一种基于双MCU的安全光幕设计方案

2.4 电源可靠性设计

系统中需要使用的电源直流电压为24 V和5 V。外接电源为24 V的直流电源，需要对电源进行降压处理。电源电路如图4所示。

在数字系统中，易产生尖峰电流，形成瞬间的噪声电压。配置旁路电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，系统中大量滤波电容的使用也保证了各器件电源的良好性能。此外，为防止电源遭到雷击，在外部直流电源输入端增加可吸收较大瞬间电流的稳压管D1。电路中采用了屏蔽技术、信号隔离等抗干扰措施。对于电源干扰，可经过直流、交流双重稳压，多重低通滤波，双重直流滤波稳压等措施排除电源干扰。

在本系统，单片机可对电源进行一定程度的监控。图中D2为30 V稳压管，若两端电压高于30 V，则向单片机报警。报警部分的具体工作流程为：若D2上端电位为3l V，D2将吸收1 V电压，通过电流流向R1来释放，同时导通Q1，通过OVER—P向单片机报警。

2.5 使用中注意事项

红外对管是决定安全光幕工作性能最重要的元件之一，对工作状态起决定作用。对于红外对管的选择需要满足以下要求：电性参数一致;光学参数一致;响应时间与控制时间一致;管芯的几何尺寸、形状、位置一致。

在安装时，要保证红外对管的位置、方向和轴距的选取，以确保光路对称，并可减小干扰。在安装时，需要在管子前端安装滤光片滤除可见光干扰，结构上需要防水防尘，减少环境干扰。

3 软件设计

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ICCAVR环境下编写，程序模块化设计，兼顾程序的可移植性、可读性、可靠性及实时性等要求。

在软件设计中最关键的是如何完成两路移位脉冲的同步工作。发射控制器在初始化时，开始启动定时器T1，保持调制频率为50 kHz。收到开始命令后，进入发射控制程序模块。每次发射一个管子，计数器加1，当计数器为8时置1，表示小循环完成，小循环的次数根据总发射管的数目确定。

红外接收模块中，MCU1在发送完开始命令后，根据发射管顺序及时间控制管子接收，同时，对中断接收处理过的红外信号进行判断，检查该发射管导通的时间段内接收的脉冲数，保证其接收的脉宽及脉冲数符合要求。

接收控制程序具有实时多任务特征，各任务由相应的子程序实现。根据各任务的实时性及系统安全性要求，设计任务优先级从高到低为：OSSD安全输出程序、红外信号检测程序、通信程序、报警显示程序。

软件系统设计响应时间快，在同步过程中要实现软件冗余，增加看门狗以防止进入死循环状态;且双路检测电路保持时序一致，发射/接收需定时进行同步通信。软件系统流程如图5所示。

结语

光幕系统在工厂中使用，要具有较强的抗电磁干扰、抗环境噪声及长期抗震能力。针对该要求，本文提出基于双MCU的安全光幕设计方案。方案特点是充分利用双MCU的硬件资源和其编程的灵活性，将复杂的控制检测电路用比较合适的方式实现，且使用双路安全输出端口，提高了系统的安全性。系统的光路设计及同步设计很好地解决了光路之间相互干扰的问题，提高了系统精度;添加了物体存在时间的计算功能;同时系统具有故障检测功能，给使用人员提供最直接有效的保障。系统分辨率是14 mm，保护区域为4 m，系统反应时间<13 ms，具有操作简单、高效、精确等特点，为安全的工业生产提供了可靠的保障。