CN109827609A - 高性能测量光幕系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高性能测量光幕系统，包括：一发射器、一接收器和一控制终端，所述发射器和所述接收器通过一第一通信总线连接，所述发射器包括一发射主板和多个发射从板，所述发射主板通过一第二通信总线连接各所述发射从板；所述接收器包括一接收主板和多个接收从板，所述接收主板连接所述控制终端并通过一第三通信总线连接各所述接收从板；每一所述发射从板包括至少一发射管，每一所述接收从板包括至少一接收管，所述发射从板与所述接收从板的位置一一对应，且所述发射管与所述接收管的位置一一对应。本发明的一种高性能测量光幕系统，具有高性能、通用性强、成本比较低的优点。

Description

高性能测量光幕系统

技术领域

本发明涉及测量光幕领域，尤其涉及一种高性能测量光幕系统。

背景技术

测量光幕具有测量物体的外形尺寸、外部轮廓、孔洞检测、卷材纠偏等功能。因此广泛应用在车辆分离分类检测、木材加工、物体尺寸检测、物流包装检测、喷涂检测、金属加工等行业场合。一般来说，针对不同应用，有不同种类的测量光幕系统，低端产品功能简单、性能较差，高端产品性能好，但是成本相对也较高。

现有的测量光幕一般采用逐点扫描方式来读取每个接收点的数据，低端的光幕原理为：发射器通过脉冲发生器控制每一个发射管轮流发射光信号，同时将脉冲信号同步给接收器，接收器通过该信号去选通对应的接收管接收信号。高端光幕则使用处理器芯片来控制发射器与接收器的同步发射和接收，并进行接收信号的处理。

现有测量光幕普遍具有以下缺点：

1、低端测量光幕的功能简单，考虑到相邻通道间电容充放电时间的影响，响应速度比较慢。

2、发射与接收之间采用脉冲方式同步，传输数据量小，可靠性差。

3、增益固定的接收电路会导致光幕盲区与测量距离之间的矛盾。

4、高端测量光幕成本高、针对不同应用场合有多种产品，通用性较差。

目前尚缺乏一种可以满足多种类型应用场合的光幕产品。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种高性能测量光幕系统，具有高性能、通用性强、成本比较低的优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种高性能测量光幕系统，包括：一发射器、一接收器和一控制终端，所述发射器和所述接收器通过一第一通信总线连接，所述发射器包括一发射主板和多个发射从板，所述发射主板通过一第二通信总线连接各所述发射从板；所述接收器包括一接收主板和多个接收从板，所述接收主板连接所述控制终端并通过一第三通信总线连接各所述接收从板；每一所述发射从板包括至少一发射管，每一所述接收从板包括至少一接收管，所述发射从板与所述接收从板的位置一一对应，且所述发射管与所述接收管的位置一一对应。

优选地，所述发射从板串联且前一所述发射从板的发送端口连接下一所述发射从板的接收端口，位于所述发射从板队列第一位的一所述发射从板的接收端口连接所述发射主板的发送端口，所述发射主板的IO端口连接各所述发射从板的IO端口，所述发射主板的接收端口连接各所述发射从板的IO端口；

所述接收从板串联且前一所述接收从板的发送端口连接下一所述接收从板的接收端口，位于所述接收从板队列第一位的一所述接收从板的接收端口连接所述接收主板的发送端口，所述接收主板的IO端口连接各所述接收从板的IO端口，所述接收主板的接收端口连接各所述接收从板的IO端口。

优选地，所述发射主板包括一第一电源、一第一供电保护电路、一第一显示屏、一第一显示芯片、一第一MCU、一系统间级联通信模块和多个第一通信端口，所述第一电源连接所述第一供电保护电路；所述第一MCU连接所述第一显示芯片、所述系统间级联通信模块和所述第一通信端口，所述第一显示芯片连接所述第一显示屏；所述第一通信端口包括所述发射主板的发送端口、所述发射主板的接收端口和所述发射主板的IO端口。

优选地，所述发射从板包括：多个所述发射管、一第一通道切换模块、一恒流电路、一多档电流调节模块、一故障检测模块、一第二MCU和多个第二通信端口；所述第一通道切换模块连接各所述发射管、所述恒流电路和所述故障检测模块；所述第二MCU连接所述恒流电路、所述多档电流调节模块、所述故障检测模块和所述第二通信端口，所述第二通信端口包括所述发射从板的发送端口、所述发射从板的接收端口和所述发射从板的IO端口；所述多档电流调节模块连接所述恒流电路。

优选地，所述接收主板包括：一第二电源、一第二供电保护电路、一第二显示屏、一第二显示芯片、一第三MCU、一短路保护模块、一通信芯片、多个第三通信端口和一控制器连接端口；所述第二电源连接所述第二供电保护电路；所述第三MCU通过所述第二显示芯片连接所述第二显示屏，所述第三MCU连接所述短路保护模块；第三通信端口包括所述接收主板的发送端口、所述接收主板的接收端口和所述接收主板的接收端口；所述第三MCU连接所述第三通信端口并通过所述通信芯片连接所述控制器连接端口；所述控制器连接端口通过一第四通信总线连接所述控制终端。

优选地，所述接收从板包括：多个接收管、多个一级放大电路、一第二通道切换模块、一二级放大电路、一第四MCU和多个第四通信端口，所述第二通道切换模块连接各所述一级放大电路和所述二级放大电路，每一所述第一放大电路连接有一所述接收管，所述第四MCU连接所述二级放大电路和所述第四通信端口，所述第四通信端口包括所述接收从板的发送端口、所述接收从板的接收端口和所述接收从板的IO端口。

优选地，所述二级放大电路包括一可编程增益放大器。

优选地，所述第一通信总线、所述第二通信总线、所述第三通信总线和所述第四通信总线采用RS485总线。

优选地，所述第一显示屏和所述第二显示屏采用OLED显示屏。

优选地，所述第一显示芯片、所述第二显示芯片和所述通信芯片采用MCU。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

通过发射器、接收器和控制终端的配合，具有高性能、通用性强、成本比较低的优点。发射器主要功能为发射脉冲光信号；接收器主要功能是接收发射器发送的光信号并将处理的结果输出。在发射器和接收器中，主板与从板之间通过RS232总线串接，通过该串行总线向从板发送修改地址、调节发射强度或接收增益、修改工作模式等控制命令，最后一级从板检测到正常的通讯命令后通过对应的RS485总线返回对应主板正确响应。发射主板和接收主板之间通过RS485总线传递同步信号、发射管数量、工作状态等信息。总线的连接方式传输数据量大、速度快、抗干扰能力强。接收主板带有RS485通讯接口，即控制器连接端口，可通过控制终端设置系统的交叉/平行光扫描方式、屏蔽点数、屏蔽位置等信息，依托于这种全通讯架构，可以一板实现纠偏、轮廓、孔洞等多功能检测切换。发射主板用于为发射从板提供时钟信号，依次选通发射通道内的发射管进行光信号发射。同时采集各发射通道的发射管的状态信息以及过压、欠压、通讯等故障信息，通过第一显示屏进行屏显。发射主板还用于与接收主板进行信号同步和信息传递。系统间级联通信模块用于与外部另一套高性能测量光幕系统实现串接。第一显示芯片用于控制第一显示屏进行OLED状态展示。多档电流调节模块通过配置第二MCU中的IO端口工作模式来调节恒流电路中的发射电流值，配合接收器的可变接收增益实现0盲区及检测距离的自动调整。通过故障检测模块检测每路发射通道的故障原因并上传发射主板进行显示。第一通讯模块用于接收来自于发射主板的控制命令，进行参数设置。第三MCU用于采集多路接收通道的状态及故障信息、与发射器进行信息交换并将采集信息运算输出。通信芯片专用于光幕系统与PC机之间的高速通讯，获取第三MCU中当前遮挡信息、系统状态并实时上传。第二显示芯片用于控制第二显示屏进行OLED遮挡状态与故障信息展示。二级放大电路采用多路转一路可编程增益放大器；进行通道分时切换放大。第四MCU可根据发射接收距离的远近及信号的强弱调节接收增益，使接收幅值满足要求。第二通讯模块接收来自于接收主板的控制命令，进行参数设置。并将信号状态与故障信息返回接收主板。

附图说明

图1为本发明实施例的高性能测量光幕系统的总体结构示意图；

图2为本发明实施例的发射主板的结构示意图；

图3为本发明实施例的发射从板的结构示意图；

图4为本发明实施例的接收主板的结构示意图；

图5为本发明实施例的发射从板的结构示意图；

图6为本发明实施例的第一电源和第二电源的电路图；

图7为本发明实施例的短路保护模块的电路图；

图8为本发明实施例的发射从板的发射调节模块的电路图；

图9为本发明实施例的接收从板的接收调节模块的电路图；

图10为本发明实施例的接收主板与控制终端的通讯接口电路图；

图11为本发明实施例的接收主板与发射主板的通讯接口电路图；

图12为本发明实施例的主板与从板间的通讯接口电路图。

具体实施方式

下面根据附图1～图12，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

请参阅图1～图5，本发明实施例的一种高性能测量光幕系统，包括：一发射器1、一接收器2和一控制终端(图中未示)，发射器1和接收器2通过一第一通信总线3连接，发射器1包括一发射主板11和多个发射从板12，发射主板11通过一第二通信总线4连接各发射从板12；接收器2包括一接收主板21和多个接收从板22，接收主板21通过一第四通信总线6连接控制终端并通过一第三通信总线5连接各接收从板22；每一发射从板12包括至少一发射管121，每一接收从板22包括至少一接收管221，发射从板12与接收从板22的位置一一对应，且发射管121与接收管221的位置一一对应。控制终端可采用PC机。本实施例中，发射管121设置于壳体或发射主板11形成的发射通道内，接收管221设置于壳体或接收主板21形成的接收通道内。

发射从板12串联且前一发射从板12的发送端口TX连接下一发射从板12的接收端口RX，位于发射从板12队列第一位的一发射从板12的接收端口RX连接发射主板11的发送端口TX，发射主板11的IO端口连接各发射从板12的IO端口，发射主板11的接收端口RX连接各发射从板12的IO端口；

接收从板22串联且前一接收从板22的发送端口TX连接下一接收从板22的接收端口RX，位于接收从板22队列第一位的一接收从板22的接收端口RX连接接收主板21的发送端口TX，接收主板21的IO端口连接各接收从板22的IO端口，接收主板21的接收端口RX连接各接收从板22的IO端口。

本实施例中，第一通信总线3、第二通信总线4、第三通信总线5和第四通信总线6采用RS485总线。

发射器1主要功能为发射脉冲光信号；接收器2主要功能是接收发射器1发送的光信号并将处理的结果输出。当检测到有物体遮挡时，接收器2对应光管无法接收到信号。

在发射器1和接收器2中，主板与从板之间通过RS232总线串接，通过该串行总线向从板发送修改地址、调节发射强度或接收增益、修改工作模式等控制命令，最后一级从板检测到正常的通讯命令后通过对应的RS485总线返回对应主板正确响应。系统处于检测模式时，主板通过IO端口定时向对应从板发送脉宽2us的时钟同步信号，从板根据时钟脉冲的个数分别打开与之相对应的发射管121和接收管221，接收从板22将收到的光强信息通过RS485总线回馈给接收主板21，接收主板21根据收到的每个接收管221状态与配置信息来决定最终的输出动作。

发射主板11和接收主板21之间通过RS485总线传递同步信号、发射管数量、工作状态等信息。总线的连接方式传输数据量大、速度快、抗干扰能力强。

接收主板21带有RS485通讯接口，即控制器连接端口219，可通过控制终端设置系统的交叉/平行光扫描方式、屏蔽点数、屏蔽位置等信息，依托于这种全通讯架构，可以一板实现纠偏、轮廓、孔洞等多功能检测切换。

本实施例中，接收主板21与控制终端可通过一第一通讯接口电路连接，第一通讯接口电路的电路图可参见图10。接收主板21与发射主板11之间可通过一第二通讯接口电路连接，第二通讯接口电路连接的电路图可参见图11。另外，本实施例中，主板与从板间可通过一第三通讯接口电路连接，第三通讯接口电路的电路图可参见图12。

请参阅图1和图2，发射主板11包括一第一电源111、一第一供电保护电路112、一第一显示屏113、一第一显示芯片114、一第一MCU115、一系统间级联通信模块117和多个第一通信端口116，第一电源111通过第一供电保护电路112连接发射主板11其他各模块；第一MCU115连接第一显示芯片114、系统间级联通信模块117和第一通信端口116，第一显示芯片114连接第一显示屏113；第一通信端口116包括发射主板11的发送端口TX、发射主板11的接收端口RX和发射主板11的IO端口。第一显示屏113采用OLED显示屏。第一显示芯片114采用MCU。第一电源111的电路图可参见图6。

发射主板11用于为发射从板12提供时钟信号，依次选通发射通道内的发射管121进行光信号发射。同时采集各发射通道的发射管121的状态信息以及过压、欠压、通讯等故障信息，通过第一显示屏113进行屏显。发射主板11还用于与接收主板21进行信号同步和信息传递。

系统间级联通信模块117用于与外部另一套高性能测量光幕系统实现串接。第一显示芯片114用于控制第一显示屏113进行OLED状态展示。

请参阅图1和图3，发射从板12包括：多个发射管121、一第一通道切换模块122、一恒流电路123、一多档电流调节模块124、一故障检测模块125、一第二MCU126和多个第二通信端口127；第一通道切换模块122连接各发射管121、恒流电路123和故障检测模块125；第二MCU126连接恒流电路123、多档电流调节模块124、故障检测模块125和通过一第一通讯模块连接第二通信端口127，第二通信端口127包括发射从板12的发送端口TX、发射从板12的接收端口RX和发射从板12的IO端口；多档电流调节模块124连接恒流电路123。

发射从板12包含多个发射通道，每路发射通道内配置发射管121并配备二级电流放大，以保证足够的发射光强。

多路发射通道共用同一驱动、采样电路，使用第一通道切换模块122进行切换。

多档电流调节模块124通过配置第二MCU126中的IO端口工作模式来调节恒流电路123中的发射电流值，配合接收器2的可变接收增益实现0盲区及检测距离的自动调整。

通过故障检测模块125检测每路发射通道的故障原因并上传发射主板11进行显示。

第一通讯模块用于接收来自于发射主板11的控制命令，进行参数设置。

本实施例中，发射从板12还可设置一发射调节模块，发射调节模块的电路图可参见图8。

请参见图1和图4，接收主板21包括：一第二电源211、一第二供电保护电路212、一第二显示屏213、一第二显示芯片214、一第三MCU215、一短路保护模块216、一通信芯片217、多个第三通信端口218和一控制器连接端口219；第二电源211通过第二供电保护电路212连接接收主板21其他各模块；第三MCU215通过第二显示芯片214连接第二显示屏213，第三MCU215连接短路保护模块216；第三通信端口218包括接收主板21的发送端口TX、接收主板21的接收端口RX和接收主板21的接收端口RX；第三MCU215连接第三通信端口218并通过通信芯片217连接控制器连接端口219；控制器连接端口219通过一第四通信总线6连接控制终端。本实施例中，第二显示屏213采用OLED显示屏。第二显示芯片214和通信芯片217采用MCU。

第三MCU215用于采集多路接收通道的状态及故障信息、与发射器1进行信息交换并将采集信息运算输出。

通信芯片217专用于光幕系统与PC机之间的高速通讯，获取第三MCU215中当前遮挡信息、系统状态并实时上传。

第二显示芯片214用于控制第二显示屏213进行OLED遮挡状态与故障信息展示。

请参阅图1和图5，接收从板22包括：多个接收管221、多个一级放大电路222、一第二通道切换模块223、一二级放大电路224、一第四MCU225和多个第四通信端口226，第二通道切换模块223连接各一级放大电路222和二级放大电路224，每一第一放大电路连接有一接收管221，第四MCU225连接二级放大电路224和通过第二通讯模块连接第四通信端口226，第四通信端口226包括接收从板22的发送端口TX、接收从板22的接收端口RX和接收从板22的IO端口。本实施例中，二级放大电路224包括一可编程增益放大器。

接收从板22包含多路接收通道，每路通道都设置有一接收管221并具备独立的一级放大电路222。

二级放大电路224采用多路转一路可编程增益放大器(PGA)；进行通道分时切换放大。第四MCU225可根据发射接收距离的远近及信号的强弱调节接收增益，使接收幅值满足要求。

第二通讯模块接收来自于接收主板21的控制命令，进行参数设置。并将信号状态与故障信息返回接收主板21。

本实施例中，接收从板22还可设置一接收调节模块，接收调节模块的电路图可参见图9。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高性能测量光幕系统，其特征在于，包括：一发射器、一接收器和一控制终端，所述发射器和所述接收器通过一第一通信总线连接，所述发射器包括一发射主板和多个发射从板，所述发射主板通过一第二通信总线连接各所述发射从板；所述接收器包括一接收主板和多个接收从板，所述接收主板连接所述控制终端并通过一第三通信总线连接各所述接收从板；每一所述发射从板包括至少一发射管，每一所述接收从板包括至少一接收管，所述发射从板与所述接收从板的位置一一对应，且所述发射管与所述接收管的位置一一对应。

2.根据权利要求1所述的高性能测量光幕系统，其特征在于，所述发射从板串联且前一所述发射从板的发送端口连接下一所述发射从板的接收端口，位于所述发射从板队列第一位的一所述发射从板的接收端口连接所述发射主板的发送端口，所述发射主板的IO端口连接各所述发射从板的IO端口，所述发射主板的接收端口连接各所述发射从板的IO端口；

所述接收从板串联且前一所述接收从板的发送端口连接下一所述接收从板的接收端口，位于所述接收从板队列第一位的一所述接收从板的接收端口连接所述接收主板的发送端口，所述接收主板的IO端口连接各所述接收从板的IO端口，所述接收主板的接收端口连接各所述接收从板的IO端口。

3.根据权利要求2所述的高性能测量光幕系统，其特征在于，所述发射主板包括一第一电源、一第一供电保护电路、一第一显示屏、一第一显示芯片、一第一MCU、一系统间级联通信模块和多个第一通信端口，所述第一电源连接所述第一供电保护电路；所述第一MCU连接所述第一显示芯片、所述系统间级联通信模块和所述第一通信端口，所述第一显示芯片连接所述第一显示屏；所述第一通信端口包括所述发射主板的发送端口、所述发射主板的接收端口和所述发射主板的IO端口。

4.根据权利要求3所述的高性能测量光幕系统，其特征在于，所述发射从板包括：多个所述发射管、一第一通道切换模块、一恒流电路、一多档电流调节模块、一故障检测模块、一第二MCU和多个第二通信端口；所述第一通道切换模块连接各所述发射管、所述恒流电路和所述故障检测模块；所述第二MCU连接所述恒流电路、所述多档电流调节模块、所述故障检测模块和所述第二通信端口，所述第二通信端口包括所述发射从板的发送端口、所述发射从板的接收端口和所述发射从板的IO端口；所述多档电流调节模块连接所述恒流电路。

5.根据权利要求4所述的高性能测量光幕系统，其特征在于，所述接收主板包括：一第二电源、一第二供电保护电路、一第二显示屏、一第二显示芯片、一第三MCU、一短路保护模块、一通信芯片、多个第三通信端口和一控制器连接端口；所述第二电源连接所述第二供电保护电路；所述第三MCU通过所述第二显示芯片连接所述第二显示屏，所述第三MCU连接所述短路保护模块；第三通信端口包括所述接收主板的发送端口、所述接收主板的接收端口和所述接收主板的接收端口；所述第三MCU连接所述第三通信端口并通过所述通信芯片连接所述控制器连接端口；所述控制器连接端口通过一第四通信总线连接所述控制终端。

6.根据权利要求5所述的高性能测量光幕系统，其特征在于，所述接收从板包括：多个接收管、多个一级放大电路、一第二通道切换模块、一二级放大电路、一第四MCU和多个第四通信端口，所述第二通道切换模块连接各所述一级放大电路和所述二级放大电路，每一所述第一放大电路连接有一所述接收管，所述第四MCU连接所述二级放大电路和所述第四通信端口，所述第四通信端口包括所述接收从板的发送端口、所述接收从板的接收端口和所述接收从板的IO端口。

7.根据权利要求6所述的高性能测量光幕系统，其特征在于，所述二级放大电路包括一可编程增益放大器。

8.根据权利要求7所述的高性能测量光幕系统，其特征在于，所述第一通信总线、所述第二通信总线、所述第三通信总线和所述第四通信总线采用RS485总线。

9.根据权利要求8所述的高性能测量光幕系统，其特征在于，所述第一显示屏和所述第二显示屏采用OLED显示屏。

10.根据权利要求9所述的高性能测量光幕系统，其特征在于，所述第一显示芯片、所述第二显示芯片和所述通信芯片采用MCU。