阅读说明：本技术 一种安全光幕 (Safety light curtain ) 是由 邓志才 陈坤速 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种安全光幕,包括红外发射器和红外接收器,红外发射器包括第一电源模块和发射模块,红外接收器包括依次相连的第二电源模块、信号接收及处理模块和双通道控制模块,每路控制模块均包括有控制MCU、输出控制电路和输出检测电路,两路控制MCU均连接于信号接收及处理模块,两路控制MCU分别连接于相应通道的输出控制电路以向输出控制电路输出控制信号,每路输出检测电路分别连接于相应通道的输出控制电路和控制MCU,以使每路通道通过输出检测电路对输出控制电路进行故障检测并反馈至相应的控制MCU。本发明能够实现有效的控制和诊断功能；从检测到输出都是双路自检和互检,单个元件的失效不会导致安全功能的丧失,保证安全。(The invention provides a safety light curtain which comprises an infrared transmitter and an infrared receiver, wherein the infrared transmitter comprises a first power supply module and a transmitting module, the infrared receiver comprises a second power supply module, a signal receiving and processing module and a dual-channel control module which are sequentially connected, each control module comprises a control MCU, an output control circuit and an output detection circuit, the two control MCUs are connected with the signal receiving and processing module, the two control MCUs are respectively connected with the output control circuit of a corresponding channel to output control signals to the output control circuit, and each output detection circuit is respectively connected with the output control circuit and the control MCU of the corresponding channel, so that each channel can detect faults of the output control circuit through the output detection circuit and feed back the faults to the corresponding control MCU. The invention can realize effective control and diagnosis functions; the output is detected to be double-path self-checking and mutual checking, the failure of a single element cannot cause the loss of the safety function, and the safety is ensured.)

一种安全光幕

技术领域

本发明属于安全光幕技术领域，尤其是涉一种安全光幕。

背景技术

安全光幕由红外发射器与红外接收器组成，分别安装在屏蔽门或电梯门、设备门等的两侧，红外发射器可发射红外探测光束，红外接收器进行信号接收。当有物体阻挡时，红外接收器探测不到发射器发出的光束信号，即可反馈到控制单元，由控制单元输出控制信号进行动作如使正在关闭的屏蔽门反转打开等。

如果光幕的输出控制单元出现故障，可能会导致屏蔽门的误动作不能及时反转打开，造成危险等。现有的光幕产品不能实现有效的实时自检和输出控制，需要进行改进以提高安全性和可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种具有双通道控制功能的安全光幕。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种安全光幕，包括红外发射器和红外接收器，所述红外发射器包括第一电源模块和用于发射红外信号的发射模块，其特征在于，所述红外接收器包括依次相连的第二电源模块、信号接收及处理模块和双通道控制模块，每路控制模块均包括有控制MCU、输出控制电路和输出检测电路，两路控制MCU均连接于所述信号接收及处理模块，两路控制MCU分别连接于相应通道的输出控制电路以向输出控制电路输出控制信号，每路输出检测电路分别连接于相应通道的输出控制电路和控制MCU，以使每路通道通过输出检测电路对输出控制电路进行故障检测并反馈至相应的控制MCU。

在上述的安全光幕中，所述输出控制电路包括第一MOS管和用于驱动所述第一MOS管的驱动电路，所述控制MCU的控制信号输出至所述驱动电路。

在上述的安全光幕中，两路控制MCU的电压监控端分别连接于比较电路以对两路控制 MCU分别进行欠压和过压监控，且所述比较电路对两路控制MCU的电压监控输出端通过与门电路相连，所述与门电路的输出端分别连接至双通道控制模块的两个驱动电路以通过任意控制MCU的欠压过压信号实现对两路输出控制电路的安全输出。

在上述的安全光幕中，两路控制MCU连接分别连接有各自通道的看门狗电路，两个看门狗电路分别连接于相应通道驱动电路以通过所述看门狗电路实现对相应输出控制电路的安全输出。

在上述的安全光幕中，两路控制MCU分别连接有各自通道的卸载控制模块，每个卸载控制模块均包括第二MOS管，所述第二MOS管双向连接于相应通道的控制MCU以使相应的控制MCU进行卸载控制输出自检。

在上述的安全光幕中，两个控制MCU之间通过并口通信连接以进行信息交换和双路互检，且所述并口处连接有显示模块。

在上述的安全光幕中，所述发射模块包括发射MCU和连接于所述发射MCU的发射信号处理电路，所述发射信号处理电路连接有信号发送电路，所述信号发送电路的时钟端连接于所述发射MCU以通过所述发射MCU控制发射的开始。

在上述的安全光幕中，信号发送电路包括多个发射芯片，每个发射芯片连接有多个发光二极管以将所述发射信号通过所述发光二极管以红外信号的形式发送；

且所述发射MCU通过发射信号处理电路为每个发光二极管输出预设编码以使发射信号处理电路以光编码的形式发送红外信号。

在上述的安全光幕中，每个发射芯片的时钟端均连接于所述发射MCU，多个发射芯片之间通过Do和Di相连的方式进行级联连接，且第一个发射芯片的Di端和最后一个发射芯片的Do端均通过周期扫描模块连接于所述发射MCU以通过所述发射MCU进行循环周期的控制和监控。

在上述的安全光幕中，所述信号接收及处理模块包括信号接收电路和接收信号处理电路，所述信号接收电路包括多个用于接收红外信号的接收芯片，所述接收芯片的输出端均连接于接收信号处理电路，所述接收信号处理电路包括依次相连的触发信号处理电路和串行信号处理单片机，所述触发信号处理电路和串行信号处理单片机均连接于两路MCU以向两路控制MCU输出触发信号及进行并行输出。

在上述的安全光幕中，多个接收芯片的时钟端均连接于两路控制MCU，并通过其中一路控制MCU提供时钟信号，另一路控制MCU监控；

多个接收芯片之间通过Do和Di相连的方式进行级联连接，且第一个接收芯片的Di端连接于两路控制MCU中的至少一路以通过控制MCU控制接收周期的开始。

本发明的优点在于：使用双通道实时诊断的方式能够实现有效的控制和诊断功能；从检测到输出都是双路自检和互检，单个元件的失效不会导致安全功能的丧失，且安全系统能在进行下一步操作时或之前检测到失效；发射光设计为编码信号，提高了抗外界光干扰的能力和抗EMC干扰的能力，系统精度也得到了提高，配合其他的常规EMC措施，使系统具有较强的电磁兼容能力。

附图说明

图1是本发明安全光幕的电路结构组成框图；

图2是本发明安全光幕的发射原理框图；

图3是本发明安全光幕的发射时序图；

图4是本发明安全光幕的接收原理框图；

图5是本发明安全光幕的接收时序图；

图6是本发明安全光幕的输出控制原理图；

图7是本发明安全光幕程序控制流程图。

附图标记：红外发射器1；第一电源模块11；发射MCU12；发射信号处理电路13；信号发送电路14；周期扫描模块15；红外接收器2；第二电源模块21；控制MCU22；输出控制电路23；信号接收电路24；接收信号处理电路25；输出检测电路26；显示模块27。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例公开了一种安全光幕，包括红外发射器1和红外接收器2，红外发射器1为单通道系统，主要由第一电源模块11和用于发射红外信号的发射模块组成，其中发射模块包括发射MCU12、发射信号处理电路13、周期扫描模块15和信号发送电路 14，发射信号处理电路13连接于信号发送电路14以将发射MCU12输出的发射信号进行处理后发送给信号发送电路14，所述信号发送电路14的时钟端连接于所述发射MCU12以通过所述发射MCU12控制发射的开始。红外接收器2为双通道系统，主要由第二电源模块21、显示模块27、信号接收及处理模块和双通道控制模块组成，每路控制模块均包括有控制 MCU22、控制输出电路23和输出检测电路26，其中信号接收及处理模块包括信号接收电路 24和接收信号处理电路25。

具体地，如图2和图3所示，信号发送电路14包括多个发射芯片，每个发射芯片连接有多个发光二极管以将所述发射信号通过所述发光二极管以红外信号的形式发送；具体地，发射信号处理电路13连接于所有发射芯片以将发射MCU12输出的发射信号进行处理后发送给发射芯片。

优选地，发射MCU12根据需要发射的发射信号通过发射信号处理电路13为每个发光二极管输出一定长度的预设编码以使发射信号处理电路13以光编码的形式发送红外信号。

每个发射芯片的时钟端均连接于所述发射MCU12，多个发射芯片之间通过Do和Di相连的方式进行级联连接，且第一个发射芯片的Di端和最后一个发射芯片的Do端均通过周期扫描模块15连接于所述发射MCU12以通过所述发射MCU12进行循环周期的控制和监控。周期扫描模块15可以为发射MCU12的内置模块或独立于发射MCU12的外置模块等。

具体地，这里以三个发射芯片IC driver1、IC driver2和IC driver13为例对本实施例的发射原理进行说明：

图2和图3分别为以三个发射芯片IC driver1、IC driver2和IC driver13说明的原理框图及时序图。每个发射芯片驱动8路LED工作，发射MCU12根据时钟为每个LED输出一定长度的编码，经发射信号处理电路13处理后发送给相应发射芯片的输入脚MOD，Di1 和CLK低电平控制发射的开始，CLK高电平完成发射灯的切换，发射芯片则通过Do1和Di2 相连的方式级联，最后的LED发射芯片的Do3和Di1通过周期扫描模块相连15，实现由时钟控制的发射循环。

红外发射器1的主要诊断措施列举如下：首先，发射芯片IC driver1的Di1由1变为0表示一个发射周期开始，IC driver3的Do3由1变为0表示一个发射周期的结束，发射MCU12通过周期扫描模块15监控Di1和Do3的时序监控发射周期及红外发射器1的状态。

优选地，第一电源模块11可添加过压和欠压检测电路保证给红外发射器1提供稳定的电源，提高安全功能的可靠性。此外，为防止LED之间出现短路使分辨率变小的情况，还可以设计电流检测电路以检测发射电流。

进一步地，如图1、图4和图5所示，红外接收器2的两路控制MCU22均连接于接收信号处理电路25，两路控制MCU22分别连接于相应通道的输出控制电路23以向输出控制电路23输出控制信号，每路输出检测电路26分别连接于相应通道的输出控制电路23和控制MCU22，以使每路通道通过输出检测电路26对输出控制电路23进行故障检测并反馈至相应的控制MCU22以进行控制输出自检。在投入使用时，两路输出控制电路23输出可以并联连接至负载电路，以通过任意通道的输出信号OSSD1/OSSD2执行安全动作。

进一步地，两个控制MCU22之间通过并口通信连接，且并口处连接有显示模块27，通过使两个控制MCU22共享并口进行信息交换和相互监控从而实现双路互检。

如图6所示，输出控制电路23包括第一MOS管Q17、Q11和用于驱动所述第一MOS管的驱动电路EN，所述控制MCU22的控制信号OSSD1 C1、OSSD2 C1输出至相应驱动电路EN。具体地，这里的第一MOS管为P沟道MOS管。驱动电路EN可以为用于驱动第一MOS管Q17、 Q11的驱动芯片或者其他任意可行的纯电路结构，驱动电路EN根据接收到的控制信号向第一MOS管Q17、Q11输出触发信号，例如高电平或低电平等。且优选地，两路控制MCU22 的电压监控端分别连接于比较电路compare以对两路控制MCU22分别进行欠压和过压监控，且比较电路compare对两路控制MCU22的电压监控输出端通过与门电路相连，与门电路的输出端分别连接至双通道控制模块的两个驱动电路EN以通过任意控制MCU22的过压欠压判断信号实现对两路输出控制电路23的安全输出。这里比较电路提供5V基准电压，当高于5V第一预设值时为过压，低于5V第二预设值时为低压，这里的第一预设值和第二预设值均由本领域技术人员根据MCU的工作电压确定，例如MCU的工作允许电压为4.2-5.5，那么第一预设值和第二预设值分别为0.5和0.8。

进一步地，两路控制MCU22分别连接有各自通道的看门狗电路WDT，两个看门狗电路 WDT分别连接于相应通道驱动电路EN以通过看门狗电路WDT实现对相应输出控制电路23的安全输出。通过看门狗电路WDT监控相应控制MCU22的工作情况，并有看门狗电路WDT 输出直接控制输出，保证控制MCU22工作错误时会安全输出。

进一步地，两路控制MCU22分别连接有各自通道的卸载控制模块，通过故意让输出短路，检测有没有电流流过卸载控制模块的输出端来判断电路是否正常，每个卸载控制模块均包括第二MOS管Q20、Q12，且第二MOS管Q20、Q12双向连接于相应通道的控制MCU22 以使相应的控制MCU22进行卸载控制输出自检，例如通过卸载反馈电路反向连接于MCU22 以将第二MOS管Q20、Q12工作是否正常的情况反馈给MCU22。这里的第二MOS管为N沟道 MOS管。

此外，第二电源模块21也配备有过压和欠压检测电路Over load protection，并将检测结果反馈给相应通道的控制盒MCU22，保证红外接收器2的工作电压。

具体地，如图4所示，信号接收电路24包括多个用于接收红外信号的接收芯片IC1～ICn，接收芯片的输出端均连接于接收信号处理电路25。具体地，接收信号处理电路25包括依次相连的触发信号处理电路Signal Processing和串行信号处理单片机SignalProcess，所述触发信号处理电路和串行信号处理单片机均连接于两路控制MCU22以向两路控制 MCU22输出触发信号及进行并行输出。

进一步地，多个接收芯片的时钟端均连接于两路控制MCU22，并通过其中一路控制MCU22提供时钟信号，另一路控制MCU22监控；多个接收芯片之间通过Do和Di相连的方式进行级联连接，且第一个接收芯片的Di端连接于两路控制MCU22中的至少一路以通过控制MCU22控制接收周期的开始。

继续以前述三个发射芯片的发射原理说明为基础对本实施例的接收原理进行说明：

如图4和图5，与发射相似，接收芯片IC1～ICn级联连接进行依次循环接收发光二极管的光电流信号，接收工作由Di和CLK控制，这里为便于说明，将两个控制MCU22分别称为MCU1和MCU2，Di1由其中一个控制MCU22提供，级联下级Di由上一级芯片输出Do 提供，所有的接收芯片共用时钟，由控制MCU1提供，MCU2监控。接收的发光二极管光电流信号经接收芯片放大差分成SN和SP电流信号输出，SN和SP经过触发信号处理电路 Signal Processing处理得得到串行信号并传输给串行信号处理单片机Signal Process MCU，经串行信号处理单片机解析后并行输出给MCU1和MCU2，MCU1和MCU2根据触发信号处理电路输出端的触发信号开始接收工作，并分别根据接收到的并行数据对控制输出电路进行控制。

红外接收器2为双通道系统，串行信号处理单片机通过解析完成接收信号传输中大于 95％的失效诊断，并行信号双路传输给MCU1和MCU2，MCU1和MCU2分别控制两路输出，并且MCU1和MCU2共享并口进行信息交换相互监控。另外分别为MCU1和MCU2设计看门狗电路WDT以分别监控MCU1和MCU2的工作情况，看门狗电路WDT输出直接连接于驱动电路EN 以通过看门狗电路实现对相应控制输出电路的安全输出，保证MCU1和MCU2工作错误时会安全输出。

本实施例的输出控制原理：

如图6所示，输出为Cat.4架构的双通道输出，双通道控制模块分别控制，由过压欠压判断信号输出，OSSD输出控制及电子狗监控电路组成。OSSD的控制过程是一个动态的实时监控的过程：在正常工作过程中通过短暂的信号变换，这里通过向卸载控制模块输出50us的短路，并通过判断是否有电流输出，以检查电路是否完好，是否有故障。

MCU1和MCU2共同输出电压检测的动态信号，过压和欠压判断信号和WDT输出控制OSSD 输出MOS管Q17、Q11，MCU1两I/O口分别对OSSD1输出控制MOS管Q17和OSSD1卸载MOS 管Q20进行控制。对MOS管Q17的控制WDT输出具有优先控制权，过压欠压判断信号具有第二优先控制权，OSSD1 C1具有第三优先控制权。MCU1接收控制OSSD1输出MOS管Q17 的情况及过流情况以获取相应的控制反馈信号OSSD1 F1，接收OSSD1卸载MOS管Q20工作是否正常的情况以获取相应的控制反馈信号OSSD1 F2。保证OSSD输出控制及卸载控制任一方出现问题，单片机都能检测。MCU2对OSSD2的控制同理。且MCU1和MCU2有并口相互之间进行通信，实现软件互锁，保证任一通道出现问题时，另一通道都能知道并控制本通道控制的输出。

优选地，这里的第一电源模块11和第二电源模块12具有对应的两种连接方式，可以选择两种不同编码的工作通道，用于两个或多于两个安全光幕彼此相邻放置时，选择不同的电源连接方式使他们使用不同频率的光脉冲信号工作从而抑制相互之间的影响。红外发射器1将发射信号通过固定时钟的控制循环发射。红外接收器2接收到光信号后经过信号处理传输给双通道控制模块，双通道控制模块根据接收的信号控制双输出。双通道控制模块的两个控制MCU22之间通过并口通信以及通过通信通道和该通信通道中的显示模块27显示工作状态及报警信息等。

为了节省控制资源、提高电路的稳定性、减少硬件体积，并实现发射和接收的串行循环控制，这里发射和接收分别选用iC-Haus的专用发射芯片iC-NXL和专用接收芯片iC-NK，两个专用芯片均含有的移位寄存器，可以通过CLK时钟信号即可实现芯片的逐个工作及信号的逐个发射和接收。芯片通过Do和Di相连的方式进行级联连接，发射芯片和接收芯片分别在其CLK和Di端低电平时完成发射和接收工作，经过CLK的一个上升沿和一个下降沿完成灯(LED)的发射通道或芯片的切换，所以只需提供一个时钟信号和一个Di信号即可控制其循环工作。

本实施例的软件设计方式示例：

本控制系统软件包括发射控制程序及接收控制程序，采用C语言在Keil环境下实现。

在软件设计中最关键的是如何实现发射和接收的同步工作。如图7所示，红外发射器1在初始化后，启动发射时钟程序块，通过定时器和计数器控制时序，循环输出一定周期一定数量的高低电平做发射时钟，在低电平时控制器输出发射信号，经处理后在发射时钟持续低电平期间发射。计数器根据发射灯的数量计数决定循环起始和结束，定时器负责时钟占空比的时间的计时，Di1是通过时钟控制将Do3延时实现发射芯片循环工作结束和起始的连接。

红外接收器2中，在完成初始化后，控制接收芯片的接收CLK和Di持续低电平，等待接收首灯同步信号，当接收到首灯的同步信号后经触发信号处理电路处理作为触发信号发送给双通道控制模块，MCU1经扫描接收后启动时钟程序块和Di1程序块，启动CLK和 Di循环，完成同步，进而进行周期接收活动。CLK和Di的控制同样通过计数器和定时器实现。双通道控制模块分别对接收处理过的红外信号进行判断，检查接收到的数据是否符合要求。对输出进行动态的诊断复式控制，诊断和遮挡同时参与控制输出。

本实施例的红外发射器1采用对每个光路进行信号编码调制方案，每路编码信号通过严格的时序控制进行循环依次发射，并对发射周期进行扫描监控。红外接收器2采用双通道结构，经过第一路发射编码信号的确认实现同步后，以同样严格的时序控制接收，接收信号经处理后传输给双通道控制模块机判断每一路发射光是否被遮挡或错误，同时每个控制MCU对电路进行实时诊断，从而可靠地控制两路安全输出，实现了能抗100，000LUX的高抗外界光干扰和抗强EMC干扰的能力，解决了现行市场对安全控制现场高可靠性的需求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了红外发射器1；第一电源模块11；发射MCU12；发射信号处理电路13；信号发送电路14；周期扫描模块15；红外接收器2；第二电源模块21；控制MCU22；输出控制电路23；信号接收电路24；接收信号处理电路25；输出检测电路26；显示模块27等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。