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电子安全栅
发布时间:2012/11/1  阅读:1816

电子安全栅

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[摘要]单片机控制红外线的发射与接收所形成的“电子安全栅”,可以实现安全防范功能。文章描述了“电子安全栅”的基本工作原理,并重点阐述了硬件、软件设计的关键点及实现方法,给出了主要硬件原理图。

机械加工中,人手常涉及危险区,且机械性的动作易使人疲劳,容易引发事故。怎样在一些危险的场所或作业中采取措施,确保操作者的安全,早已是工程设计人员关注的课题。红外线的发射与接收能形成一定距离和宽度的电子网,本文介绍的“电子安全栅”就是利用了它的安全挡光的性能,从而实现了较远距离的安全防范。

本产品采用单片机控制,在低电压、小电流下工作,可靠性大大提高。可广泛应用于冲床、剪床、机器人工作场所及人身危险性较大的各种机械设备的工作环境,亦可用于防盗报警等。

工作原理
“电子安全栅”的核心是两块单片机芯片。一块 (副机) 发射红外线,另一块(主机) 接收红外线及控制数码管的显示和继电器的通断,它们之间采用串行通信。

通信测试
为保证两机配合协调地工作,通电复位后,主、副机先进行通信测试。主机向副机发送一信号,副机接收到后即发回送信号,通信成功后,进行下一步的工作。如副机收到的信号有误,则向主机送回重发信号,若重发3 次副机均未收到正确的信号,表示出现故障,此时继电器动作断开,数码显示管闪烁出错信号“E”。

自检
通信成功后,接着对每一路的发送与接收进行自检,以确定能否形成电子栅。首先主机向副机发送第1 路信号,副机接收到后,令第1 红外发光二极管发射调制为36kHz 的脉冲码,发送脉冲码结束后 回送结束信号,主机第 1 红外光电二极管收到红外线脉冲并解调后, 若正确则重复这一过程 255 次。这一期间数码管显示“1”,表示第一路在检测。依次对每一路实现相同的自检,检查无误,数码显示管出现正常工作信号“P”。若某一路接收失败, 则显示出错通道号“X”, 指示故障的L ED 发光二极管亮, 继电器断开。

正常工作
数码显示管出现“P”后, 进入正常工作状态。进行第1 路的发射与接收,计数器加一后,再进行第 2 路的发射与接收。如此逐路发射和接收红外线脉冲信号,当最后一路红外线脉冲的发射与接收正常 后,又回到第 1 路,周而复始,8 路红外线脉冲以约 40ms 的周期在空间形成一平面扫描电子网。

故障检测
在工作状态下,当人体或其他物体阻挡任意一条红外线时, 继电器马上置“0”断开, L ED 发光管 (右) 亮。10 分钟内撤去挡光物体,机器又恢复正常工作状态, 继电器接通, 发光管熄灭。若挡光超过动功率。为改善驱动特性,人们研制了单电压驱动、双电压驱动、高电压驱动、斩波恒流驱动、PWM驱动等电路。使用了多种器件;双极晶体管、结型场效应管、CMOS、DMOS、VMOS、IGBT、达林顿管以及专用集成电路。

这里作为PH2083的应用,仅举两个例子。PH2083具有20mA的驱动能力,对小功率步进电机,可直接推动功放管。单电压电阻驱动,其中D1~D3是续流二极管,因为是控制三相电极,PC/A应接地。该电路简单,单效率低,频率特性差。通过专用双桥驱动集成电路控制双极性二相步进电机的例子,PC/A应该接VCC。这里省略了一些器件。

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