CN108761557A - 一种基于fpga的交叉型光幕检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置，光接收管分别与自带运放的模拟比较器相连通，自带运放的模拟比较器分别与FPGA相连通，每个光接收管接收所有红外发射管发出的光脉冲，使用自带运放的模拟比较器，同时实现微弱电信号的放大和模拟信号的数字化，利用FPGA同时接收、并行处理多路信号，实现微小运动物体的到位检测。红外发射管使用MOS管和距离三极管双级控制，红外发射管的驱动回路使用距离三极管进行功率电阻大小切换。本发明具有检测精度高、数据处理速度快、抗干扰能力强、升级方便等特点，可用于各种工业恶劣环境，特别适用于冶金工业硅钢薄板生产线，可对厚度小于1mm的微小高速运动物体实现到位检测。

Description

一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置

技术领域

本发明涉及一种对微小运动物体实现到位检测的交叉型光幕系统，属于光学计算设备领域。

背景技术

光幕是一种由上到下安装一列红外发射管、光接收管的同步对射式检测装置。普通光幕由发射器、接收器组成，发射器沿长度方向，每隔一定间距驱动一个红外发射管发出一束红外线，产生交流红外光脉冲，接收器按照相同间距安排相同数量的光接收管。

在光幕实际工作环境中，发射器和接收器之间一般相距1～4m，由于光的散射效应，任何一个光接收管都会收到所有红外发射管发出的光脉冲。普通光幕由于受到产品体积、成本以及主芯片处理能力的限制，接收器将收到的光信号转换为微弱的电信号，用运算放大器将其放大，使用模拟多路开关采用时分复用方式将16路模拟信号合并成一路模拟信号，最后使用一片比较器将其转换为数字信号后送给主芯片分析处理，判断是否有通道被遮挡，从而实现物体到位检测功能。

根据时分复用原理，光接收管必须在相同的时间片内接收相同位置红外发射管发出的瞬时光脉冲，这就需要通过发射器和接收器之间的同步线或者无同步线时增加帧同步码，从而保证光幕发射器和接收器双方同步工作。

在冶金行业薄板生产厂家,需要对生产线上运行的薄板实现到位检测，而硅钢薄板厚度小于1mm,并且在运动过程中上下跳动。普通光幕按照同步对射式原理工作，受到红外发射管、光接收管尺寸限制，在现有技术条件下，光轴间距最小为2mm，检测物体尺寸必须在3mm以上，无法满足硅钢薄板生产要求。

授权公告号为CN 103453836 B的文献中给出了“基于机器视觉及激光光幕车辆外轮廓尺寸测量系统与方法”，其通过多组光幕传感器相配合，精确检测行进车辆的高度尺寸、宽度尺寸等车辆特征。此方法使用光幕发射器和接收器的光轴间距为5mm～15mm，检测精度不高，当检测物体尺寸小于8mm时就无法检测。

授权公告号为CN 103389039 B的文献中给出了“一种基于FPGA和FPAA的高速高精度光幕检测装置”，其红外发射管和光接收管不采用传统光幕直线分布形式，而是采用双列交错平面分布，这样克服了传感器自身体积限制，提高测量精度。传感器采用双列交错分布后，光轴间距为2.5mm，当检测物体尺寸小于4mm时还是无法检测。

在多篇论文中提出了各种基于FPGA或MCU的光幕检测器设计方案，例如：

姜博,梁雁冰.基于FPGA的安全光幕的设计与实现[J].现代电子技术,2010,28(3):137-139.

林俊彬,唐露新,张智.基于双MCU可故障检测的安全光幕设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2013,13(4):72-75.

论文中提出的光幕检测器，分辨率为14mm，响应时间13ms。存在检测精度不够、响应速度较慢等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服普通光幕检测精度不足的问题，提供一种数据处理速度高、系统响应速度快、可用于各种工业恶劣环境，特别适用于冶金工业硅钢薄板生产线，可对厚度小于1mm的微小高速运动物体实现到位检测的光幕系统。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置，所述光幕包括发射器和接收器，所述发射器包括若干个红外发射管，所述接收器包括若干个光接收管，所述光接收管分别与自带运放的模拟比较器相连通，所述自带运放的模拟比较器分别与FPGA相连通，每个光接收管接收所有红外发射管发出的光脉冲，使用自带运放的模拟比较器，同时实现微弱电信号的放大和模拟信号的数字化，利用FPGA同时接收、并行处理多路信号，进行交叉信号计算，实现微小运动物体的到位检测。

进一步地，所述红外发射管使用MOS管和距离三极管双级控制，红外发射管的驱动回路使用距离三极管进行功率电阻大小切换。

进一步地，所述MOS管和距离三极管分别与FPGA相连通，MOS管分别与若干个红外发射管相连，若干个红外发射管分别通过导通三极管与远端电阻或近端电阻相连，所述远端电阻经距离三极管后接地，所述近端电阻直接接地，所述远端电阻远小于近端电阻。

进一步地，当发射器和接收器工作距离远时，控制距离三极管导通，回路电阻小，回路电流大，红外发射管发出的能量强；当发射器和接收器工作距离近时，控制距离三极管截止，回路电阻大，回路电流小，红外发射管发出的能量弱，从而在近距离通信时防止信号饱和。

进一步地，所述光接收管的前方还设置有窄带滤光片，通过波长830nm到870nm。

进一步地，光幕发射器核心芯片FPGA包括时钟分频模块、基准数据生成模块、光脉冲MOS管和三极管双级驱动模块、距离控制模块；其中：

时钟分频模块用于输入50M时钟，产生200KHz时钟；时钟分频模块的输入时钟CLK50M来自50M的有源晶振，200KHz时钟输出端CLK200K连到基准数据生成模块的时钟输入端；

基准数据生成模块用于产生发射器所需要的时钟SerCLK和起始基准数据SerData，输入时钟CLK200K，来自时钟分频模块；

光脉冲MOS管和三极管双级驱动模块用于产生多路红外发射管的导通控制信号，输入信号为发射光脉冲时钟SerCLK，频率为200KHz，输入同步脉冲为SerData，该信号在每周期起始出现一个瞬时高电平，这两个信号是由基准数据生成模块产生，光脉冲模块有两组输出信号控制多路红外发射管的导通，分别是MOS管控制信号MOSCt和三极管控制信号LightT[n..1]；

距离控制模块用于根据外部连线，产生距离三极管控制信号，输入信号DisIn由外部连线降压形成，输出信号DisCt驱动距离三极管的基极。

进一步地，接收器核心芯片FPGA包括时钟分频模块、光脉冲起始位置判断模块、起始信号延迟模块、光脉冲统计模块、交叉判决到位检测模块；其中：

时钟分频模块用于输入50M时钟，产生200KHz时钟；时钟分频模块的输入时钟CLK50M来自50M的有源晶振，200KHz时钟输出端CLK200K连到光脉冲起始位置判断模块和起始信号延迟模块的时钟输入端；

光脉冲起始位置判断模块的输入时钟信号CLK200K来自时钟分频模块，输入光脉冲信号Light1来自第一路模拟比较器，捕捉到100us以上连零码后的第一个脉冲，即为光脉冲的启动码，光脉冲起始位置判断模块的输出信号为起始光脉冲位置数据OptiSta1A；

起始信号延迟模块由两级D触发器组成，输入时钟CLK200K来自时钟分频模块，输入信号光脉冲位置数据OptiSta1A来自光脉冲起始位置判断模块，经过D触发器后，输出光脉冲位置数据OptiSta1C；

光脉冲统计模块的输入光脉冲信号Light1来自第一路模拟比较器，输入信号起始光脉冲位置数据OptiSta1A和OptiSta1C，分别来自光脉冲起始位置判断模块和起始信号延迟模块，光脉冲统计模块的输出为光脉冲判断信号OptiJud1，用高低电平表明第一路光接收管是否收到完整的多个光脉冲；

交叉判决到位检测模块的输入信号为光脉冲判断信号OptiJud1～OptiJudn，来自n个光脉冲统计模块，将其连到n个输入与门，若光幕发射器和接收器之间没有物体挡住，OptiJud1～OptiJudn均为高电平，则交叉判决到位检测模块输出信号SwiOut为高电平，否则为低电平。

本发明的有益效果如下：

本发明中每个光接收管接收所有红外发射管发出的光脉冲；使用自带运放的模拟比较器，同时实现微弱电信号的放大和模拟信号的数字化，满足产品小型化要求；利用FPGA的并行处理特性，同时接收、并行处理多路信号，进行交叉信号计算，实现物体到位检测。

因此，本发明构建了交叉网状光幕，具有检测精度高、数据处理速度快、抗干扰能力强、升级方便等特点，可用于各种工业恶劣环境，特别适用于冶金工业硅钢薄板生产线，可对厚度小于1mm的微小高速运动物体实现到位检测。

附图说明

图1是本发明整体工作示意图；

图2是发射器红外发射管驱动框图；

图3是普通光幕三极管单级控制波形图；

图4是本发明发射器MOS管和三极管双级控制波形图；

图5是光幕发射器FPGA的结构示意图；

图6是光幕发射器FPGA控制时序图；

图7是普通光幕接收器设计框图；

图8是本发明接收器设计框图；

图9是光幕接收器FPGA的结构示意图；

图10是光幕接收器光脉冲判决时序图；

图11是发射器和接收器之间无物体遮挡时，四通道泰克示波器测量得到的光幕接收器部分光接收管波形图；

图12是把一张A4纸侧面(厚度约为80um)放在发射器和接收器之间时，四通道泰克示波器测量得到的光幕接收器部分光接收管波形图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细描述：

一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置，该装置中FPGA芯片在Quartus集成开发环境中使用VHDL描述，由基准数据生成模块、距离控制模块、时钟分频模块、交叉判决到位检测模块等部分组成。

本装置的整体工作情况如图1所示，发射器沿长度方向，每隔一定间距驱动一个红外管发出一束红外线，产生交流红外光脉冲，接收器按照相同间距安排相同数量的光接收管。只要相邻元件间距在10mm以内，在光幕的正常工作范围1～4m内，由于光的散射效应，任何一个光接收管都会收到所有红外发射管发出的光脉冲，形成一个交叉光网。图1中以4个红外发射管和4个光接收管为例，说明了交叉型光幕的光路模型，实际发明可选16个或更多个的红外发射管和光接收管。

普通光幕一般采用三极管控制发射管的导通和截止，由于红外管需要较大的启动电流，因此会导致刚开始导通时的光能损耗。本装置发射器的红外发射管使用MOS管和三极管双级控制，实现大电流驱动，从而增加通信距离，光幕发射器红外发射管驱动框图如图2所示。

本发明接收器中的16个光接收管将收到的光信号转换为微弱的电信号，用运算放大器将其分别放大后，没有使用模拟多路开关将16路模拟信号合并成一路模拟信号，而是使用了16个模拟比较器以实现模拟信号的数字化，为节省产品空间、降低成本，使用Maxim公司的MAX9005芯片，采用超小8μMAX封装，放大性能优良、单芯片8引脚内同时包含运放和模拟比较器、占用空间小，16路比较器输出的数字信号同时送给主芯片分析处理。

为了实现远近距离控制，红外发射管的驱动回路使用三极管进行功率电阻大小切换，图2中的远端电阻远小于近端电阻。当光幕发射器和接收器工作距离较远时，距离控制三极管导通，回路电阻较小，从而产生较大的回路电流，红外发射管发出较强的能量；当光幕发射器和接收器工作距离较近时，距离控制三极管截止，回路电阻较大，回路电流较小，红外发射管发出的能量较弱，从而可以在近距离通信时防止信号饱和。

图3是普通光幕三极管单级控制波形图，图4是本发明发射器MOS管和三极管双级控制波形图。图3-4中示波器测量信号的通道3均为光幕接收器运放输出，示波器通道4为比较器数字化后输出信号。明显看出当采用MOS管和三极管双级控制时，光接收管收到的信号强于普通光幕三极管单级控制方式，实现大电流驱动，从而实现更远的通信距离。

本装置中，光幕发射器核心芯片FPGA的内部功能如图5所示，包括时钟分频模块、基准数据生成模块、光脉冲MOS管和三极管双级驱动模块、距离控制模块。其中：

时钟分频模块的主要功能是输入50M时钟，产生200KHz时钟。时钟分频模块的输入时钟CLK50M来自50M的有源晶振，200KHz时钟输出端CLK200K连到基准数据生成模块的时钟输入端。时钟分频模块根据50M晶振上升沿工作，每出现一次上升沿，八位计数总线加一，加到249后计数总线清零，计数总线最高位就是所需要的时钟CLK200K。

CLK200K＝CLK50M/(249+1)＝200KHz

基准数据生成模块作用是产生发射器所需要的时钟SerCLK和起始基准数据SerData，输入时钟CLK200K，来自时钟分频模块。

工作过程描述如下：首先以CLK200K为时钟，进行模180计数，产生计数总线LEDCount[7..0]；接下来判断LEDCount[7..0]的数值，当LEDCount[7..0]＝1时，同步数据SerData为1，其余任何计数状态SerData均为0，这样保证在每个循环周期起始出现一个瞬时高电平，输出时钟SerCLK与输入时钟CLK200K相同。

频率200KHz的时钟一个方波为5us，因此一个完整的光幕发射周期为900us(5us*180)。

光脉冲MOS管和三极管双级驱动模块作用是产生16路红外发射管的导通控制信号，输入信号为发射光脉冲时钟SerCLK，频率为200KHz，输入同步脉冲为SerData，该信号在每周期起始出现一个瞬时高电平，这两个信号是由基准数据生成模块产生，光脉冲模块有两组输出信号控制16路红外发射管的导通，分别是MOS管控制信号MOSCt和三极管控制信号LightT[16..1]。

光脉冲MOS管和三极管双级驱动模块的工作过程描述如下：首先以SerCLK为时钟，SerData为复位信号，设计停止型模180计数器，产生计数总线CLKCountB[7..0]；接下来判断CLKCountB[7..0]的数值，当CLKCountB[7..0]＝3、9、19、29、39、49、59、69、79、89、99、109、119、129、139、149、159时，MOS管控制信号MOSCt为1，其余计数状态为0；其中为区分起始信号，第一路红外发射管增加一个计数值3，其余所有发射管的MOS管控制信号间隔均为10。

继续判断CLKCountB[7..0]的数值，当CLKCountB[7..0]＝1～10时，第一路红外发射管的三极管控制信号LightT[1]为1，当CLKCountB[7..0]＝11～20时，第二路红外发射管的三极管控制信号LightT[2]为1，CLKCountB[7..0]的判断数值不断加十，依次类推，产生16路红外发射管的三极管控制信号LightT[16..1]。

距离控制模块的主要功能是根据外部连线，产生距离三极管控制信号，输入信号DisIn由外部连线降压形成，输出信号DisCt驱动距离三极管的基极。

当DisIn接到0V时，DisCt为1，距离三极管导通，远端电阻起主要作用，发射管功率强，通信距离远；当DisIn接到24V时，DisCt为0，距离三极管截止，近端电阻起主要作用，发射管功率弱，通信距离近；从而在不同的通信距离，产生强弱不同的发射信号，防止光接收管信号饱和。

光幕发射器FPGA控制时序如图6所示，清晰的描述了基准数据生成模块的输出信号SerCLK、SerData，光脉冲MOS管和三极管双级驱动模块输出的MOS管控制信号MOSCt、三极管控制信号LightT[16..1]，以及这些信号之间的相位关系。可以看出十六路三极管控制信号LightT[16..1]依次相邻、互不干扰，MOS管控制信号MOSCt为串行公共线，计数总线CLKCountB[7..0]计数到9时第一路红外发射管导通，其余发射管按10累加依次导通，在第一路红外发射管增加一个计数值3，以区分启动信号。

本装置中，包含16个红外发射管和16个光接收管，选择大角度的红外发射管和接收管，由于光的散射效应和直线传播原理，每个光接收管会收到所有16个红外发射管发出的光脉冲。光幕接收器中的16个光接收管实现光电转换，将收到的光信号转换为微弱的电信号，用运算放大器将其分别放大后，没有按照普通光幕设计方案，使用模拟多路开关将16路模拟信号合并成一路模拟信号，而是使用了16个模拟比较器以实现模拟信号的数字化，为节省产品空间、降低成本，使用Maxim公司的MAX9005芯片，采用超小8μMAX封装，放大性能优良、单芯片8引脚内同时包含运放和模拟比较器、占用空间小，16路比较器输出的数字信号同时送给FPGA。由FPGA对信号进行运算处理，实现微小物体到位检测，输出开关信号。

图7是普通光幕接收器设计框图，图8是本发明接收器设计框图。

将两者对比可以看出，普通光幕接收器使用运算放大器将收到的微弱电信号放大后，使用模拟多路开关采用时分复用方式将16路模拟信号合并成一路模拟信号，最后使用一片比较器将其转换为数字信号后送给主芯片分析处理，判断是否有通道被遮挡。因此在普通光幕中红外发射管和光接收管是在相同位置一一对应，处理的是平行光路信号，若物体小于或接近光轴间距时，普通光幕就无法识别，这主要是因为受到产品体积、成本以及主芯片处理能力的限制。

本装置中，每个光接收管接收所有16个红外发射管发出的光脉冲；使用十六个自带运放的模拟比较器，同时实现微弱电信号的放大和模拟信号的数字化，满足产品小型化要求，构建了交叉网状光幕；利用FPGA的并行处理特性，同时接收、并行处理16路信号，进行交叉信号计算、分析，处理速度快，嵌入式软件升级方便，实现微小运动物体的到位检测。

本装置中，光幕接收器FPGA的内部功能如图9所示，由时钟分频模块、光脉冲起始位置判断模块、起始信号延迟模块、光脉冲统计模块、交叉判决到位检测模块组成。其中：

时钟分频模块的主要功能是输入50M时钟，产生200KHz时钟。时钟分频模块的输入时钟CLK50M来自50M的有源晶振，200KHz时钟输出端CLK200K连到光脉冲起始位置判断模块和起始信号延迟模块的时钟输入端。时钟分频模块根据50M晶振上升沿工作，每出现一次上升沿，八位计数总线加一，加到249后计数总线清零，计数总线最高位就是所需要的时钟CLK200K。

CLK200K＝CLK50M/(249+1)＝200KHz

光脉冲起始位置判断模块的输入时钟信号CLK200K来自时钟分频模块，输入光脉冲信号Light1来自第一路模拟比较器，捕捉到100us以上连零码后的第一个脉冲，即为光脉冲的启动码，光脉冲起始位置判断模块的输出信号为起始光脉冲位置数据OptiSta1A。

光脉冲起始位置判断模块的工作过程包含串并转换、同步码比较两个阶段。

工作过程描述如下：首先对Light1信号进行二十位串并转换，它的时钟输入端使用CLK200K时钟信号，数据输入端为光脉冲信号Light1，输出二十位并行总线OptiParaData[19..0]。串并转换模块根据CLK200K上升沿工作，每出现一次上升沿，将Light1送给并行总线OptiParaData[19..0]的最低位，同时使用for循环将OptiParaData[19..0]的二十个比特左移一位，实现串并转换功能。

同步码比较阶段是在每个CLK200K时钟的下降沿，比较并行数据OptiParaData[19..0]和同步码0000 0000 0000 0000 0001是否相同，若相同，起始光脉冲位置数据OptiSta1A输出为1，否则OptiSta1A输出为0。

起始信号延迟模块由两级D触发器组成，输入时钟CLK200K来自时钟分频模块，输入信号光脉冲位置数据OptiSta1A来自光脉冲起始位置判断模块，经过D触发器后，输出光脉冲位置数据OptiSta1C。

起始信号延迟模块的工作过程描述如下：首先光脉冲位置数据OptiSta1A作为第一级D触发器的数据输入，CLK200K为第一级D触发器的时钟，第一级D触发器的数据输出连到第二级D触发器的数据输入，CLK200K反相后作为第二级D触发器的时钟，第二级D触发器的输出信号OptiSta1C比原始的光脉冲位置数据OptiSta1A滞后一个时钟周期。

光脉冲统计模块的输入光脉冲信号Light1来自第一路模拟比较器，输入信号起始光脉冲位置数据OptiSta1A和OptiSta1C，分别来自光脉冲起始位置判断模块和起始信号延迟模块，光脉冲统计模块的输出为光脉冲判断信号OptiJud1，用高低电平表明第一路光接收管是否收到完整的十六个光脉冲。

光脉冲统计模块的工作过程包含光脉冲计数、脉冲数阈值判断两个阶段。

工作过程描述如下：首先以Light1为时钟，OptiSta1C为复位信号，设计停止型模20计数器，产生计数总线OptiCount[4..0]；接下来设计脉冲数阈值判断模块，在OptiSta1A上升沿时同步判断OptiCount[4..0]的数值是否等于阈值16，若等于则说明第一路光接收管收到了完整的十六个光脉冲，光脉冲判断信号OptiJud1输出为高，否则OptiJud1为低。

交叉判决到位检测模块的输入信号为光脉冲判断信号OptiJud1～OptiJud16，来自十六个光脉冲统计模块，将其连到十六输入与门，若光幕发射器和接收器之间没有物体挡住，OptiJud1～OptiJud16均为高电平，则交叉判决到位检测模块输出信号SwiOut为高电平，否则为低电平。

图10是光幕接收器光脉冲判决时序图，用波形仿真形式清晰描述了图9中各模块所涉及的信号。图10中，描述了来自第一路模拟比较器的三个周期光脉冲信号Light1，第一周期包含十六个完整光脉冲，第二、三周期均有部分光脉冲被挡住。可以看出，启动时光脉冲判断信号OptiJud1输出为低电平；在第二个周期开始时输出第一周期的判决结果，OptiJud1变为高电平；在第三个周期开始时输出第二周期的判决结果，OptiJud1变为低电平。其它十五路光接收管的信号处理过程完全类似，充分利用FPGA的全并行结构，在FPGA设计中复制与第一路信号处理完全相同的十五路光脉冲起始位置判断模块、起始信号延迟模块、光脉冲统计模块，将它们输出的十六路光脉冲判断信号OptiJud1～OptiJud16送到交叉判决到位检测模块，进行全与操作即可实现微小物体到位检测。

图11-12是四通道泰克示波器测量得到的光幕接收器部分光接收管波形图，示波器中通道1为基准信号，通道2～4为第1、5、9路光接收管信号经过运放反相放大后的信号。可以明显看出图11中发射器和接收器之间没有物体挡住，图12是把一张A4纸侧面(厚度约为80um)放在发射器和接收器之间，第1、5、9路光接收管收到的光脉冲在不同位置被挡住。

本发明的光接收管前面增加850nm窄带滤光片，通过波长830nm到870nm，只有红外光脉冲可以通过，消除背景光等干扰信号，使光幕可以工作在复杂工业环境；

本具体实施方式中，每个光接收管接收所有16个红外发射管发出的光脉冲；使用自带运放的模拟比较器，同时实现微弱电信号的放大和模拟信号的数字化，满足产品小型化要求；利用FPGA的并行处理特性，同时接收、并行处理16路信号，进行交叉信号计算，实现物体到位检测。

因此，本发明构建了交叉网状光幕，具有检测精度高、数据处理速度快、抗干扰能力强、升级方便等特点，可用于各种工业恶劣环境，特别适用于冶金工业硅钢薄板生产线，可对厚度小于1mm的微小高速运动物体实现到位检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置，所述光幕包括发射器和接收器，所述发射器包括若干个红外发射管，所述接收器包括若干个光接收管，其特征在于：所述光接收管分别与自带运放的模拟比较器相连通，所述自带运放的模拟比较器分别与FPGA相连通，每个光接收管接收所有红外发射管发出的光脉冲，使用自带运放的模拟比较器，同时实现微弱电信号的放大和模拟信号的数字化，利用FPGA同时接收、并行处理多路信号，进行交叉信号计算，实现微小运动物体的到位检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置，其特征在于：所述红外发射管使用MOS管和距离三极管双级控制，红外发射管的驱动回路使用距离三极管进行功率电阻大小切换。

3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置，其特征在于：所述MOS管和距离三极管分别与FPGA相连通，MOS管分别与若干个红外发射管相连，若干个红外发射管分别通过导通三极管与远端电阻或近端电阻相连，所述远端电阻经距离三极管后接地，所述近端电阻直接接地，所述远端电阻远小于近端电阻。

4.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置，其特征在于：当发射器和接收器工作距离远时，控制距离三极管导通，回路电阻小，回路电流大，红外发射管发出的能量强；当发射器和接收器工作距离近时，控制距离三极管截止，回路电阻大，回路电流小，红外发射管发出的能量弱，从而在近距离通信时防止信号饱和。

5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置，其特征在于：所述光接收管的前方还设置有窄带滤光片，通过波长830nm到870nm。

6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置，其特征在于：光幕发射器核心芯片FPGA包括时钟分频模块、基准数据生成模块、光脉冲MOS管和三极管双级驱动模块、距离控制模块；其中：

时钟分频模块用于输入50M时钟，产生200KHz时钟；时钟分频模块的输入时钟CLK50M来自50M的有源晶振，200KHz时钟输出端CLK200K连到基准数据生成模块的时钟输入端；

基准数据生成模块用于产生发射器所需要的时钟SerCLK和起始基准数据SerData，输入时钟CLK200K，来自时钟分频模块；

光脉冲MOS管和三极管双级驱动模块用于产生多路红外发射管的导通控制信号，输入信号为发射光脉冲时钟SerCLK，频率为200KHz，输入同步脉冲为SerData，该信号在每周期起始出现一个瞬时高电平，这两个信号是由基准数据生成模块产生，光脉冲模块有两组输出信号控制多路红外发射管的导通，分别是MOS管控制信号MOSCt和三极管控制信号LightT[n..1]；

距离控制模块用于根据外部连线，产生距离三极管控制信号，输入信号DisIn由外部连线降压形成，输出信号DisCt驱动距离三极管的基极。

7.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的交叉型光幕检测装置，其特征在于：接收器核心芯片FPGA包括时钟分频模块、光脉冲起始位置判断模块、起始信号延迟模块、光脉冲统计模块、交叉判决到位检测模块；其中：

时钟分频模块用于输入50M时钟，产生200KHz时钟；时钟分频模块的输入时钟CLK50M来自50M的有源晶振，200KHz时钟输出端CLK200K连到光脉冲起始位置判断模块和起始信号延迟模块的时钟输入端；

光脉冲起始位置判断模块的输入时钟信号CLK200K来自时钟分频模块，输入光脉冲信号Light1来自第一路模拟比较器，捕捉到100us以上连零码后的第一个脉冲，即为光脉冲的启动码，光脉冲起始位置判断模块的输出信号为起始光脉冲位置数据OptiSta1A；

起始信号延迟模块由两级D触发器组成，输入时钟CLK200K来自时钟分频模块，输入信号光脉冲位置数据OptiSta1A来自光脉冲起始位置判断模块，经过D触发器后，输出光脉冲位置数据OptiSta1C；

光脉冲统计模块的输入光脉冲信号Light1来自第一路模拟比较器，输入信号起始光脉冲位置数据OptiSta1A和OptiSta1C，分别来自光脉冲起始位置判断模块和起始信号延迟模块，光脉冲统计模块的输出为光脉冲判断信号OptiJud1，用高低电平表明第一路光接收管是否收到完整的多个光脉冲；

交叉判决到位检测模块的输入信号为光脉冲判断信号OptiJud1～OptiJudn，来自n个光脉冲统计模块，将其连到n个输入与门，若光幕发射器和接收器之间没有物体挡住，OptiJud1～OptiJudn均为高电平，则交叉判决到位检测模块输出信号SwiOut为高电平，否则为低电平。