不相同则发出报警信号，数据完全相同则发送解除报警信号。

本实施例中有6光束的激光防盗装置，包括6个激光发射模块、6个激光接收模块和报警主模块。系统上电或复位后，激光发射模块1（地址为0）将自检所有在线的激光发射模块，自检完毕后按地址由小到大分时复用循环发射一帧数据，一帧数据的格式如图2数据通讯格式和时序图所示，由起始位和8位二进制数据两个部分组成，起始位为150us的高电平和150us的低电平组成，数据位二进制1为100us的高电平和50us的低电平组成，数据位二进制0为50us的高电平和50us的低电平组成。数据位分为高4位和低4位，高4位的数值为地址编码拨码开关的数值，低4位为加密值，加密值为1至16，由1开始，并按每发一帧数据，加密值加1，超过16将重新置1。激光接收模块通过图激光信号接收放大整形电路将接收到的激光加密信号整形并且放大后传输给激光接收模块，激光接收模块的中央处理器通过外设定时器的上升沿输入捕获功能，记录两次输入上升沿的时间，如果捕获到两次上升沿的时间为300us，误差为20us以内，则进入接收数据模式，如果捕获到两次上升沿的时间为150us，误差为20us以内，则接收到的数据位为二进制1，如果捕获到两次上升沿的时间为100us，误差为20us以内，则接收到的数据位为二进制0，并连续接收8位二进制，将接收到的数据转化成数值，数据的高4位与激光接收模块地址码的数值对比，不相同则向报警主模块发出报警信号，数据的低4位与上一次接收到的数据低4位加1后相比较，如果上一次接收到的数据低4位加1后超过16则将上一次接收到的数据低4位置1，然后相比较，不相同则向报警主模块发出报警信号，数据完全相同则向报警主模块发送解除报警信号，报警主模块将接收到的报警信号总数与报警主模块设置的报警信号触发个数相比较，超过或相同则发出最终报警信号。

本实施例具有如下特点：

1、每一对激光发射、接收模块采用唯一的地址码，只有地址码一致才能配对成功，不会出现相互干涉的情况，数据采用数字加密技术，安全性更高。

2、多对独立光束信号形成一个防盗拦截平面，能够无死角的实时监控。

3、报警主机模块可调报警信号触发个数，降低因一些外在因素（树叶、动物等挡住光束）产生的误报率。

4、采用数字化技术，系统更稳定。无模拟电路的无线激光防盗装置频点漂移的现象。

5、激光接收模块前置电路采用跨阻抗并联电压负反馈放大器，将电流信号转换为电压信号，降低等效输入噪声电流，提信号接收高灵敏度。

6、接收信号通过前置电流电压转换电路、三级放大器放大电路和整形电路整形，提高信号的传输距离和系统长时间工作的稳定性。

7、安装调试简单：由于无线激光防盗装置的身份信息是通过地址码设置实现的，安装调试人员无需借助仪器仪表等即可完成一对无线激光防盗装置的配对工作。