一種基于雙MCU的安全光幕設(shè)計(jì)方案

2.4 電源可靠性設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中需要使用的電源直流電壓為24 V和5 V。外接電源為24 V的直流電源，需要對(duì)電源進(jìn)行降壓處理。電源電路如圖4所示。

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在數(shù)字系統(tǒng)中，易產(chǎn)生尖峰電流，形成瞬間的噪聲電壓。配置旁路電容可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲，系統(tǒng)中大量濾波電容的使用也保證了各器件電源的良好性能。此外，為防止電源遭到雷擊，在外部直流電源輸入端增加可吸收較大瞬間電流的穩(wěn)壓管D1。電路中采用了屏蔽技術(shù)、信號(hào)隔離等抗干擾措施。對(duì)于電源干擾，可經(jīng)過(guò)直流、交流雙重穩(wěn)壓，多重低通濾波，雙重直流濾波穩(wěn)壓等措施排除電源干擾。

在本系統(tǒng)，單片機(jī)可對(duì)電源進(jìn)行一定程度的監(jiān)控。圖中D2為30 V穩(wěn)壓管，若兩端電壓高于30 V，則向單片機(jī)報(bào)警。報(bào)警部分的具體工作流程為：若D2上端電位為3l V，D2將吸收1 V電壓，通過(guò)電流流向R1來(lái)釋放，同時(shí)導(dǎo)通Q1，通過(guò)OVER—P向單片機(jī)報(bào)警。

2.5 使用中注意事項(xiàng)

紅外對(duì)管是決定安全光幕工作性能最重要的元件之一，對(duì)工作狀態(tài)起決定作用。對(duì)于紅外對(duì)管的選擇需要滿(mǎn)足以下要求：電性參數(shù)一致;光學(xué)參數(shù)一致;響應(yīng)時(shí)間與控制時(shí)間一致;管芯的幾何尺寸、形狀、位置一致。

在安裝時(shí)，要保證紅外對(duì)管的位置、方向和軸距的選取，以確保光路對(duì)稱(chēng)，并可減小干擾。在安裝時(shí)，需要在管子前端安裝濾光片濾除可見(jiàn)光干擾，結(jié)構(gòu)上需要防水防塵，減少環(huán)境干擾。

3 軟件設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)軟件包括發(fā)射控制程序及接收控制程序，采用C語(yǔ)言在ICCAVR環(huán)境下編寫(xiě)，程序模塊化設(shè)計(jì)，兼顧程序的可移植性、可讀性、可靠性及實(shí)時(shí)性等要求。

在軟件設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的是如何完成兩路移位脈沖的同步工作。發(fā)射控制器在初始化時(shí)，開(kāi)始啟動(dòng)定時(shí)器T1，保持調(diào)制頻率為50 kHz。收到開(kāi)始命令后，進(jìn)入發(fā)射控制程序模塊。每次發(fā)射一個(gè)管子，計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器為8時(shí)置1，表示小循環(huán)完成，小循環(huán)的次數(shù)根據(jù)總發(fā)射管的數(shù)目確定。

紅外接收模塊中，MCU1在發(fā)送完開(kāi)始命令后，根據(jù)發(fā)射管順序及時(shí)間控制管子接收，同時(shí)，對(duì)中斷接收處理過(guò)的紅外信號(hào)進(jìn)行判斷，檢查該發(fā)射管導(dǎo)通的時(shí)間段內(nèi)接收的脈沖數(shù)，保證其接收的脈寬及脈沖數(shù)符合要求。

接收控制程序具有實(shí)時(shí)多任務(wù)特征，各任務(wù)由相應(yīng)的子程序?qū)崿F(xiàn)。根據(jù)各任務(wù)的實(shí)時(shí)性及系統(tǒng)安全性要求，設(shè)計(jì)任務(wù)優(yōu)先級(jí)從高到低為：OSSD安全輸出程序、紅外信號(hào)檢測(cè)程序、通信程序、報(bào)警顯示程序。

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)響應(yīng)時(shí)間快，在同步過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)軟件冗余，增加看門(mén)狗以防止進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài);且雙路檢測(cè)電路保持時(shí)序一致，發(fā)射/接收需定時(shí)進(jìn)行同步通信。軟件系統(tǒng)流程如圖5所示。

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結(jié)語(yǔ)

光幕系統(tǒng)在工廠(chǎng)中使用，要具有較強(qiáng)的抗電磁干擾、抗環(huán)境噪聲及長(zhǎng)期抗震能力。針對(duì)該要求，本文提出基于雙MCU的安全光幕設(shè)計(jì)方案。方案特點(diǎn)是充分利用雙MCU的硬件資源和其編程的靈活性，將復(fù)雜的控制檢測(cè)電路用比較合適的方式實(shí)現(xiàn)，且使用雙路安全輸出端口，提高了系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)的光路設(shè)計(jì)及同步設(shè)計(jì)很好地解決了光路之間相互干擾的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)精度;添加了物體存在時(shí)間的計(jì)算功能;同時(shí)系統(tǒng)具有故障檢測(cè)功能，給使用人員提供最直接有效的保障。系統(tǒng)分辨率是14 mm，保護(hù)區(qū)域?yàn)? m，系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間<13 ms，具有操作簡(jiǎn)單、高效、精確等特點(diǎn)，為安全的工業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的保障。