CN110987178A - 一种利用太阳能电池的激光信号检测装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用太阳能电池的激光信号检测装置和系统，所述利用太阳能电池的激光信号检测装置，包括：解调电路，输入端与至少一个太阳能电池的输出端连接；所述解调电路用于对所述太阳能电池接收激光头的照射而产生的信号进行解调处理，并输出信号给AD转换电路；当预定状态的激光信号照射到所述太阳能电池时，所述解调电路的输出端的电压升高；所述AD转换电路的输出端连接处理器；所述AD转换电路用于对接收的信号进行模数转换；所述处理器用于，当检测到预定状态的激光头的信号落在所述太阳能电池上时进行计数，将当前计数值加一或者减一运算；输出模块，与所述处理器连接，用于输出所述处理器的当前计数值。

Description

一种利用太阳能电池的激光信号检测装置和系统
技术领域
本发明涉及激光领域，特别涉及一种利用太阳能电池的激光信号检测装置和系统。
背景技术
太阳能电池将照射在它表面的光能转化为电能，如果有光照射在上面，会产生开路电压，如果连成回路，同时会有电流。如果光照波动，产生的电压也会波动。
发明内容
本发明提供一种利用太阳能电池的激光信号检测装置和系统，其中一个应用是应用于仿真玩具中，来检测带调制的激光点是否打到太阳能电池上。
一种利用太阳能电池的激光信号检测装置，包括：
解调电路，输入端与至少一个太阳能电池的输出端连接；
所述解调电路用于对所述太阳能电池接收激光头的照射而产生的信号进行解调处理，并输出信号给AD转换电路；当预定状态的激光信号照射到所述太阳能电池时，所述解调电路的输出端的电压升高；
所述AD转换电路的输出端连接处理器；所述AD转换电路用于对接收的信号进行模数转换；
所述处理器用于，当检测到预定状态的激光头的信号落在所述太阳能电池上时进行计数，将当前计数值加一或者减一运算；
输出模块，与所述处理器连接，用于输出所述处理器的当前计数值。
所述太阳能电池的表面覆盖上有单色透光膜，所述单色透光膜的颜色与所述激光头的颜色相一致。
所述预定状态的激光头的信号为：状态为1；或者状态为-1；或者状态为0。
所述解调电路的输入端与各个所述太阳能电池之间分别通过第一耳机插头和第一耳机插座连接；和/或
所述指示灯和所述处理器的输入端之间通过第二耳机插头和第二耳机插座连接；
第一耳机插头和第一耳机插座之间的第一连接状态和第二耳机插头和第二耳机插座之间的第二连接状态通过IO输入反馈给所述处理器，所述处理器控制所述显示模块显示第一连接状态和第二连接状态的变化。
所述解调电路的输入端与各个所述太阳能电池之间分别通过第一耳机插头和第一耳机插座连接具体为：
当所述耳机线为四段式耳机时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述太阳能电池的两端；所述耳机线的第三端和第四端短路；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述解调电路；或
当所述耳机线为三段式耳机时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述太阳能电池的两端；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述解调电路；
所述指示灯和所述处理器的输入端之间通过第二耳机插头和第二耳机插座连接具体为：
当所述耳机线为四段式时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述指示灯的两端；所述耳机线的第三端和第四端短路；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述处理器的IO输出端；或
当所述耳机线为三段式耳机时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述指示灯的两端；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述处理器的IO输出端。
所述检测装置还包括：
电子钥匙，与所述处理器连接；所述电子钥匙内设置有第一标识，所述处理器还用于，将所述电子钥匙发送的所述第一标注与所述处理器本地保存的第二标识比较；当一致时，则判断为所述电子钥匙正确，允许执行下一指令。
所述检测装置还包括：
清零开关与所述处理器连接；当所述清零开关被按下时，且所述处理器判断当前连接的所述电子钥匙正确时，则将所述当前计数值恢复到初始值；
否则，不执行清零动作，或所述处理器使得所述显示模块显示所述电子钥匙错误的信息。
所述解调电路包括：依次连接的带通滤波器、整流电路、和低通滤波器；
当所述太阳能电池为至少两组时，所述太阳能电池和所述解调电路之间的连接具体为：第一太阳能电池的负端连接第二太阳能电池的正端；所述第一太阳能电池的正端连接所述带通滤波器的第一输入端；所述第二太阳能电池连接所述带通滤波器的第二输入端。
一种利用太阳能电池的激光信号检测系统，包括所述的利用太阳能电池的激光信号检测装置，所述接收系统还包括：使用激光头的激光信号发射装置；
所述激光信号检测装置用于通过所述太阳能电池，接收所述激光头发射的光。
所述发射装置包括：
调制电路，所述调制电路的输出端连接激光头；所述调制电路的输出端在三个状态之间切换；
第一状态为：-1，表示调制电路无输出或者输出为不能点亮激光头的低电压；
第二状态为：0，表示调制电路恒压输出，激光头具有恒定强度的激光输出；
第三状态为：1，表示调制电路输出带偏置的固定周期的信号，激光的强度为一个直流分量加上一个固定周期的变化；
所述调制电路包括：第一开关，所述第一开关的第一输入端连接恒压信号；所述第一开关的第二输入端连接带偏置的固定频率周期信号生成电路输出的信号；所述第一开关的输出端作为所述调制电路的输出端；或
所述调制电路包括：受控开关，所述受控开关的第一输入端连接恒压信号；所述受控开关的第二输入端连接带偏置的固定频率周期信号生成电路输出的信号；所述受控开关的控制输入端连接开关控制信号；所述受控开关的输出端作为所述调制电路的输出端；或
所述调制电路包括：第一减法器电路，第一输入端连接开关控制信号；所述开关控制信号由外部生成，在高电压和低电压之间切换；第二输入端连接带偏置的固定频率周期信号生成电路输出的信号；输出端连接基于二极管的钳位电路，第二加法器的第一输入端连接偏置电压，所述第二加法器的第二输入端连接所述钳位电路的输出端；所述第二加法器的输出端作为所述调制电路的输出端；或
所述调制电路包括：第二开关，所述第二开关的第一输入端连接高电压；第二输入端连接低电压，输出端连接第一减法器电路的第一输入端；所述第一减法器电路的第二输入端连接带偏置的固定频率周期信号生成电路输出的信号；输出端连接基于二极管的钳位电路的输入端；第二加法器的第一输入端连接偏置电压，所述第二加法器的第二输入端连接钳位电路的输出端；第二加法器的输出端作为所述调制电路的输出端。
本发明提供一种利用太阳能电池的激光信号检测装置和系统，能够应用于仿真玩具中，来检测带调制的激光点是否打到太阳能电池上，实现比较容易。
附图说明
图1为本发明所述的利用太阳能电池的激光信号检测系统的连接示意图；
图2为本发明所述的利用太阳能电池的激光信号检测装置的连接示意图；
图3为本发明所述的利用太阳能电池的激光信号检测装置中解调电路的连接示意图；
图4为本发明所述的利用太阳能电池的激光信号检测系统中发射装置的连接示意图；
图5-图8为本发明所述的利用太阳能电池的激光信号检测系统中发射装置的调制电路的连接示意图；
图9-图20为本发明所述的调制电路中不同信号点的波形示意图；
图21-图24为本发明不同实施例所述的利用太阳能电池的激光信号检测装置的连接示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面首先结合附图具体描述。
如图1所示，本发明提供一种利用太阳能电池的激光信号检测系统，包括：
利用太阳能电池的激光信号检测装置11，使用激光头的激光信号发射装置22；
所述激光信号检测装置11用于，通过所述太阳能电池，接收所述激光头发射的光。
如图2所示，所述利用太阳能电池的激光信号检测装置11，包括：
解调电路111，输入端与至少一个太阳能电池116的输出端连接；所述解调电路111用于对所述太阳能电池接收激光头的照射而产生的信号进行解调处理，并输出信号给AD转换电路112；当预定状态的激光信号照射到所述太阳能电池时，所述解调电路的输出端的电压升高；其中，所述太阳能电池的表面可以覆盖上有单色透光膜，所述单色透光膜的颜色与所述激光头发射的激光颜色相一致，当然，太阳能电池也可以不覆盖单色透光膜。
所述AD转换电路112的输出端连接处理器113；所述AD转换电路用于对接收的信号进行模数转换；
所述处理器113用于，当检测到预定状态的激光头的信号落在所述太阳能电池上时进行计数，将当前计数值加一或者减一运算；
输出模块114，与所述处理器连接，用于输出所述处理器的当前计数值；
输出模块114可以为：显示单元，显示所述处理器的当前计数值；和/或
输出模块可以为：指示灯，与所述处理器连接；所述处理器还用于，当检测到预定状态的激光头的信号落在所述太阳能电池上时，通过IO输出来控制所述指示灯变亮或者闪烁。输出模块也可以包括：语音和声音提示报警单元等。
其中，所述预定状态的激光头的信号可以为：状态为1；或者状态为-1；或者状态为0。其中，指示灯为可选部件。
其中，所述解调电路的输入端与各个所述太阳能电池之间分别通过第一耳机插头和第一耳机插座连接；和/或
所述指示灯和所述处理器的输入端之间通过第二耳机插头和第二耳机插座连接；
第一耳机插头是否插入第一耳机插座表示第一连接状态；第二耳机插头是否插入第二耳机插座表示第二连接状态。第一耳机插座第一耳机插头和第一耳机插座之间的第一连接状态和第二耳机插头和第二耳机插座之间的第二连接状态通过IO输入反馈给所述处理器，所述处理器控制所述显示模块显示第一连接状态和第二连接状态的变化，也就是耳机插头在清零后，是否从耳机插座里面拔出过。
所述解调电路的输入端与各个所述太阳能电池之间分别通过第一耳机插头和第一耳机插座连接具体为：
当所述耳机线为四段式时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述太阳能电池的两端；所述耳机线的第三端和第四端短路。其中，第一端、第二端、第三端、第四端是任意指定；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述解调电路；或
当所述耳机线为三段式耳机时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述太阳能电池的两端；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述解调电路。
本发明中，如图3所示，每组太阳能电池组分别连接一个耳机插头和耳机插座，保证了对每组太阳能电池对应的第一连接状态(也就是耳机插头是否插入耳机插座)检测的独立性。
所述指示灯和所述处理器的输入端之间通过第二耳机插头和第二耳机插座连接具体为：
当所述耳机线为四段式时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述指示灯的两端；所述耳机线的第三端和第四端短路；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述处理器的IO输出端；或
当所述耳机线为三段式耳机时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述指示灯的两端；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述处理器的IO输出端。
所述检测装置11还包括：
电子钥匙117，与所述处理器连接；所述电子钥匙内设置有第一标识，所述处理器还用于，将所述电子钥匙发送的所述第一标注与所述处理器本地保存的第二标识比较；当一致时，则判断为所述电子钥匙正确，允许执行下一指令。
所述检测装置11还包括：
清零开关118，与所述处理器连接；当所述清零开关被按下时，且所述处理器判断当前连接的所述电子钥匙正确时，则将所述当前计数值恢复到初始值：最大值或者0；
否则，不执行清零动作，或所述处理器使得所述显示模块显示所述电子钥匙错误的信息。
如图3所示，所述解调电路112包括：依次连接的带通滤波器、整流电路、和低通滤波器；
当所述太阳能电池为至少两组时，所述太阳能电池和所述解调电路之间的连接具体为：第一太阳能电池的负端连接第二太阳能电池的正端；所述第一太阳能电池的正端连接所述带通滤波器的第一输入端；所述第二太阳能电池的负端连接所述带通滤波器的第二输入端。本领域人员可以了解，当太阳能电池大于两组时，各组太阳能电池采取串联的方式，输入到带通滤波器。也就是说，至少两组所述太阳能电池之间串联；串联的第一太阳能电池的正端连接所述带通滤波器的第一输入端；串联的最后一个所述太阳能电池的负端连接所述带通滤波器的第二输入端。如果太阳能电池通过耳机插头和耳机插座与解调电路连接的话，耳机插头和插座当作导线处理，上述连接方式仍然成立。
如图4所示，所述发射装置22包括：
调制电路221，所述调制电路的输出端连接激光头222；所述调制电路的输出端在三个状态之间切换；
第一状态为：-1，表示调制电路无输出或者输出为不能点亮激光头的低电压；
第二状态为：0，表示调制电路恒压输出，激光头具有恒定强度的激光输出；
第三状态为：1，表示调制电路输出带偏置的固定周期的信号，激光的强度为一个直流分量加上一个固定周期的变化；状态1是本专利的接收部分需要检测的特定激光信号。
如图5所示，所述调制电路包括：第一开关，所述第一开关的第一输入端连接恒压信号；所述第一开关的第二输入端连接带偏置的固定频率周期信号生成电路输出的信号；所述第一开关的输出端作为所述调制电路的输出端；或
如图6所示，所述调制电路包括：受控开关，所述受控开关的第一输入端连接恒压信号；所述受控开关的第二输入端连接带偏置频率周期信号生成电路输出的信号；所述受控开关的控制输入端连接开关控制信号；所述受控开关的输出端作为所述调制电路的输出端；或
如图7所示，所述调制电路包括：第一减法器电路，第一输入端连接开关控制信号，开关控制信号由外部(比如处理器)生成，可以在高电压和低电压之间切换；第二输入端连接带偏置的固定频率周期信号生成电路输出的信号；输出端连接基于二极管的钳位电路，第二加法器的第一输入端连接偏置电压，所述第二加法器的第二输入端连接所述钳位电路的输出端；所述第二加法器的输出端作为所述调制电路的输出端；钳位电路的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。在此处，我们利用钳位电路将输入信号的底部保持在一个固定的非负直流电平之上。或
如图8所示，所述调制电路包括：第二开关，所述第二开关的第一输入端连接高电压；第二输入端连接低电压，输出端连接第一减法器电路的第一输入端；所述第一减法器电路的第二输入端连接带偏置的固定频率周期信号生成电路输出的信号；输出端连接基于二极管的钳位电路的输入端；第二加法器的第一输入端连接偏置电压，所述第二加法器的第二输入端连接钳位电路的输出端；第二加法器的输出端作为所述调制电路的输出端。
本发明中使用的元件如下。
太阳能电池：又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic，缩写为PV)，简称光伏。本发明利用太阳能电池特性，对入射光进行调制，然后将太阳能电池当作传感器(也就是接收端)来使用。
太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式(以下表示为a-)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si：H，a-Si：H：F，a-SixGel-x：H等)、IIIV族(GaAs，InP等)、IIVI族(Cds系)和磷化锌(Zn 3 p 2)等。根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池。其中，硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。多晶体薄膜电池包括硫化镉、碲化镉，砷化镓(GaAs)和铜铟硒薄膜电池(简称CIS)等。其它的大类像有机聚合物，纳米晶，有机薄膜，染料敏化和塑料太阳能电池就不再具体详述。在本应用里，所有的太阳能电池或者太阳能薄膜都能使用。
激光头：本发明里的激光头指小功率连续激光。一个常见的例子是激光头指示器或者玩具上所用的小于5毫瓦的连续激光。这类激光由于功率小，对人体基本可以认为无害，可以在没有特殊防护措施的情况下在自由空间里使用。由于是连续激光，光强直接受输入电压的影响。通过改变输入电压的幅度可以改变激光光强的幅度。
本发明提出一种利用大面积太阳能电池的信息传递方式，涉及自由空间的激光信号调制发射，解调接收，和相关的信息记录以及显示。本发明对小功率激光器进行调制发射，使用改造的太阳能电池做接收，并进行解调和处理。可用来检测带调制的激光点是否打到太阳能电池上面。同时用外围电路对获得的信息进行处理(包括无线传输到远程)和显示。整个系统可以应用在仿真玩具上面，实现人和人之间、无人机、车、船之间以及他们相互之间的仿真枪战。其中，太阳能电池是靶目标。靶目标可以放在无人机，车，船上等，靶子被击中后可以让指示灯亮或者闪烁等，显示屏和指示灯都是有嵌入式系统的软件来控制。
以下描述本发明的应用场景。
本发明利用改造后的太阳能电池来探测调制后的激光，整个系统分为发射部分和接收部分。
发射部分：发射端的整体系统结构图如图4所示。
发射装置主要是：应用调制电路，以控制激光头的输出在指定的三个状态之一。
调制电路：
调制电路的输出分为三个状态，分别用-1，0，和1来标识。这三个状态由两个开关A和B来控制。开关A关闭(打开)时为状态-1，开关A打开(关闭)时为状态0或者1。当开关A打开(关闭)时，由开关B来控制状态是0或者是1.
调制电路的输出连接激光管。状态为-1时，调制电路的输出是0或者一个不足以点亮激光管的低电压，激光管不发光。所以，电源开关可以作为开关A来使用。切断调制电路的供电时，调制电路输出为0，激光管不发光。供电之后，调制电路输出状态由开关B来控制。开关B的两个状态是低电平和高电平，分别对应状态0和状态1。如果状态为0时，输出为一个恒定电压，并且能点亮激光管。如果状态为1时，输出为带偏置的频率f的周期信号，激光管一直点亮，但是激光的强度以频率为f周期性变化。调制电路的功能就是通过两个开关来控制输出的状态，进而控制激光管的输出状态。
开关B有两种选择，可以是实际的物理开关，也可以是从其它电路或者嵌入式系统过来的高低电平信号。电路也有两种构型，一种是采用开关，另一种是采用二极管。组合起来共有四种方案，以下列出了全部四种方案。
方案1如图5所示。
信号点1处的电压波形如图9所示；信号点2处的电压波形如图10所示。
通过开关B，可以选择选择最后的信号输出是信号点1(状态0)还是信号点2(状态1)。
方案2如图6所示。
信号点1处的电压波形如图11所示；信号点2处的电压波形如图12所示。
开关B的控制信号可以控制受控开关，来决定将信号点1还是信号点2的信号输出。这样，开关B控制信号的高低电平可以决定最后的信号输出是信号点1(状态0)还是信号点2(状态1)。
方案2和方案1唯一的区别是：在方案2不使用物理开关，而是通过信号线的高低电平来控制受控开关。
方案3如图7所示。
下图是在每个地方的信号形状。
信号点1处的电压波形如如图13所示；
信号点2处的电压波形如图14所示。
如果开关B是高电压，那么信号点2是电压大于0的周期性信号，或者至少在大于0的部分有周期性的信号。如图15所示。
如果开关B是低电压，那么信号点2是电压低于0的周期性信号，如图16所示。
信号点3：
二极管钳位电路将低于于二极管Vbe(通常是0.3-0.7V)的电压都去掉。
如果B是高电压，那么信号点三的电压如图17所示；
如果B是高电压，那么信号点三的电压如图18所示。
信号点4：
在信号点3的基础上加上一个偏置。
如果开关B是高电压，那么信号点四的电压是图19所示；：
如果开关B是低电压，那么信号点四的电压图20所示；：
可以看到：通过直接设置信号B的高低电平，即使不用信号B去控制开关，也能实现我们需要的功能。开关B为高电平时，输出带偏置的周期信号(状态1)。开关B为低电平时，输出恒压信号(状态0)。
用类似的原理，通过调整符号和信号的正负，也可以实现开关开关B为低电平时，输出带偏置的周期信号。开关B为高电平时，输出恒压信号。总之，可以实现通过信号B的高低电平来控制输出在状态0和状态1之间切换。
方案4：
也可以用开关B控制信号来控制开关，来接通高电压和低电压，电路如图8所示。
方案3和方案4里面，如果在前级减法器里面使用单边的放大器，也就是放大器的输出不能是负电压或者小于某一个幅度的电压，那么该放大器可以自动实现二极管钳位电路的功能，从而二极管钳位电路可以省略掉。如果这样，信号点2的信号和信号点3的信号一样，二极管钳位电路省略，最后的输出信号的逻辑和信号点4的信号一样。
在调制电路里，虽然我们用方波作为例子，但是任何周期性的信号，包括正弦波，三角波，锯齿波都可以使用。
B.接收部分。
如图21、22、23、24所示，整个接收部分由改造后的太阳能电池作为接收传感器、接收电路、指示灯、嵌入式系统，解调电路，和可选的清零锁定电路。
改造后的太阳能电池。在太阳能电池表面覆盖上单色透光膜，透光膜能透过的光为激光发射的波长(颜色)。如果不使用透光膜，本发明的其它部分也可以实现所述的功能，透光膜能提高太阳能电池对特定激光信号的信噪比。
解调电路：能够检测处于状态1的激光光点是否落在改造太阳能电池板上。解调电路的电路原理图如下。
如图21、23所示，太阳能电池板连接耳机线，然后耳机线通过耳机插座，再连接解调电路。嵌入式CPU也通过耳机插座和耳机线和指示灯相连。图中，CPU是通过IO输出连接可控开关，然后控制回路的开断。指示灯通过耳机插座，耳机线、和开关、电源连接在一起。本发明中，也可以通过嵌入式CPU直接输出高低电压，直接通过耳机插座和耳机线和指示灯相连。如果输出高电压，指示灯亮，如果输出低电压，指示灯灭。嵌入式CPU通过耳机插座，能够检测耳机是否插在耳机插座。
本发明的电子钥匙的主体是一个嵌入式CPU，和主电路板的物理接口可以是串口，USB口，MINI USB口，TYPE C口等。当电子钥匙插在接收电路板上的时候，接收电路板的CPU可以和电子钥匙通讯。电子钥匙的电路板存有一串ID，当接收电路板查询的时候，返回这串ID，接收电路板把收到的ID和内置的数据对比，判断是否是正确的ID，如果ID正确，就判断钥匙正确。
接收电路板上面有清零开关。按下开关的时候，接收电路板检查是否插上正确的电子钥匙，如果是，计数器显示清零。如果不是，不反应。或者显示钥匙错误的信息。
清零之后，整个系统正常运行，在游戏时，双方玩家可以互换钥匙，保持对方的钥匙。这样玩家不能自己清零计数器，保证比赛结束后的计数器结果公平和无作弊。
耳机插入检测：在计数器清零后，在接收电路板里面能检测耳机是否拔出，在游戏中能够检测途中玩家是否将连接改造后的太阳能板或者指示灯的耳机线从耳机插座拔出。如果检测到，可以在显示屏上指示出来，作为保证公平性的又一种措施。
如图本发明可以采用两种不同的耳机(三段式或者四段式)以及配套的耳机座。以下分别针对四段式和三段式来说明如果检测耳机插入或者拔出。
四段式耳机：选择其中两个电极连接功能端，比如太阳能电池或者指示灯。如果耳机插入耳机座，太阳能电池联通解调电路，然后解调电路的输出通过AD，将电压反馈给CPU，来判断是否有状态1的激光点照射到改造后的太阳能电池上。如果耳机连接指示灯，嵌入式系统的CPU可以通过IO输出控制可控开关通断，进而控制指示灯是否连通和发光，或者嵌入式系统的CPU直接输出高低电平来控制指示灯是否发光，然后耳机线的另外两个不用的端口，在外部连接在一起。如果耳机插入耳机座，那么对应的耳机座的两个端口就短路。如果耳机拔出，耳机座对应的两个端口就是开路。嵌入式系统里很方便能判断每个耳机插座是否短路和开路，从而判断耳机是否被拔出。本发明提出四段式耳机的改动使用方法，就是两根线连接太阳能电池或者指示灯，另外两根线自己短接。然后在耳机座的电路上判断耳机是否插入。
三段式耳机：耳机插头是三段，对应每一段，有三根连接线连出来。用其中两个电极连接功能端，比如太阳能电池或者指示灯。三段式耳机的插座是四个引出电极或者端口。其中两个耳机座端口就是用来测试耳机是否插入。在耳机座里面，这两个端口平时是弹簧片连接，也就是短路。当耳机插入时，会把弹簧片顶开，这两个端口就变成开路。嵌入式系统里很方便能判断每个耳机插座是否短路和开路，从而判断耳机是否被拔出。
本发明能够检测耳机插头是否从耳机插座里拔出，如果检测到，在显示屏上指示出来的方法，可以作为保证本游戏系统公平性的一种措施。任何利用现有的或者对耳机插头插座进行改造，或者根据同样的原理设计插拔件来应用在本系统中，来检测是否拔出都在本专利的保护范围内。
如果太阳能电池，指示灯和接收电路/嵌入式系统不是插拔是连接，而是直接用导线固定的连好，上面两种系统构型可以简化为如图22、图24所示。
可选的，太阳能电池，指示灯和接收电路/嵌入式系统不是插拔式连接，而是直接用导线固定连好。
数码管/显示屏：在玩具的使用过程中，接收端需要计数，每当解调电路收到状态1的激光落在改造后太阳能电池上时，计数器加1，作为最后的成绩使用。双方在游戏结束后，检测被击中的次数(也就是数码管/显示屏)上的显示，数字小的一方为获胜方。本方案也可以改为给出一个固定的生命，然后被击中之后减少一次。如果是这样，数字大的一方获胜。如果这样，前述的清零开关改为复位开关，按下开关的时候，接收电路板检查是否插上正确的电子钥匙，如果是，计数器显示复位，也就是恢复为默认的最大值。
游戏规则：基于上述的电路、嵌入式系统和软件结构，本发明提出以下游戏规则作为发明内容。游戏开始后，在双方的监督下，插入正确的电子钥匙，然后复位(计数值清零或者恢复成默认的最大值)然后交换电子钥匙，由对方保管自己的电子钥匙。在游戏过程中(也就是计数器复位后)，检测到耳机拔出，在数码管和显示屏上显示作弊信息，并无法清除，除非用电子钥匙再次复位，作为保证公平性的手段。如果接收端断电，重启后也会显示系统重启的作弊信息，并无法清楚，除非用电子钥匙再次复位，作为保证公平性的手段。
如图23、24所示，如果接收电路部分(太阳能电池，解调电路，嵌入式系统)和用户观察的数码管/显示屏不在一个地方(比如，接收电路部分安装在遥控的无人机，无人车，或者无人船上)，而数码管/显示屏位于用户的遥控器或者手持终端上，可以通过无线传输，将信息发送给用户手持的嵌入式系统或者手持终端上。
本发明提出了一种基于激光发射和接收的方案，具有以下有益效果：
1、本发明中，太阳能电池上覆盖和激光头同颜色的透明薄膜，可以让激光信号通过，但又能减少其它波段的入射光，提高了信噪比。
2，本发明中，使用耳机插头和耳机插座，可以很方便和灵活的连接，外接的太阳能电池拥有即插即用的功能，还可以随时调整数量。利用耳机头和耳机座现成的连线方式，还能检测是否插入拔出，保证使用过程当中游戏的公平和严谨，高效灵活和简单便宜的实现了需要的功能。
3、调制电路的方案三和方案四可以避开在电路里使用开关或者继电器，可以减少电路体积。
4、电子钥匙，和提出的游戏操作规则，能保证游戏公平和严谨。可以在不需要游戏双方之间无线通讯的情况下，通过物理上交换钥匙，并在处理器的监测和显示功能配合下，杜绝作弊行为(比如断电或者拔出耳机来使太阳能电池和指示灯失效的行为)，实现公正严谨的游戏。
5、解调电路针对本发明的需要，针对激光发射处于状态1时的预定的频率，通过带通滤波增加信噪比。
6、本发明的整体系统可以具有其它构型，例如通过可选的无线通讯，让显示和太阳能电池在不同的物理位置，不一定放在一起，这样增加了灵活性，特别是把太阳能电池放在无人或者遥控车，飞机和船上的时候。
7、接收系统采用基于处理器的嵌入式系统，灵活和多功能，除了显示，指示灯的光信号，还可以加上语音和声音提示报警。
本发明能够应用于仿真玩具中，来检测带调制的激光点是否打到太阳能电池上，实现比较简单。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的″第一″、″第二″以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。″连接″或者″相连″等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。″上″、″下″、″左″、″右″等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用太阳能电池的激光信号检测装置，其特征在于，包括：
解调电路，输入端与至少一个太阳能电池的输出端连接；
所述解调电路用于对所述太阳能电池接收激光头的照射而产生的信号进行解调处理，并输出信号给AD转换电路；当预定状态的激光信号照射到所述太阳能电池时，所述解调电路的输出端的电压升高；
所述AD转换电路的输出端连接处理器；所述AD转换电路用于对接收的信号进行模数转换；
所述处理器用于，当检测到预定状态的激光头的信号落在所述太阳能电池上时进行计数，将当前计数值加一或者减一运算；
输出模块，与所述处理器连接，用于输出所述处理器的当前计数值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述太阳能电池的表面覆盖单色透光膜，所述单色透光膜的颜色与所述激光头发射的激光颜色相一致。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定状态的激光头发射的激光信号为：状态为1；或者状态为-1；或者状态为0。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述解调电路的输入端与各个所述太阳能电池之间分别通过第一耳机插头和第一耳机插座连接；和/或
所述指示灯和所述处理器的输入端之间通过第二耳机插头和第二耳机插座连接；
第一耳机插头和第一耳机插座之间的第一连接状态和第二耳机插头和第二耳机插座之间的第二连接状态通过IO输入反馈给所述处理器，所述处理器控制所述显示模块显示第一连接状态和第二连接状态的变化。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述解调电路的输入端与各个所述太阳能电池之间分别通过第一耳机插头和第一耳机插座连接具体为：
当所述耳机线为四段式时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述太阳能电池的两端；所述耳机线的第三端和第四端短路；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述解调电路；或
当所述耳机线为三段式耳机时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述太阳能电池的两端；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述解调电路；
所述指示灯和所述处理器的输入端之间通过第二耳机插头和第二耳机插座连接具体为：
当所述耳机线为四段式时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述指示灯的两端；所述耳机线的第三端和第四端短路；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述处理器的IO输出端；或
当所述耳机线为三段式耳机时，所述耳机线的第一端和第二端分别连接所述指示灯的两端；所述耳机插座的第四端接地，第三端连接处理器的IO输入端口，且通过电阻连接正电压电源；所述耳机插座的第一端和第二端连接所述处理器的IO输出端。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测装置还包括：
电子钥匙，与所述处理器连接；所述电子钥匙内设置有第一标识，所述处理器还用于，将所述电子钥匙发送的所述第一标注与所述处理器本地保存的第二标识比较；当一致时，则判断为所述电子钥匙正确，允许执行下一指令。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述检测装置还包括：
清零开关与所述处理器连接；当所述清零开关被按下时，且所述处理器判断当前连接的所述电子钥匙正确时，则将所述当前计数值恢复到初始值；
否则，不执行清零动作，或所述处理器使得所述显示模块显示所述电子钥匙错误的信息。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:
所述解调电路包括：依次连接的带通滤波器、整流电路、和低通滤波器;
当所述太阳能电池为至少两组时，所述太阳能电池和所述解调电路之间的连接具体为：至少两组所述太阳能电池之间串联；串联的第一太阳能电池的正端连接所述带通滤波器的第一输入端；串联的最后一个所述太阳能电池连接所述带通滤波器的第二输入端。
9.一种利用太阳能电池的激光信号检测系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一权利要求所述的利用太阳能电池的激光信号检测装置，所述接收系统还包括：使用激光头的激光信号发射装置；
所述激光信号检测装置用于通过所述太阳能电池，接收所述激光头发射的光。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述发射装置包括：
调制电路，所述调制电路的输出端连接激光头；所述调制电路的输出端在三个状态之间切换；
第一状态为：-1，表示调制电路无输出或者输出为小于点亮激光头的低电压；
第二状态为：0，表示调制电路恒压输出，激光头具有恒定强度的激光输出；
第三状态为：1，表示调制电路输出带偏置的固定周期的信号，激光的强度为一个直流分量加上一个固定周期的变化；
所述调制电路包括：第一开关，所述第一开关的第一输入端连接恒压信号；所述第一开关的第二输入端连接带偏置的固定频率周期信号生成电路输出的信号；所述第一开关的输出端作为所述调制电路的输出端；或
所述调制电路包括：受控开关，所述受控开关的第一输入端连接恒压信号；所述受控开关的第二输入端连接带偏置频率周期信号生成电路输出的信号；所述受控开关的控制输入端连接开关控制信号；所述受控开关的输出端作为所述调制电路的输出端；或
所述调制电路包括：第一减法器电路，第一输入端连接开关控制信号，所述开关控制信号由外部生成，在高电压和低电压之间切换；第二输入端连接带偏置的固定频率周期信号生成电路输出的信号；输出端连接基于二极管的钳位电路，第二加法器的第一输入端连接偏置电压，所述第二加法器的第二输入端连接所述钳位电路的输出端；所述第二加法器的输出端作为所述调制电路的输出端；或
所述调制电路包括：第二开关，所述第二开关的第一输入端连接高电压；第二输入端连接低电压，输出端连接第一减法器电路的第一输入端；所述第一减法器电路的第二输入端连接带偏置的固定频率周期信号生成电路输出的信号；输出端连接基于二极管的钳位电路的输入端；第二加法器的第一输入端连接偏置电压，所述第二加法器的第二输入端连接钳位电路的输出端；第二加法器的输出端作为所述调制电路的输出端。
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