[發明專利]一種無專用同步線的光幕檢測裝置及其方法

在審

• 申請號: 201510740977.1
• 申請日: 2015-11-04
• 公開（公告）號: CN105259588A
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 徐強;楊曉云;莊燕濱;沈利香
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: G01V8/12
• 分類號: G01V8/12
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高桂珍

1.一種無專用同步線的光幕檢測裝置，包括光幕發射器和光幕接收器，其特征在于所述的光幕發射器內設有紅外發射管，所述的光幕接收器內設有接收管，所述的紅外發射管和接收管一一對應，所述的光幕發射器包括時鐘分頻模塊、基準數據生成模塊、包含同步碼的光脈沖生成模塊，所述的時鐘分頻模塊分別與基準數據生成模塊和包含同步碼的光脈沖生成模塊相連接，所述的基準數據生成模塊與包含同步碼的光脈沖生成模塊相連接，所述的光幕接收器包括鎖相環模塊、幀同步模塊、多路開關控制模塊、到位檢測模塊，所述的鎖相環模塊與幀同步模塊相連接，所述的幀同步模塊分別與到位檢測模塊和多路開關控制模塊相連接。

2.根據權利要求1所述的一種無專用同步線的光幕檢測裝置，其特征在于所述的紅外發射器和接收管各16個。

3.根據權利要求2所述的一種無專用同步線的光幕檢測裝置，其特征在于所述的時鐘分頻模塊用于輸入50M時鐘，輸出500KHz和31.25KHz兩個時鐘；所述的基準數據生成模塊用于產生發射器所需要的時鐘SerCLK和起始基準數據SerData，所述的基準數據生成模塊接收時鐘分頻模塊輸出的CLK31K時鐘；所述的包含同步碼的光脈沖生成模塊用于產生16路紅外發射管的導通控制信號，在第一路光脈沖之前產生16位幀同步碼1001001101011101，所述的包含同步碼的光脈沖生成模塊的接收基準數據生成模塊輸出的發射光脈沖時鐘為頻率31.25KHz的SerCLK和同步脈沖為SerData，所述的包含同步碼的光脈沖生成模塊的接收時鐘分頻模塊輸出的時鐘信號CLK500K，用于同步碼生成，所述的包含同步碼的光脈沖生成模塊的輸出信號是16路紅外發射管的導通控制信號LightT[16..1]。

4.根據權利要求2所述的一種無專用同步線的光幕檢測裝置，其特征在于所述的鎖相環模塊包括鑒相器、濾波器、數控振蕩器，所述的鎖相環模塊的輸入時鐘CLK50M來自本地50MHz的有源晶振，輸入光脈沖信號LightSign來自模擬多路開關，經過鎖相環位同步運算后，產生與發射器光脈沖相位相同的500KHz時鐘信號CLK500K、31.25KHz時鐘信號CLK31K；所述的幀同步模塊的輸入時鐘信號CLK500K、CLK31K來自鎖相環模塊，輸入光脈沖信號LightSign來自模擬多路開關，捕捉到幀同步碼1001001101011101后，認為收發同步，進入同步工作階段，輸出同步數據SerData和同步時鐘SerCLK；所述的多路開關控制模塊用于產生模擬多路開關的使能信號和各通道選擇信號，使模擬多路開關可以采用時分復用方式將16路模擬信號合并成一路模擬信號，所述的多路開關控制模塊的輸入信號SerData和SerCLK來自幀同步模塊，輸出信號SwiAEN、SwiA[2..0]、SwiBEN、SwiB[2..0]分別是兩片八選一多路開關的使能信號和通道選擇信號；所述的到位檢測模塊作用是根據光脈沖數字信號LightSign、來自幀同步模塊的同步數據SerData和同步時鐘SerCLK，判斷運動物體是否出現，輸出一個開關量信號SwitchOut。

5.一種無專用同步線的光幕檢測方法，其特征在于步驟包括：

1)時鐘分頻模塊的輸入時鐘CLK50M來自50M的有源晶振，500KHz時鐘輸出端CLK500K連到光脈沖生成模塊的時鐘輸入端，31.25KHz時鐘輸出端CLK31K連到基準數據生成模塊的時鐘輸入端。時鐘分頻模塊根據50M晶振上升沿工作，每出現一次上升沿，七位計數總線加一，加到99后計數總線清零，計數總線最高位就是所需要的時鐘CLK500K，CLK500K＝CLK50M/(99+1)＝500KHz；時鐘分頻模塊輸出31.25KHz時鐘，根據上面產生的CLK500K上升沿工作，每出現一次上升沿，四位計數總線加一，加到15后計數總線清零，計數總線最高位就是所需要的時鐘CLK31K，CLK31K＝CLK500K/(15+1)＝31.25KHz；

2)以CLK31K為時鐘，進行模80計數，產生計數總線LEDCount[6..0]；當LEDCount[6..0]＝1時，同步數據SerData為1，其余任何計數狀態SerData均為0，保證在每個循環周期起始出現一個瞬時高電平，輸出時鐘SerCLK與輸入時鐘CLK31K相同；

3)包含同步碼的光脈沖生成模塊以CLK500K為時鐘，SerData為復位信號，設計停止型模64計數器，產生計數總線CLKCountA[6..0]，根據CLKCountA[6..0]的數值，采用case譯碼語句產生串行的同步碼SyncOutA：

當CLKCountA[6..0]＝15時，SyncOutA＝SyncData[15]，即同步碼第15位；

當CLKCountA[6..0]＝16時，SyncOutA＝SyncData[14]，即同步碼第14位；

當CLKCountA[6..0]＝17時，SyncOutA＝SyncData[13]，即同步碼第13位；

依次類推，當CLKCountA[6..0]＝30時，SyncOutA＝SyncData[0]，即同步碼第0位；然后光脈沖生成模塊以SerCLK為時鐘，SerData為復位信號，設計停止型模80計數器，產生計數總線CLKCountB[7..0]；當CLKCountB[7..0]＝3時，第一路紅外發射管導通，當CLKCountB[7..0]＝7時，第二路紅外發射管導通，CLKCountB[7..0]的判斷數值不斷加四，依次類推，產生16路紅外發射管的導通控制信號LightT[16..1]，在第一路發射光脈沖之前增加同步碼，LightT[1]＝LightT[1]orSyncOutA，將第一路發射信號與串行同步碼SyncOutA進行或運算，產生包含同步碼的第一路發射光脈沖信號；

4)使用兩級D觸發器實現鑒相器功能，光脈沖信號LightSign作為第一級D觸發器的數據輸入，CLK50M為第一級D觸發器的時鐘，第一級D觸發器的數據輸出連到第二級D觸發器的數據輸入，CLK50M反相后作為第二級D觸發器的時鐘，第二級D觸發器的輸出信號為LightSignA；第二級D觸發器的輸出信號LightSignA反相后與原始光脈沖信號LightSign進行與運算，就會產生光脈沖邊沿信號LightSignEdge，LightSignEdge＝LightSignand(notLightSignA)，將邊沿信號LightSignEdge經過積分器濾波后，連到數控振蕩器的復位端，CLK50M連到數控振蕩器的時鐘引腳。數控振蕩器根據50M晶振上升沿工作，每出現一次上升沿，七位計數總線加一，加到99后計數總線清零，計數總線最高位即時鐘CLK500K，CLK500K＝CLK50M/(99+1)＝500KHz，鎖相環模塊輸出31.25KHz時鐘，根據上面產生的CLK500K上升沿工作，每出現一次上升沿，四位計數總線加一，加到15后計數總線清零，計數總線最高位就是所需要的時鐘CLK31K，CLK31K＝CLK500K/(15+1)＝31.25KHz，即產生了與發射器相位完全相同的500KHz和31.25KHz時鐘信號，并且在每個循環周期內提取16次邊沿信號；

5)幀同步模塊的輸入時鐘信號CLK500K、CLK31K，輸入光脈沖信號LightSign，捕捉到幀同步碼1001001101011101后，認為收發同步，進入同步工作階段，輸出同步數據SerData和同步時鐘SerCLK；幀同步模塊對LightSign信號進行十六位串并轉換，幀同步模塊的時鐘輸入端使用CLK500K時鐘信號，數據輸入端為光脈沖信號LightSign，輸出十六位并行總線EPulData[15..0]；串并轉換模塊根據CLK500K上升沿工作，每出現一次上升沿，將LightSign送給并行總線EPulData[15..0]的最低位，同時使用for循環將EPulData[15..0]字節的十六個比特左移一位；在每個CLK500K時鐘的下降沿，比較并行數據EPulData[15..0]和同步碼1001001101011101是否相同，若相同，同步比較信號SyncComp輸出為1，否則SyncComp輸出為0；

6)以CLK500K為時鐘，SyncComp為復位信號，設計停止型模64計數器，產生計數總線CLKCountC[7..0]；接下來判斷CLKCountC[7..0]的數值，當CLKCountC[7..0]大于0且小于16時，輸出同步數據SerData為1，否則為0；

7)多路開關控制模塊以SerCLK為時鐘，SerData為復位信號，設計同步復位型模80計數器，產生計數總線CLKCountD[6..0]；接下來判斷CLKCountD[6..0]的數值，當CLKCountD[6..0]大于0且小于31時，第一片八選一多路開關的使能信號SwiAEN為0，其余任何計數狀態SwiAEN均為1；當CLKCountD[6..0]大于32且小于63時，第二片八選一多路開關的使能信號SwiBEN為0，其余任何計數狀態SwiBEN均為1；設計同步觸發型電路，在SerCLK下降沿時：

SwiA[2..0]＝CLKCountD[4..2]

SwiB[2..0]＝CLKCountD[4..2]

8)到位檢測模塊確定每個光脈沖的開始和結束位置，在各個光脈沖中產生多次判決時鐘；然后對單個光脈沖進行十二位串并轉換，對轉換后的并行碼進行數據累加、大數判斷；對有效光脈沖個數進行計數，若其等于十六，則接收光電池收到了十六個光脈沖，光幕發射器、接收器中間沒有物體擋住，輸出信號SwitchOut為高電平，否則為低電平。