[发明专利]一种无专用同步线的光幕检测装置及其方法

权利要求书

1.一种无专用同步线的光幕检测装置，包括光幕发射器和光幕接收器，其特征在于所述的光幕发射器内设有红外发射管，所述的光幕接收器内设有接收管，所述的红外发射管和接收管一一对应，所述的光幕发射器包括时钟分频模块、基准数据生成模块、包含同步码的光脉冲生成模块，所述的时钟分频模块分别与基准数据生成模块和包含同步码的光脉冲生成模块相连接，所述的基准数据生成模块与包含同步码的光脉冲生成模块相连接，所述的光幕接收器包括锁相环模块、帧同步模块、多路开关控制模块、到位检测模块，所述的锁相环模块与帧同步模块相连接，所述的帧同步模块分别与到位检测模块和多路开关控制模块相连接。

2.根据权利要求1所述的一种无专用同步线的光幕检测装置，其特征在于所述的红外发射器和接收管各16个。

3.根据权利要求2所述的一种无专用同步线的光幕检测装置，其特征在于所述的时钟分频模块用于输入50M时钟，输出500KHz和31.25KHz两个时钟；所述的基准数据生成模块用于产生发射器所需要的时钟SerCLK和起始基准数据SerData，所述的基准数据生成模块接收时钟分频模块输出的CLK31K时钟；所述的包含同步码的光脉冲生成模块用于产生16路红外发射管的导通控制信号，在第一路光脉冲之前产生16位帧同步码1001001101011101，所述的包含同步码的光脉冲生成模块的接收基准数据生成模块输出的发射光脉冲时钟为频率31.25KHz的SerCLK和同步脉冲为SerData，所述的包含同步码的光脉冲生成模块的接收时钟分频模块输出的时钟信号CLK500K，用于同步码生成，所述的包含同步码的光脉冲生成模块的输出信号是16路红外发射管的导通控制信号LightT[16..1]。

4.根据权利要求2所述的一种无专用同步线的光幕检测装置，其特征在于所述的锁相环模块包括鉴相器、滤波器、数控振荡器，所述的锁相环模块的输入时钟CLK50M来自本地50MHz的有源晶振，输入光脉冲信号LightSign来自模拟多路开关，经过锁相环位同步运算后，产生与发射器光脉冲相位相同的500KHz时钟信号CLK500K、31.25KHz时钟信号CLK31K；所述的帧同步模块的输入时钟信号CLK500K、CLK31K来自锁相环模块，输入光脉冲信号LightSign来自模拟多路开关，捕捉到帧同步码1001001101011101后，认为收发同步，进入同步工作阶段，输出同步数据SerData和同步时钟SerCLK；所述的多路开关控制模块用于产生模拟多路开关的使能信号和各通道选择信号，使模拟多路开关可以采用时分复用方式将16路模拟信号合并成一路模拟信号，所述的多路开关控制模块的输入信号SerData和SerCLK来自帧同步模块，输出信号SwiAEN、SwiA[2..0]、SwiBEN、SwiB[2..0]分别是两片八选一多路开关的使能信号和通道选择信号；所述的到位检测模块作用是根据光脉冲数字信号LightSign、来自帧同步模块的同步数据SerData和同步时钟SerCLK，判断运动物体是否出现，输出一个开关量信号SwitchOut。

5.一种无专用同步线的光幕检测方法，其特征在于步骤包括：

1)时钟分频模块的输入时钟CLK50M来自50M的有源晶振，500KHz时钟输出端CLK500K连到光脉冲生成模块的时钟输入端，31.25KHz时钟输出端CLK31K连到基准数据生成模块的时钟输入端。时钟分频模块根据50M晶振上升沿工作，每出现一次上升沿，七位计数总线加一，加到99后计数总线清零，计数总线最高位就是所需要的时钟CLK500K，CLK500K＝CLK50M/(99+1)＝500KHz；时钟分频模块输出31.25KHz时钟，根据上面产生的CLK500K上升沿工作，每出现一次上升沿，四位计数总线加一，加到15后计数总线清零，计数总线最高位就是所需要的时钟CLK31K，CLK31K＝CLK500K/(15+1)＝31.25KHz；

2)以CLK31K为时钟，进行模80计数，产生计数总线LEDCount[6..0]；当LEDCount[6..0]＝1时，同步数据SerData为1，其余任何计数状态SerData均为0，保证在每个循环周期起始出现一个瞬时高电平，输出时钟SerCLK与输入时钟CLK31K相同；

3)包含同步码的光脉冲生成模块以CLK500K为时钟，SerData为复位信号，设计停止型模64计数器，产生计数总线CLKCountA[6..0]，根据CLKCountA[6..0]的数值，采用case译码语句产生串行的同步码SyncOutA：

当CLKCountA[6..0]＝15时，SyncOutA＝SyncData[15]，即同步码第15位；

当CLKCountA[6..0]＝16时，SyncOutA＝SyncData[14]，即同步码第14位；

当CLKCountA[6..0]＝17时，SyncOutA＝SyncData[13]，即同步码第13位；

依次类推，当CLKCountA[6..0]＝30时，SyncOutA＝SyncData[0]，即同步码第0位；然后光脉冲生成模块以SerCLK为时钟，SerData为复位信号，设计停止型模80计数器，产生计数总线CLKCountB[7..0]；当CLKCountB[7..0]＝3时，第一路红外发射管导通，当CLKCountB[7..0]＝7时，第二路红外发射管导通，CLKCountB[7..0]的判断数值不断加四，依次类推，产生16路红外发射管的导通控制信号LightT[16..1]，在第一路发射光脉冲之前增加同步码，LightT[1]＝LightT[1]orSyncOutA，将第一路发射信号与串行同步码SyncOutA进行或运算，产生包含同步码的第一路发射光脉冲信号；

4)使用两级D触发器实现鉴相器功能，光脉冲信号LightSign作为第一级D触发器的数据输入，CLK50M为第一级D触发器的时钟，第一级D触发器的数据输出连到第二级D触发器的数据输入，CLK50M反相后作为第二级D触发器的时钟，第二级D触发器的输出信号为LightSignA；第二级D触发器的输出信号LightSignA反相后与原始光脉冲信号LightSign进行与运算，就会产生光脉冲边沿信号LightSignEdge，LightSignEdge＝LightSignand(notLightSignA)，将边沿信号LightSignEdge经过积分器滤波后，连到数控振荡器的复位端，CLK50M连到数控振荡器的时钟引脚。数控振荡器根据50M晶振上升沿工作，每出现一次上升沿，七位计数总线加一，加到99后计数总线清零，计数总线最高位即时钟CLK500K，CLK500K＝CLK50M/(99+1)＝500KHz，锁相环模块输出31.25KHz时钟，根据上面产生的CLK500K上升沿工作，每出现一次上升沿，四位计数总线加一，加到15后计数总线清零，计数总线最高位就是所需要的时钟CLK31K，CLK31K＝CLK500K/(15+1)＝31.25KHz，即产生了与发射器相位完全相同的500KHz和31.25KHz时钟信号，并且在每个循环周期内提取16次边沿信号；

5)帧同步模块的输入时钟信号CLK500K、CLK31K，输入光脉冲信号LightSign，捕捉到帧同步码1001001101011101后，认为收发同步，进入同步工作阶段，输出同步数据SerData和同步时钟SerCLK；帧同步模块对LightSign信号进行十六位串并转换，帧同步模块的时钟输入端使用CLK500K时钟信号，数据输入端为光脉冲信号LightSign，输出十六位并行总线EPulData[15..0]；串并转换模块根据CLK500K上升沿工作，每出现一次上升沿，将LightSign送给并行总线EPulData[15..0]的最低位，同时使用for循环将EPulData[15..0]字节的十六个比特左移一位；在每个CLK500K时钟的下降沿，比较并行数据EPulData[15..0]和同步码1001001101011101是否相同，若相同，同步比较信号SyncComp输出为1，否则SyncComp输出为0；

6)以CLK500K为时钟，SyncComp为复位信号，设计停止型模64计数器，产生计数总线CLKCountC[7..0]；接下来判断CLKCountC[7..0]的数值，当CLKCountC[7..0]大于0且小于16时，输出同步数据SerData为1，否则为0；

7)多路开关控制模块以SerCLK为时钟，SerData为复位信号，设计同步复位型模80计数器，产生计数总线CLKCountD[6..0]；接下来判断CLKCountD[6..0]的数值，当CLKCountD[6..0]大于0且小于31时，第一片八选一多路开关的使能信号SwiAEN为0，其余任何计数状态SwiAEN均为1；当CLKCountD[6..0]大于32且小于63时，第二片八选一多路开关的使能信号SwiBEN为0，其余任何计数状态SwiBEN均为1；设计同步触发型电路，在SerCLK下降沿时：

SwiA[2..0]＝CLKCountD[4..2]

SwiB[2..0]＝CLKCountD[4..2]

8)到位检测模块确定每个光脉冲的开始和结束位置，在各个光脉冲中产生多次判决时钟；然后对单个光脉冲进行十二位串并转换，对转换后的并行码进行数据累加、大数判断；对有效光脉冲个数进行计数，若其等于十六，则接收光电池收到了十六个光脉冲，光幕发射器、接收器中间没有物体挡住，输出信号SwitchOut为高电平，否则为低电平。