CN109459969B - 一种安全光幕ip核*** - Google Patents

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CN109459969B CN201811245610.2A CN201811245610A CN109459969B CN 109459969 B CN109459969 B CN 109459969B CN 201811245610 A CN201811245610 A CN 201811245610A CN 109459969 B CN109459969 B CN 109459969B
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Abstract

本发明涉及一种安全光幕IP核***，其特征在于，包括：发光IP核和受光IP核；所述的发光IP核包括有：发光端扫描接口模块、发光逻辑模块、发光端扫描时序及完整性监控模块、发光端电压监控***复位模块、发光端总控逻辑时序监控模块、发光端总控模块、发光端状态指示模块、发光端巡检自检故障处理模块、发光端调制解调模块、发光端通信处理模块、发光端时钟模块、发光端串行接口模块、发光端串口监控模块。

Description

一种安全光幕IP核***
技术领域
本发明属于光电保护技术领域，涉及一种安全光幕IP核***。
背景技术
随着我国成为世界的加工和制造中心和国家对安全生产的日益重视，防止重大事故的安全要求也越来越高。
对锻压机械光电保护器(或安全光幕)的安全标准也提高到国际最高标准IEC61496(4级)。
目前，取得IEC61496(4级)认证的光幕产品只有美国霍尼韦尔公司、德国施克公司、日本欧姆龙公司等少数几个国际巨头。4级光幕的核心技术就是诊断覆盖率和复杂的控制***。要达到4级的可靠要求又减少整个***的复杂性，***必须使用高性能的CPU和软件***。CPU和软件的要求针对性强，能处理大量并行实时事件和中断事件，响应时间快。国外的公司凭借其集成电路的设计和制造的领先优势，使用各自的专用的高性能CPU和集成电路芯片。市场无法获得此种CPU，而通用的CPU又无法满足性能的特殊要求。
CPU处理并行事件不是真正的同时处理，还是顺序处理。只是由于CPU运行的速度快，宏观上感觉是同时处理。而且，CPU和软件***有其无法克服的弱点：死机现象。一旦某个任务长期占用CPU不能释放，出现死机现象，其他的任务事件就不能得到处理，整个***就会瘫痪。要减少这种想象的发生，软、硬件***必须增加大量的预防措施。而且，CPU的寄存器和软件程序的存储器在运行时容易受到外界干扰。此为现有技术的不足之处。
因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供设计一种安全光幕IP核***；以解决现有技术中的上述缺陷，是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种安全光幕IP核***，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：
一种安全光幕IP核***，其特征在于，包括：发光IP核和受光IP核；
所述的发光IP核包括有：发光端扫描接口模块、发光逻辑模块、发光端扫描时序及完整性监控模块、发光端电压监控***复位模块、发光端总控逻辑时序监控模块、发光端总控模块、发光端状态指示模块、发光端巡检自检故障处理模块、发光端调制解调模块、发光端通信处理模块、发光端时钟模块、发光端串行接口模块、发光端串口监控模块；
发光端扫描接口模块连接发光逻辑模块、发光端扫描时序及完整性监控模块，
发光端电压监控***复位模块连接发光端总控逻辑时序监控模块，发光端总控逻辑时序监控模块连接发光端总控模块，
发光逻辑模块、发光端扫描时序及完整性监控模块连接发光端巡检自检故障处理模块，发光逻辑模块还连接发光端总控模块，
发光端状态指示模块连接发光端巡检自检故障处理模块，发光端巡检自检故障处理模块连接发光端通信处理模块，发光端通信处理模块连接发光端总控模块、发光端调制解调模块，
发光端调制解调模块连接发光端串行接口模块，发光端串行接口模块连接发光端串口监控模块，
发光端时钟模块连接发光端串行接口模块；
所述的受光IP核包括有：受光端扫描接口模块、受光逻辑模块、受光端状态指示模块、受光端扫描时序及完整性监控模块、受光端电压监控***复位模块、受光端总控逻辑时序监控模块、受光端信号识别模块、受光端信号处理模块、受光端总控模块、受光端状态调制与甄别模块、受光端通道差异故障监控模块、受光端巡检自检故障处理模块、受光端时钟同步模块、受光端时钟监控模块、受光端时钟模块、受光端调制解调模块、受光端串行接口模块、受光端通信处理模块、受光端串口监控模块、受光端外部装置监控模块、受光端控制输出驱动模块、受光端输出接口电路监控模块；
受光端扫描接口模块连接受光逻辑模块和受光端扫描时序及完整性监控模块，
受光逻辑模块连接受光端通道差异故障监控模块、受光端总控模块和受光端巡检自检故障处理模块，
受光端扫描时序及完整性监控模块连接受光端巡检自检故障处理模块和受光端总控模块，
受光端电压监控***复位模块连接受光端总控逻辑时序监控模块，受光端总控逻辑时序监控模块连接受光端总控模块，
受光端总控模块连接受光端通道差异故障监控模块、受光端扫描时序及完整性监控模块、受光端巡检自检故障处理模块、受光端通信处理模块、受光端控制输出驱动模块、受光端状态调制与甄别模块、受光端信号处理模块、发光逻辑模块，
受光端信号处理模块连接受光端状态调制与甄别模块、受光端信号识别模块，
受光端巡检自检故障处理模块连接受光端通道差异故障监控模块、受光端时钟监控模块、受光端状态调制与甄别模块、受光端输出接口电路监控模块、受光端通信处理模块、受光端外部装置监控模块，
受光端时钟监控模块连接受光端时钟同步模块和受光端时钟模块，
受光端状态调制与甄别模块连接受光端控制输出驱动模块，受光端控制输出驱动模块连接受光端外部装置监控模块、受光端输出接口电路监控模块，
发光逻辑模块连接受光端调制解调模块，受光端调制解调模块连接受光端通信处理模块、受光端串行接口模块，
受光端串行接口模块连接受光端时钟模块、受光端串口监控模块。
作为优选，所述发光端通信处理模块通过以下步骤实现滤波处理：
S1：直接基于接收数据，进行匹配滤波；
S2：接收数据经过带通滤波后，进行匹配处理；
S3：直接对接收数据进行白化处理；
S4：接收数据经过带通滤波后，进行白化处理；
S5：接收数据经过带通滤波后，进行相似约束下的滤波器设计处理。
作为优选，所述受光端通信处理模块通过以下步骤实现滤波处理：
S1：直接基于接收数据，进行匹配滤波；
S2：接收数据经过带通滤波后，进行匹配处理；
S3：直接对接收数据进行白化处理；
S4：接收数据经过带通滤波后，进行白化处理；
S5：接收数据经过带通滤波后，进行相似约束下的滤波器设计处理。
作为优选，所述步骤S3和S4中白化处理方式如下：
Figure GDA0002794585410000041
其中，接收数据为列向量r，(·)T表示转置，R为噪声协方差矩阵，s–1、s+1表示发送信息“–1”、“+1”的波形，d为当前判决符号。
作为优选，所述步骤S5中，相似约束是指控制滤波器与发射信号的距离在某一个范围内，从而间接约束滤波器特性。相似约束的表达式可记为：
||w-s||2≤ε
其中，w为滤波器响应，s为发射信号，ε为约束上限，||·||表示二范数；
在相似度约束条件下，以信噪比为优化目标的滤波器表示为：
Figure GDA0002794585410000051
s.t||w||2＝1，||S||2＝1，|wTs|≥1-ε/2；
最优解为：
Figure GDA0002794585410000052
其中，εwf为白化滤波器情况下的相似度，与噪声R协方差有关；而λε是该方程的唯一解。
本发明的有益效果在于，使用通用的高性能可编程逻辑器件(PLD或FPGA)，即可实现专用的高性能CPU和软件***才能实现的复杂的智能控制功能；且逻辑器件一旦综合固化，不会改变，抗干扰能力强；其逻辑器件是真实的硬件逻辑块，且各个逻辑模块独立存在，对光幕的信号处理是真正的并发处理，速度很快，且不存在软件的死机现象，可靠性很高；可实现在***更新逻辑***，利于安全光幕的在***升级维护；逻辑器件***本质上是硬件***，不存在软件***的缺陷，不必做更复杂要求更高的IEC61508(SIL3)的认证，有利于安全光幕(或安全光电保护传感器)通过4级安全认证，实现高端安全光幕的国产化，打破国外垄断。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1是本发明提供的一种安全光幕IP核***中发光IP核的原理框图。
图2是本发明提供的一种安全光幕IP核***中受光IP核的原理框图。
其中，1.1-发光端扫描接口模块，1.2-发光逻辑模块，1.3-发光端扫描时序及完整性监控模块，1.4-发光端电压监控***复位模块，1.5-发光端总控逻辑时序监控模块，1.6-发光端总控模块，1.7-发光端状态指示模块，1.8-发光端巡检自检故障处理模块，1.9-发光端调制解调模块，1.10-发光端通信处理模块，1.11-发光端时钟模块，1.12-发光端串行接口模块，1.13-发光端串口监控模块；
2.1-受光端扫描接口模块，2.2-受光逻辑模块，2.3-受光端状态指示模块，2.4-受光端扫描时序及完整性监控模块，2.5-受光端电压监控***复位模块，2.6-受光端总控逻辑时序监控模块，2.7-受光端信号识别模块，2.8-受光端信号处理模块，2.9-受光端总控模块，2.10-受光端状态调制与甄别模块，2.11-受光端通道差异故障监控模块，2.12-受光端巡检自检故障处理模块，2.13-受光端时钟同步模块，2.14-受光端时钟监控模块，2.15-受光端时钟模块，2.16-受光端调制解调模块，2.17-受光端串行接口模块，2.18-受光端通信处理模块，2.19-受光端串口监控模块，2.20-受光端外部装置监控模块，2.21-受光端控制输出驱动模块，2.22-受光端输出接口电路监控模块。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
如图1和2所示，本发明提供的一种安全光幕IP核***，包括：发光IP核和受光IP核；
所述的发光IP核包括有：发光端扫描接口模块1.1、发光逻辑模块1.2、发光端扫描时序及完整性监控模块1.3、发光端电压监控***复位模块1.4、发光端总控逻辑时序监控模块1.5、发光端总控模块1.6、发光端状态指示模块1.7、发光端巡检自检故障处理模块1.8、发光端调制解调模块1.9、发光端通信处理模块1.10、发光端时钟模块1.11、发光端串行接口模块1.12、发光端串口监控模块1.13；
发光端扫描接口模块1.1连接发光逻辑模块1.2、发光端扫描时序及完整性监控模块1.3，
发光端电压监控***复位模块1.4连接发光端总控逻辑时序监控模块1.5，发光端总控逻辑时序监控模块1.5连接发光端总控模块1.6，
发光逻辑模块1.2、发光端扫描时序及完整性监控模块1.3连接发光端巡检自检故障处理模块1.8，发光逻辑模块1.2还连接发光端总控模块1.6，
发光端状态指示模块1.7连接发光端巡检自检故障处理模块1.8，发光端巡检自检故障处理模块1.8连接发光端通信处理模块1.10，发光端通信处理模块1.10连接发光端总控模块1.6、发光端调制解调模块1.9，
发光端调制解调模块1.9连接发光端串行接口模块1.12，发光端串行接口模块1.12连接发光端串口监控模块1.13，
发光端时钟模块1.11连接发光端串行接口模块1.12；
所述的受光IP核包括有：受光端扫描接口模块2.1、受光逻辑模块2.2、受光端状态指示模块2.3、受光端扫描时序及完整性监控模块2.4、受光端电压监控***复位模块2.5、受光端总控逻辑时序监控模块2.6、受光端信号识别模块2.7、受光端信号处理模块2.8、受光端总控模块2.9、受光端状态调制与甄别模块2.10、受光端通道差异故障监控模块2.11、受光端巡检自检故障处理模块2.12、受光端时钟同步模块2.13、受光端时钟监控模块2.14、受光端时钟模块2.15、受光端调制解调模块2.16、受光端串行接口模块2.17、受光端通信处理模块2.18、受光端串口监控模块2.19、受光端外部装置监控模块2.20、受光端控制输出驱动模块2.21、受光端输出接口电路监控模块2.22；
受光端扫描接口模块2.1连接受光逻辑模块2.2和受光端扫描时序及完整性监控模块2.4，
受光逻辑模块2.2连接受光端通道差异故障监控模块2.11、受光端总控模块2.9和受光端巡检自检故障处理模块2.12，
受光端扫描时序及完整性监控模块2.4连接受光端巡检自检故障处理模块2.12和受光端总控模块2.9，
受光端电压监控***复位模块2.5连接受光端总控逻辑时序监控模块2.6，受光端总控逻辑时序监控模块2.6连接受光端总控模块2.9，
受光端总控模块2.9连接受光端通道差异故障监控模块2.11、受光端扫描时序及完整性监控模块2.4、受光端巡检自检故障处理模块2.12、受光端通信处理模块2.18、受光端控制输出驱动模块2.21、受光端状态调制与甄别模块2.10、受光端信号处理模块2.8、发光逻辑模块1.2，
受光端信号处理模块2.8连接受光端状态调制与甄别模块2.10、受光端信号识别模块2.7，
受光端巡检自检故障处理模块2.12连接受光端通道差异故障监控模块2.11、受光端时钟监控模块2.14、受光端状态调制与甄别模块2.10、受光端输出接口电路监控模块2.22、受光端通信处理模块2.18、受光端外部装置监控模块2.20，
受光端时钟监控模块2.14连接受光端时钟同步模块2.13和受光端时钟模块2.15，
受光端状态调制与甄别模块2.10连接受光端控制输出驱动模块2.21，受光端控制输出驱动模块2.21连接受光端外部装置监控模块2.20、受光端输出接口电路监控模块2.22，
发光逻辑模块1.2连接受光端调制解调模块2.16，受光端调制解调模块2.16连接受光端通信处理模块2.18、受光端串行接口模块2.17，
受光端串行接口模块2.17连接受光端时钟模块2.15、受光端串口监控模块2.19。
本实施例中，所述发光端通信处理模块通过以下步骤实现滤波处理：
S1：直接基于接收数据，进行匹配滤波；
S2：接收数据经过带通滤波后，进行匹配处理；
S3：直接对接收数据进行白化处理；
S4：接收数据经过带通滤波后，进行白化处理；
S5：接收数据经过带通滤波后，进行相似约束下的滤波器设计处理。
本实施例中，所述受光端通信处理模块通过以下步骤实现滤波处理：
S1：直接基于接收数据，进行匹配滤波；
S2：接收数据经过带通滤波后，进行匹配处理；
S3：直接对接收数据进行白化处理；
S4：接收数据经过带通滤波后，进行白化处理；
S5：接收数据经过带通滤波后，进行相似约束下的滤波器设计处理。
本实施例中，所述步骤S3和S4中白化处理方式如下：
Figure GDA0002794585410000091
其中，接收数据为列向量r，(·)T表示转置，R为噪声协方差矩阵，s–1、s+1表示发送信息“–1”、“+1”的波形，d为当前判决符号。
本实施例中，所述步骤S5中，相似约束是指控制滤波器与发射信号的距离在某一个范围内，从而间接约束滤波器特性。相似约束的表达式可记为：
||w-s||2≤ε
其中，w为滤波器响应，s为发射信号，ε为约束上限，||·||表示二范数；
在相似度约束条件下，以信噪比为优化目标的滤波器表示为：
Figure GDA0002794585410000101
s.t||w||2＝1，||s||2＝1，|wTs|≥1-ε/2；
最优解为：
Figure GDA0002794585410000102
其中，εwf为白化滤波器情况下的相似度，与噪声R协方差有关；而λε是该方程的唯一解。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种安全光幕IP核***，其特征在于，包括：发光IP核和受光IP核；
所述的发光IP核包括有：发光端扫描接口模块、发光逻辑模块、发光端扫描时序及完整性监控模块、发光端电压监控***复位模块、发光端总控逻辑时序监控模块、发光端总控模块、发光端状态指示模块、发光端巡检自检故障处理模块、发光端调制解调模块、发光端通信处理模块、发光端时钟模块、发光端串行接口模块、发光端串口监控模块；
发光端扫描接口模块连接发光逻辑模块、发光端扫描时序及完整性监控模块，
发光端电压监控***复位模块连接发光端总控逻辑时序监控模块，发光端总控逻辑时序监控模块连接发光端总控模块，
发光逻辑模块、发光端扫描时序及完整性监控模块连接发光端巡检自检故障处理模块，发光逻辑模块还连接发光端总控模块，
发光端状态指示模块连接发光端巡检自检故障处理模块，发光端巡检自检故障处理模块连接发光端通信处理模块，发光端通信处理模块连接发光端总控模块、发光端调制解调模块，
发光端调制解调模块连接发光端串行接口模块，发光端串行接口模块连接发光端串口监控模块，
发光端时钟模块连接发光端串行接口模块；
所述的受光IP核包括有：受光端扫描接口模块、受光逻辑模块、受光端状态指示模块、受光端扫描时序及完整性监控模块、受光端电压监控***复位模块、受光端总控逻辑时序监控模块、受光端信号识别模块、受光端信号处理模块、受光端总控模块、受光端状态调制与甄别模块、受光端通道差异故障监控模块、受光端巡检自检故障处理模块、受光端时钟同步模块、受光端时钟监控模块、受光端时钟模块、受光端调制解调模块、受光端串行接口模块、受光端通信处理模块、受光端串口监控模块、受光端外部装置监控模块、受光端控制输出驱动模块、受光端输出接口电路监控模块；
受光端扫描接口模块连接受光逻辑模块和受光端扫描时序及完整性监控模块，
受光逻辑模块连接受光端通道差异故障监控模块、受光端总控模块和受光端巡检自检故障处理模块，
受光端扫描时序及完整性监控模块连接受光端巡检自检故障处理模块和受光端总控模块，
受光端电压监控***复位模块连接受光端总控逻辑时序监控模块，受光端总控逻辑时序监控模块连接受光端总控模块，
受光端总控模块连接受光端通道差异故障监控模块、受光端扫描时序及完整性监控模块、受光端巡检自检故障处理模块、受光端通信处理模块、受光端控制输出驱动模块、受光端状态调制与甄别模块、受光端信号处理模块、发光逻辑模块，
受光端信号处理模块连接受光端状态调制与甄别模块、受光端信号识别模块，
受光端巡检自检故障处理模块连接受光端通道差异故障监控模块、受光端时钟监控模块、受光端状态调制与甄别模块、受光端输出接口电路监控模块、受光端通信处理模块、受光端外部装置监控模块，
受光端时钟监控模块连接受光端时钟同步模块和受光端时钟模块，
受光端状态调制与甄别模块连接受光端控制输出驱动模块，受光端控制输出驱动模块连接受光端外部装置监控模块、受光端输出接口电路监控模块，
发光逻辑模块连接受光端调制解调模块，受光端调制解调模块连接受光端通信处理模块、受光端串行接口模块，
受光端串行接口模块连接受光端时钟模块、受光端串口监控模块；
采用可编程逻辑器件实现的智能控制，并且各逻辑模块独立存在，对光幕信号进行并发处理。
2.根据权利要求1所述的一种安全光幕IP核***，其特征在于，所述发光端通信处理模块发光端通信处理模块通过以下步骤实现滤波处理：
S1：直接基于接收数据，进行匹配滤波；
S2：接收数据经过带通滤波后，进行匹配处理；
S3：直接对接收数据进行白化处理；
S4：接收数据经过带通滤波后，进行白化处理；
S5：接收数据经过带通滤波后，进行相似约束下的滤波器设计处理。
3.根据权利要求2所述的一种安全光幕IP核***，其特征在于，所述受光端通信处理模块通过以下步骤实现滤波处理：
S1：直接基于接收数据，进行匹配滤波；
S2：接收数据经过带通滤波后，进行匹配处理；
S3：直接对接收数据进行白化处理；
S4：接收数据经过带通滤波后，进行白化处理；
S5：接收数据经过带通滤波后，进行相似约束下的滤波器设计处理。
4.根据权利要求3所述的一种安全光幕IP核***，其特征在于，所述步骤S3和S4中白化处理方式如下：
Figure FDA0002794585400000031
其中，接收数据为列向量r，(·)T表示转置，R为噪声协方差矩阵，s-1、s+1表示发送信息“-1”、“+1”的波形，d为当前判决符号。
5.根据权利要求4所述的一种安全光幕IP核***，其特征在于，所述步骤S5中，相似约束是指控制滤波器与发射信号的距离在某一个范围内，从而间接约束滤波器特性； 相似约束的表达式可记为：
||w-s||2≤ε
其中，w为滤波器响应，s为发射信号，ε为约束上限，||·||表示二范数；
在相似度约束条件下，以信噪比为优化目标的滤波器表示为：
Figure FDA0002794585400000032
s.t||w||2＝1，||s||2＝1，|wTs|≥1-ε/2；
最优解为：
Figure FDA0002794585400000041
其中，εwf为白化滤波器情况下的相似度，与噪声R协方差有关；λε是该方程的唯一解。
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