[发明专利]一种基于FPGA和FPAA的高速高精度光幕检测装置

权利要求书

1.一种基于FPGA和FPAA的高速高精度光幕检测装置，包括光幕发射器和光幕接收器，光幕发射器上设置有红外发射管，光幕接收器上设置有接收光电池，其特征在于：

所述红外发射管和接收光电池为双列交错平面分布；

所述光幕发射器和光幕接收器的系统核心基于FPGA/FPAA两种超大规模数字/模拟集成电路：所述光幕发射器由FPGA功能模块驱动红外发射管实现高速光脉冲发射；所述光幕接收器用于将光电池收到光信号转换为微弱的电信号，通过运放信号放大，再经过比较器后输出数字信号至FPGA功能模块，信号调理电路采用FPAA实现模拟电路的现场可重构，光幕接收器由FPGA功能模块控制扫描式多束红外光的实时接收，实现高速运动物体的到位检测和边沿检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和FPAA的高速高精度光幕检测装置，其特征在于：所述光幕发射器中的FPGA功能模块包括时钟分频模块、串并转换模块、时钟丢失判决模块、光脉冲初始生成模块、可靠光脉冲输出模块，其中：

时钟分频模块的输入时钟CLK50M来自50M的有源晶振，其时钟输出端JudgeCLK连到串并转换模块的时钟输入端；

串并转换模块用于对SerCLK信号进行串并转换，其时钟输入端JudgeCLK来自时钟分频模块，其数据输入端连到FPGA的输入引脚SerCLK，输出8位并行总线InCLKPara[7..0]；

时钟丢失判决模块的总线输入来自串并转换模块的并行数据输出InCLKPara[7..0]，其输出控制信号SignCt；

光脉冲初始生成模块用于产生16路红外发射管的导通控制信号，光脉冲初始生成模块的输入时钟为SerCLK，输入同步脉冲为SerData，光脉冲初始生成模块的输出信号是16路红外发射管的导通控制信号LightTA[15..0]；

可靠光脉冲输出模块组成的输入信号为分别来自光脉冲初始生成模块和时钟丢失判决模块的LightTA[15..0]和SignCt，可靠光脉冲输出模块判断SignCt高低电平，从而输出LightTB[15..0]信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和FPAA的高速高精度光幕检测装置，其特征在于：所述光幕接收器中的FPGA功能模块包括钟分频模块、同步脉冲/数据生成模块、光信号合成模块、到位检测模块、边沿检测模块、数字通信和D/A转换驱动信号生成模块，其中：

时钟分频模块的输入时钟CLK50M来自50M的有源晶振，其高速时钟输出端CLKA分别连到到位检测模块、边沿检测模块、数字通信和D/A转换驱动信号生成模块的时钟输入端，时钟分频模块的另一个时钟输出端LEDCLK连到同步脉冲/数据生成模块的时钟输入端；

同步脉冲/数据生成模块用于产生光幕接收器和光幕发射器之间同步通信的时钟SerCLK和同步数据SerData，同步脉冲/数据生成模块的输入时钟为LEDCLK、频率为4.17MHz。

光信号合成模块用于根据来自FPAA的16路光脉冲数字信号Dig[15..0]和来自同步脉冲/数据生成模块的时钟SerCLK和同步数据SerData，采用时分复用技术，合成可以表示16路光电池状态的一路信号LightSign输出。

到位检测模块用于根据来自光信号合成模块的光脉冲数字信号LightSign、来自时钟分频模块的时钟CLKA和来自同步脉冲/数据生成模块的时钟SerCLK和同步数据SerData，判断运动物体是否出现，输出一个开关量信号SwitchOut；

边沿检测模块用于检测运动物体的前后边沿，其输入信号和到位检测模块的输入信号相同，输出表示起始、结束位置的数据SPosi[10..0]、EPosi[10..0]；

数字通信和D/A转换驱动信号生成模块用于根据来自边沿检测模块的SPosi[10..0]或EPosi[10..0]、来自时钟分频模块的时钟CLKA和来自同步脉冲/数据生成模块的同步数据SerData，输出能够驱动数字通信接口芯片的时钟ComCLK和数据ComData，输出可以驱动D/A转换芯片的时钟DACLK、数据DAData和锁存信号DALatch。