一种模块化光幕结构

技术领域

本发明属于光幕结构技术领域，尤其涉及一种模块化光幕结构。

背景技术

光幕被大量地应用在区域检测中，通过遮挡光幕上的光眼，光幕可以检测出区域中遮挡物的存在，输出一个开关信号，光幕的特点是具备大量的发射管LED和接收管PD以及对这些发射接收管的控制电路。

现有的解决方案是采用MCU通过矩阵方式连接投光LED和受光PD,并通过编码方式依次选通各对LED和PD,利用共同的驱动和受光电路进行控制，而现有的解决方案存在以下缺陷：

1、因为光幕的狭长结构，焊接光眼的电路板需要拼接，最远端的LED和PD远离控制和放大电路，使得EMC设计复杂化；

2、虽然共用了控制电路，但承载LED和PD以及连接通路的电路板也无法省略；

3、现有各种细长异形结构，不利于机械化，少人化加工和制造。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种模块化光幕结构，以解决现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种模块化光幕结构，包括发射模块、接收模块以及连接模块；其中：

所述发射模块采用MCU1进行时序控制；

所述接收模块采用MCU2进行时序控制，所述MCU2与所述MCU1之间存在同步机制；

所述连接模块采用通信连接的方式将所述发射模块与所述接收模块连接。

优选的，所述发射模块包括脉冲整形单元、发射驱动单元、发射脉冲转移单元以及电光转换单元，所述脉冲整形单元用以对本模块的弹跳脉冲进行整形，所述发射驱动单元用以将脉冲电信号进行放大，所述发射脉冲转移单元用以对本模块的弹跳信号进行延时处理，所述电光转换单元用以将电信号转化为光信号。

优选的，所述弹跳脉冲以固定的时间间隔进行弹跳。

优选的，所述接收模块包括信号放大单元、同步单元、接收脉冲转移单元以及光电转换单元，所述信号放大单元将光电信号放大，所述同步单元将放大后的信号与本模块的弹跳信号同步，所述接收脉冲转移单元用以对本模块的弹跳信号进行延时处理，所述光电转换单元用以将光信号转换为电信号。

优选的，所述发射模块与所述接收模块在同一运行周期内为同步状态。

优选的，所述发射模块与所述接收模块能够进行交叉使用。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

1、采用廉价的扁平电缆进行模块串接，节省成本；

2、将各种细长的异形结构转化为易于自动化生产的模块，降低了制备成本，并且提高了模块的制备效率；

3、通过模块化设计，使得产品的性能提高，成本下降；

4、适合机器生产的模块化设计，利于大规模制造。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术光幕的构成及工作原理；

图2为本发明优选实施例发射模块的结构示意图；

图3为本发明优选实施例发射模块的信号时序示意图；

图4为本发明优选实施例接收模块的结构示意图；

图5为本发明优选实施例接收模块的信号时序示意图；

图6为本发明优选实施例八组发射模块与接收模块构成的光幕结构示意图；

图7为本发明优选实施例发射杆扫描周期的示意图；

图8为本发明优选实施例接收杆扫描时序图；

图9为本发明优选实施例发射模块与接收模块交叉使用的时序图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，光幕由一支发射杆和一支接收杆构成，控制电路、LED和PD都集成在杆内。我们以四对光眼的光幕做一个简单的说明，方便和后面的发明内容做一些比较。

光幕的光眼是扫描工作的。发射杆MCU1端口P1.0,P1.1，P1.2,P1.3设置成输出端口，

接收杆MCU2端口P1.0，P1.1设置成输出端口，P1.2设置成ADC端口。

LED、PD对应选择的方式如下：

发射杆和接收杆之间可以使用光同步或电气同步。当同步建立后，发射杆P1.0输出高电平，P1.2输出低电平，LED1发射一个光脉冲，脉宽约为2us，此时，在LED1发射被选通发射的同时，接收杆MCU2 P1.0、P1.1输出低电平，选择PD1进入放大器，ADC采样后获得光眼1的光路状态。接下来依次进行LED1、2、3的选通发射和对应的PD2、PD3、PD4的选择，一个周期轮流发射后回到LED1发射。一个发射周期根据光幕的响应时间设置休息时间，用于降低整体功耗。通常光幕还有交叉发射接收的状态，但只是增加相邻光眼间的检测密度，不改变电路的本质。

如图2至图9所示，一种模块化光幕结构，包括发射模块、接收模块以及连接模块；其中：

发射模块采用MCU1进行时序控制；

接收模块采用MCU2进行时序控制，MCU2与MCU1之间存在同步机制；

连接模块采用通信连接的方式将发射模块与接收模块连接。

结合图2与图3所示，发射模块采用发射杆，由发射杆通过MCU1进行统一时序控制。发射模块由如下单元构成：

U1:脉冲整形单元，对本模块的弹跳脉冲进行整形；

U2:发射驱动单元，将脉冲电信号进行放大；

U3:发射脉冲转移单元，将本模块的弹跳信号经一定的延时Td后输出到下一模块；

LED:电光转换单元，将电信号转化为光信号。

接口字符含义：

CNI:输入连接；CNO:输出连接；BPn：当前接收到的弹跳脉冲信号，BPn+1：输出到下一模块的弹跳脉冲信号；VCC：工作电源；GND：接地。

工作原理：U1是将上级U3推送的信号进行整形并输送到U2和本级U3,U2将脉冲进行功率放大后驱动LED转化成光信号。U3是发射脉冲转移单元，又把它称为弹跳转移，顾名思义就是将前级脉冲像弹跳的小球一样，将脉冲信号输送到后级模块。所不同的是弹跳的小球会因为动能的衰减而越跳越近，而本单元的作用就是给“小球”提供能量，将脉冲以固定的间隔Td，一直弹跳下去直至系统完成一个周期的检测。

结合图4与图5所示，接收模块采用接收杆，由MCU2控制，MCU1和MCU2有一个同步机制，即发射杆开始扫描第一发射模块时，接收杆也同步扫描第一接收模块，两者模块间的时间间隔Td是相同的，这样就保证发射模块和接收模块在一个周期内是同步的。接收模块由以下单元构成：

U1:信号放大单元，将受光PD的微小光电信号放大；

U2:同步单元，经放大后的信号和当前模块的弹跳信号同步后输出到DB总线上；

U3:接收脉冲转移单元，将本模块的弹跳信号经一定的延时Td后输出到下一模块；

PD:光电转换单元，将光转换成电信号。

接口字符含义：

CNI:输入连接；CNO:输出连接；BPn当前接收到的弹跳脉冲信号，BPn+1输出到下一模块的弹跳脉冲信号。VCC工作电源，GND接地。DB数据总线，被弹跳脉冲选中的模块将当前接收的信号经放大后输出到DB总线上。

工作原理：当一个新的扫描周期开启时，发射杆MCU1发出一个弹跳脉冲，接收杆MCU2几乎同步发出一个接收模块的弹跳脉冲。发射杆第一发射模块接收到弹跳脉冲后，接收杆第一接收模块接收到对应的光信号(假设发射和接收模块间无遮挡物)，接收信号经放大后，和弹跳信号同步后，将信号输出到DB总线上，接收杆MCU2将DB信号进行采样，根据当前的弹跳节拍，MCU2可知当前出现在DB上的信号属于哪个接收模块。

进一步地，一条光幕由若干个发射模块和对应的接收模块构成。通常一条光幕的发射、接收模块由几个到几十个不等，本实施例中以8组发射接收模块进行描述。

结合图6、图7以及图8所示，LM1-LM8为发射模块，对应的RM1-RM8为接收模块。发射模块如放大图6所示为3线连接，其中电源VCC和接地GND为并行连接，每个模块进线和出线是相通的。BP线为串联，每个模块进线和出线不连通，但电路设计了严格的时序，即输出比输入延时Td。接收模块由四线构成，其中电源VCC、GND、DB为并联连接，进线和出线是相通的。BP线为串联，进线和出线经过严格的设计，同样遵守每个模块延时Td的要求。这样经过首次同步后，到第8个模块，LM8仍然能够对应RM8。

关于发射杆扫描周期，如图7所示，经过同步后，发射杆MCU1发出弹跳脉冲BP1,经过模块1的延时，输出BP2到模块2，这样依次延时接力至BP8，相比于BP1,BP8比BP1滞后了7*Td，为消除误差，在下一个扫描周期开始时，发射杆MCU1和接收杆MCU2可再次进行同步，以消除累积误差。

关于接收杆扫描时序，如图8所示，经过同步后，接收模块RM1收到MCU2来的弹跳脉冲BP1,此脉冲和发射杆模块1是同步的，因此，接收模块1接收到了发射模块1的光信号后，会将光信号放大后推送到DB总线上，接收杆MCU2通过约定的时序，分辨出DB线上的信号属于哪组接收模块。因为每组模块之间的延时是固定的，因此这样的对应关系将持续到第8组扫描模块结束，即完成一次扫描周期。

在一个扫描周期结束后，系统根据响应时间和逻辑判断算法，决定下一扫描周期开启前是否需要休眠和等待。

如图9所示，本实施例中发射模块与接收模块能够进行交叉使用，实现交叉投受光，而交叉投受光是指：

当投光时LM1时，能够接收到的模块会是RM1和RM2；

当投光时LM2时，能够接收到的模块会是RM1和RM2和RM3；

以此类推。

如图6所示，Light2、light3就是交叉光束。

根据本实施例的技术特征，同样可以进行交叉投受光条件下的动作时序。以LM1向上交叉发射周期为例，LM1向上交叉发射是指当LM1发射，对应接收模块RM2，LM2发射，对应接收模块为RM3,以此类推。当同步后，发射时序应该等待一个Td后，再进行BP1的推送，此时接收模块已经到达BP2位置，显然如果RM2接收到光信号，BD上应该出现RM2的信号。接下去继续依次错位发射和接收，直至完成一个周期。对于向下交叉，即图6中light3光线，我们在完成向上交叉周期后，开启下一周期的向下交叉的扫描。同步后，发射模块1发射，接收模块MCU2等待一个Td后，再行推送BP1信号，这样发射模块2对应的接收模块1，接着发射模块3对应接收模块2，依次完成向下交叉的扫描周期。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。