一種基于雙MCU的安全光幕設(shè)計方案

2.4 電源可靠性設(shè)計

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，需要對電源進行降壓處理。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)、信號隔離等抗干擾措施。對于電源干擾，可經(jīng)過直流、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)，單片機可對電源進行一定程度的監(jiān)控。圖中D2為30 V穩(wěn)壓管，若兩端電壓高于30 V，則向單片機報警。報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，通過電流流向R1來釋放，同時導(dǎo)通Q1，通過OVER—P向單片機報警。

2.5 使用中注意事項

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

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

3 軟件設(shè)計

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語言在ICCAVR環(huán)境下編寫，程序模塊化設(shè)計，兼顧程序的可移植性、可讀性、可靠性及實時性等要求。

在軟件設(shè)計中最關(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，開始啟動定時器T1，保持調(diào)制頻率為50 kHz。收到開始命令后，進入發(fā)射控制程序模塊。每次發(fā)射一個管子，計數(shù)器加1，當計數(shù)器為8時置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)送完開始命令后，根據(jù)發(fā)射管順序及時間控制管子接收，同時，對中斷接收處理過的紅外信號進行判斷，檢查該發(fā)射管導(dǎo)通的時間段內(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時多任務(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)的實時性及系統(tǒng)安全性要求，設(shè)計任務(wù)優(yōu)先級從高到低為：OSSD安全輸出程序、紅外信號檢測程序、通信程序、報警顯示程序。

軟件系統(tǒng)設(shè)計響應(yīng)時間快，在同步過程中要實現(xiàn)軟件冗余，增加看門狗以防止進入死循環(huán)狀態(tài);且雙路檢測電路保持時序一致，發(fā)射/接收需定時進行同步通信。軟件系統(tǒng)流程如圖5所示。

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結(jié)語

光幕系統(tǒng)在工廠中使用，要具有較強的抗電磁干擾、抗環(huán)境噪聲及長期抗震能力。針對該要求，本文提出基于雙MCU的安全光幕設(shè)計方案。方案特點是充分利用雙MCU的硬件資源和其編程的靈活性，將復(fù)雜的控制檢測電路用比較合適的方式實現(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)計及同步設(shè)計很好地解決了光路之間相互干擾的問題，提高了系統(tǒng)精度;添加了物體存在時間的計算功能;同時系統(tǒng)具有故障檢測功能，給使用人員提供最直接有效的保障。系統(tǒng)分辨率是14 mm，保護區(qū)域為4 m，系統(tǒng)反應(yīng)時間<13 ms，具有操作簡單、高效、精確等特點，為安全的工業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的保障。