一種基于雙MCU的安全光幕設計方案

2.4 電源可靠性設計

系統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(jìn)行降壓處理。電源電路如圖4所示。

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在數字系統中，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(guò)直流、交流雙重穩壓，多重低通濾波，雙重直流濾波穩壓等措施排除電源干擾。

在本系統，單片機可對電源進(jìn)行一定程度的監控。圖中D2為30 V穩壓管，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(guò)電流流向R1來(lái)釋放，同時(shí)導通Q1，通過(guò)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(mǎn)足以下要求：電性參數一致;光學(xué)參數一致;響應時(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)，要保證紅外對管的位置、方向和軸距的選取，以確保光路對稱(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，結構上需要防水防塵，減少環(huán)境干擾。

3 軟件設計

本控制系統軟件包括發(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)，程序模塊化設計，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(shí)，開(kāi)始啟動(dòng)定時(shí)器T1，保持調制頻率為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，計數器加1，當計數器為8時(shí)置1，表示小循環(huán)完成，小循環(huán)的次數根據總發(fā)射管的數目確定。

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

接收控制程序具有實(shí)時(shí)多任務(wù)特征，各任務(wù)由相應的子程序實(shí)現。根據各任務(wù)的實(shí)時(shí)性及系統安全性要求，設計任務(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。

軟件系統設計響應時(shí)間快，在同步過(guò)程中要實(shí)現軟件冗余，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。軟件系統流程如圖5所示。

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結語(yǔ)

光幕系統在工廠(chǎng)中使用，要具有較強的抗電磁干擾、抗環(huán)境噪聲及長(cháng)期抗震能力。針對該要求，本文提出基于雙MCU的安全光幕設計方案。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，將復雜的控制檢測電路用比較合適的方式實(shí)現，且使用雙路安全輸出端口，提高了系統的安全性。系統的光路設計及同步設計很好地解決了光路之間相互干擾的問(wèn)題，提高了系統精度;添加了物體存在時(shí)間的計算功能;同時(shí)系統具有故障檢測功能，給使用人員提供最直接有效的保障。系統分辨率是14 mm，保護區域為4 m，系統反應時(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。