[發明專利]一種基于FPGA的交叉型光幕檢測裝置有效
| 申請號： | 201810505306.0 | 申請日： | 2018-05-24 |
| 公開（公告）號： | CN108761557B | 公開（公告）日： | 2019-10-25 |
| 發明（設計）人： | 徐強;徐勝德;楊曉云;莊燕濱;查志琴;時翔;張鑫 | 申請（專利權）人： | 常州工學院 |
| 主分類號： | G01V8/20 | 分類號： | G01V8/20 |
| 代理公司： | 南京知識律師事務所 32207 | 代理人： | 高桂珍 |
| 地址： | 213032 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 紅外發射管 模擬比較器 運放 自帶 光幕檢測裝置 到位檢測 光接收管 交叉型 三極管 高速運動物體 工業惡劣環境 抗干擾能力 微弱電信號 并行處理 多路信號 功率電阻 硅鋼薄板 模擬信號 驅動回路 微小運動 冶金工業 數據處理 光脈沖 可用 雙級 放大 數字化 檢測 升級 | ||
1.一種基于FPGA的交叉型光幕檢測裝置，所述光幕包括發射器和接收器，所述發射器包括若干個紅外發射管，所述接收器包括若干個光接收管，其特征在于：所述光接收管分別與自帶運放的模擬比較器相連通，所述自帶運放的模擬比較器分別與FPGA相連通，每個光接收管接收所有紅外發射管發出的光脈沖，使用自帶運放的模擬比較器，同時實現微弱電信號的放大和模擬信號的數字化，利用FPGA同時接收、并行處理多路信號，進行交叉信號計算，實現微小運動物體的到位檢測；
光幕發射器核心芯片FPGA包括時鐘分頻模塊、基準數據生成模塊、光脈沖MOS管和三極管雙級驅動模塊、距離控制模塊；其中：
時鐘分頻模塊用于輸入50M時鐘，產生200KHz時鐘；時鐘分頻模塊的輸入時鐘CLK50M來自50M的有源晶振，200KHz時鐘輸出端CLK200K連到基準數據生成模塊的時鐘輸入端；
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，輸入時鐘CLK200K，來自時鐘分頻模塊；
光脈沖MOS管和三極管雙級驅動模塊用于產生多路紅外發射管的導通控制信號，輸入信號為發射光脈沖時鐘SerCLK，頻率為200KHz，輸入同步脈沖信號為SerData，該同步脈沖信號在每周期起始出現一個瞬時高電平，這兩個信號是由基準數據生成模塊產生，光脈沖模塊有兩組輸出信號控制多路紅外發射管的導通，分別是MOS管控制信號MOSCt和三極管控制信號LightT[n..1]；
距離控制模塊用于根據外部連線，產生距離三極管控制信號，輸入信號DisIn由外部連線降壓形成，輸出信號DisCt驅動距離三極管的基極。
2.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的交叉型光幕檢測裝置，其特征在于：所述紅外發射管使用MOS管和距離三極管雙級控制，紅外發射管的驅動回路使用距離三極管進行功率電阻大小切換。
3.根據權利要求2所述的一種基于FPGA的交叉型光幕檢測裝置，其特征在于：所述MOS管和距離三極管分別與FPGA相連通，MOS管分別與若干個紅外發射管相連，若干個紅外發射管分別通過導通三極管與遠端電阻或近端電阻相連，所述遠端電阻經距離三極管后接地，所述近端電阻直接接地，所述遠端電阻遠小于近端電阻。
4.根據權利要求2所述的一種基于FPGA的交叉型光幕檢測裝置，其特征在于：當發射器和接收器工作距離遠時，控制距離三極管導通，回路電阻小，回路電流大，紅外發射管發出的能量強；當發射器和接收器工作距離近時，控制距離三極管截止，回路電阻大，回路電流小，紅外發射管發出的能量弱，從而在近距離通信時防止信號飽和。
5.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的交叉型光幕檢測裝置，其特征在于：所述光接收管的前方還設置有窄帶濾光片，通過波長830nm到870nm。
6.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的交叉型光幕檢測裝置，其特征在于：接收器核心芯片FPGA包括時鐘分頻模塊、光脈沖起始位置判斷模塊、起始信號延遲模塊、光脈沖統計模塊、交叉判決到位檢測模塊；其中：
時鐘分頻模塊用于輸入50M時鐘，產生200KHz時鐘；時鐘分頻模塊的輸入時鐘CLK50M來自50M的有源晶振，200KHz時鐘輸出端CLK200K連到光脈沖起始位置判斷模塊和起始信號延遲模塊的時鐘輸入端；
光脈沖起始位置判斷模塊的輸入時鐘信號CLK200K來自時鐘分頻模塊，輸入光脈沖信號Light1來自第一路模擬比較器，捕捉到100us以上連零碼后的第一個脈沖，即為光脈沖的啟動碼，光脈沖起始位置判斷模塊的輸出信號為起始光脈沖位置數據OptiSta1A；
起始信號延遲模塊由兩級D觸發器組成，輸入時鐘CLK200K來自時鐘分頻模塊，輸入信號光脈沖位置數據OptiSta1A來自光脈沖起始位置判斷模塊，經過D觸發器后，輸出光脈沖位置數據OptiSta1C；
光脈沖統計模塊的輸入光脈沖信號Light1來自第一路模擬比較器，輸入信號起始光脈沖位置數據OptiSta1A和OptiSta1C，分別來自光脈沖起始位置判斷模塊和起始信號延遲模塊，光脈沖統計模塊的輸出為光脈沖判斷信號OptiJud1，用高低電平表明第一路光接收管是否收到完整的多個光脈沖；
交叉判決到位檢測模塊的輸入信號為光脈沖判斷信號OptiJud1～OptiJudn，來自n個光脈沖統計模塊，將其連到n個輸入與門，若光幕發射器和接收器之間沒有物體擋住，OptiJud1～OptiJudn均為高電平，則交叉判決到位檢測模塊輸出信號SwiOut為高電平，否則為低電平。
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