光學單元、光幕和用于分配各自的地址的方法
【專利摘要】本發明涉及用于監控保護區域的光幕，特別是安全光幕，具體涉及包括通過通信總線互連的光電子部件的這種光幕的光學單元，并且涉及用于向多個光電子部件中的每個分配各自的地址的方法。光學單元包括控制器單元；借助通信總線(124)互連的多個光電子部件(116)，每個所述光電子部件(116)具有用于接收傳送信號的傳送輸入端子和用于輸出傳送信號的傳送輸出端子，以及用于從所述控制單元接收控制信號的接收端子。根據各個光電子部件相對于其他光電子部件的位置向每個所述光電子部件(116)分配各自的地址。
【專利說明】光學單元、光幕和用于分配各自的地址的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于監控保護區域的光幕，特別是安全光幕，具體涉及包括通過通信 總線互連的光電子部件的這種光幕。此外，本發明涉及作為這種光幕的一部分的光學單元， 以及用于向多個光電子部件中的每個分配單獨地址的方法。

【背景技術】
[0002] 總體上，光幕以及特別是安全光幕檢測物體移動或侵入到防護區中，并且更具體 地，為與機器或其他工業設備一起工作的人類操作者提供保護。
[0003] 采用紅外線或可見光束的光幕用于在多種工業應用中提供操作者安全。典型地在 機器周圍采用用于操作者保護的光幕，諸如沖床、制動器、造型機、自動組裝設備、線圈纏繞 機器、機器人操作、鑄造操作等。傳統的光幕典型地采用在防護區的一側沿傳送器條安裝 在隔開的位置的發光二極管（LED)，以及在防護區的相對側沿接收器條安裝的光電晶體管 (PT)、光電二極管或光電接收器。如果一個或更多個波束被阻擋不能穿過諸如操作者的手 臂的不透明物體，則控制電路關閉機器、阻止機器運轉、或者另外對該區域采取安全措施。
[0004] 通常，安全光幕包括兩個光學單元（也被稱為條、棒、邊或帶），它們由兩個不同的 構造單元形成，一個光學單元具有發射器的功能，并且一個光學單元具有接收器的功能。然 而，這種專用的發射器和接收器的架構具有若干缺陷。
[0005] 首先，由于必須以不同方式制造每種類型的光學單元，因此制造成本是高的。此 夕卜，已知從發射器到接收器的光學路徑還用于傳送信息，例如用于同步。然而，在一個光學 單元僅具有發射器的功能而另一個僅具有接收器的功能的系統中，光學通信僅是單向的， 即從發送器側到接收器側。因此，光學同步可能是困難的并且通信信息的傳送僅在一個方 向上是可能的。
[0006] 如歐洲專利EP1870734B1中描述的，已提出了在第一和第二光學單元中的每個上 設置接收器和傳送器。這里，柵格具有兩個相同的傳送/接收帶，傳送和接收單元固定到這 兩個相同的傳送/接收帶。傳送/接收帶彼此相對安置，在帶之間形成了保護區域。傳送/ 接收帶在控制和評估單元中相同地形成。控制和評估單元具有安全輸出，它們被一起形成 為開關通道。為所有帶提供相同的電源。
[0007] 此外，根據EP2511737A1獲知提供了模塊化光幕和用于這種光幕的光學單兀。
[0008] 只要電子部件借助于通信總線互連，就需要每個部件具有可清楚區分的各自的地 址，用于提供針對下行鏈路中的特定的電子部件的數據以及用于在上行鏈路中的特定部件 發送的數據之間進行區分的控制器也必須知曉這一點。當組裝包含多個光電子部件的光幕 時，每個光電子部件可以配有特定的地址，該地址被存儲在控制器和光電子部件自身中，使 得可以進行通信。地址值通常被預先限定，與總線系統內的特定功能相關，并且這種預先限 定的地址分配具有如下缺點，總線內的部件的這種特定功能必須在組裝前就被知曉。在具 有帶發送器和/或接收器元件的光電子部件的光幕的情況下，這意味著在組裝期間，每個 光電子部件必須安裝在與該地址對應的預先限定的組裝位置。


【發明內容】

[0009] 因此，本發明的基本目的在于提供光幕和用于向多個光電子部件中的每個分配各 自的地址的方法，其減少了組裝期間的花銷并且還符合可測試性和維護的設計要求。
[0010] 該目的通過獨立權利要求的主題內容來解決。本發明的有利實施例是從屬權利要 求的主題內容。
[0011] 本發明基于如下思想，光電子部件未配有制造商預設的地址，而是根據各個光電 子部件相對于光幕內的其他光電子部件的幾何位置而被分配它們的地址。具體地，首次設 置光幕可以通過菊花鏈尋址開始地址分配并且光電子模塊彼此連接用于串聯互連方案中 的地址分配。通過這種動態現場地址分配，實現了極高的靈活性以及對操作期間現場所需 的特定數據結構的改進的適應。此外，便利了光幕系統的翻新和維修。使用菊花鏈尋址允 許容易地使光電子部件的幾何位置相對于彼此相關，條件是它們以某種線性配置對準。為 了覆蓋矩陣形陣列，曲折的菊花鏈地址線可用于分配光電子部件各自的地址。
[0012] 根據本發明的地址分配可以通過將其與具有發射紅外輻射（具有750nm和1500nm 之間的波長）或可見光（具有400nm和750nm之間的波長）的發射器的光幕一起使用而被 滿容量使用。
[0013] 根據本發明，每個光電子部件包括用于驅動至少一個光發射元件以及用于處理由 至少一個光接收元件生成的信號的電子電路。該布置具有提供高度模塊化設置的優點并且 允許光學單元和得到的光幕的極為靈活和成本有效的組裝。
[0014] 為了存儲所分配的地址，光電子部件均包括永久的或易失性的存儲器。如果存儲 裝置永久地存儲所分配的地址，則僅在初始化光幕的設置時需要執行地址分配過程。對于 首次安裝情況如此，并且在重新布置光學單元時或者在維護工作之后，情況亦是如此。然 而，地址也可以存儲在易失性存儲器中并且在上電處理期間總是被重新分配。根據本發明 的光學單元可以僅與反射表面組合或者與類別相同的至少一個第二光學單元組合以形成 用于監控保護區域的光幕。
[0015] 此外，本發明涉及一種用于向經由通信總線彼此連接的多個光電子部件中的每個 分配各自的地址的方法。根據該方法，控制單元在第一通信方向上向設置內的所有光電子 部件廣播請求。每個光電子部件隨后在第二通信方向上傳送各自的響應。根據各個光電子 部件相對于其他光電子部件的位置，向每個光電子部件分配各自的地址。這種向光電子部 件分配各自的和唯一的地址的方法允許整體系統的高度靈活性和成本有效的設置。
[0016] 根據本發明，至少用作地址線的信號線被形成作為串聯連接，以便提供菊花鏈尋 址方案。菊花鏈接允許特別簡單地確定光電子部件相對于彼此的位置。除了尋址連接之 夕卜，控制器也可以具有借助于帶節點地址的數據總線隨機地訪問每個單個光電子部件的可 能性。由于總線連接和菊花鏈不一定必須由同一結構形成，因此存在至少兩個選擇。總線 系統可以具有三條線，具體地是時鐘線、數據輸入（data-in)線和數據輸出（data-out)線， 并且其中一條線形成菊花鏈。特別地，數據輸入線或數據輸出線是串聯連接并且其他線是 并聯的。另一方面，總線系統也可以具有三條線（時鐘、數據輸入和數據輸出）并且額外的 菊花鏈連接被設置用于區分如下地址，所述地址不形成總線連接的一部分，而是僅在地址 分配的設置期間使用。
[0017] 串聯連接通常對沿它們傳遞的信號具有如下影響，較之未通過菊花鏈接部件傳遞 的那些信號，例如時鐘信號，該信號被延遲。為了允許限定的與繞過串聯連接傳送的那些信 號重新同步，系統可以包括一個或更多個延遲元件，用于延遲在所述串聯互連上傳送的信 號。這些延遲元件可以提供緩沖器功能并且允許菊花鏈接信號與例如時鐘信號的重新同 止 /J/ 〇
[0018] 為了根據光電子部件相對于彼此的位置來分配各自的地址，主要有兩種可能的過 程。首先，控制器給出地址作為新的數據字并且存儲在光電子部件的存儲器中。
[0019] 替選地，光電子部件的已存在的唯一標識符也被讀出并且根據各個光電子部件的 位置，可以被分配特定地址的含義。對于該過程，在啟動期間，每個光電子部件的各自的和 唯一的標識符被讀出并且被設定為與總線中的物理位置相關。該關系被再次永久地或易失 性地存儲在控制單元中。對于該各自的和唯一的標識符存在不同的選擇。特別地，可以在 光電子部件的半導體制造和組裝期間給出唯一標識符。替選地，也可以在生產現場在模塊 生產期間或者在構造車間或者在OEM客戶廠房處在光幕生產期間分配唯一標識符。在任何 情況下，不必執行光電子部件的存儲器中的存儲數據的操縱，光電子部件內存儲的標識符 完全不必包含特定地址的含義和信息。
[0020] 由于安全原因，對于從光電子部件到微控制器的答復，可以將反轉節點地址用作 節點標識符。結果，微控制器使用它們的唯一節點地址與每個光電子部件通信，而當光電子 部件需要向微控制器傳送數據時，使用節點標識符，即反轉節點地址。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 附圖被并入說明書并且形成說明書的一部分，用于圖示本發明的若干實施例。這 些附圖連同說明書一起用于解釋本發明的原理。附圖僅用于圖示如何實現和使用本發明的 優選的和替選的示例，不應被解釋為將本發明限制于所圖示和描述的實施例。此外，實施例 的若干方面可以單獨地或者以不同的組合形成根據本發明的解決方案。根據如附圖中所示 的下面的本發明的各實施例的更為具體的描述，另外的特征和優點將變得清楚，在附圖中 相同的附圖標記表示相同的元件，并且其中：
[0022] 圖1示出了具有兩個光學單元的光幕的示意圖；
[0023] 圖2示出了根據第一實施例的包括兩個光學單元的光幕的示意圖；
[0024] 圖3示出了根據另一實施例的包括兩個光學單元的光幕的示意圖；
[0025] 圖4示出了根據另一實施例的包括兩個光學單元的光幕的示意圖；
[0026] 圖5示出了根據另一實施例的包括兩個光學單元的光幕的示意圖；
[0027] 圖6示出了根據本發明的光電子部件的電路圖；
[0028] 圖7示出了作為光電子部件的一部分的控制元件的框圖；
[0029] 圖8示出了根據本發明的光學單元的示意圖；
[0030] 圖9示出了根據另一實施例的光學單元的示意圖；
[0031] 圖10示出了根據第一實施例的用于地址分配的串聯連接的示意圖；
[0032] 圖11示出了處理開始時的根據第二實施例的用于地址分配的串聯連接的示意 圖；
[0033] 圖12示出了隨后時刻的根據第二實施例的用于地址分配的串聯連接的示意圖；
[0034] 圖13示出了隨后時刻的根據第二實施例的用于地址分配的串聯連接的示意圖；
[0035] 圖14示出了隨后時刻的根據第二實施例的用于地址分配的串聯連接的示意圖；
[0036] 圖15示出了隨后時刻的根據第二實施例的用于地址分配的串聯連接的示意圖；
[0037] 圖16示出了最終狀態的根據第二實施例的用于地址分配的串聯連接的示意圖；
[0038] 圖17是用于確定光電子部件的電子電路的操作狀態的概念性內部電路的示意 圖；
[0039] 圖18示出了由兩個串聯連接的光學模塊形成的光學單元的示意圖；
[0040] 圖19示出了圖18中所示的系統中的最后兩個節點的重置狀態的細節；
[0041] 圖20示出了用于解釋設定地址操作的圖18的系統的示意圖；
[0042] 圖21示出了其中以下集成電路接受設定地址命令并且傳播地址使能的操作的示 意圖；
[0043] 圖22示出了關于地址分配過程的示意性時序圖；
[0044] 圖23示出了關于地址分配處理的另一時序圖。

【具體實施方式】
[0045] 現在參照圖1，示出了包括兩個光學單元的光幕的示意圖。
[0046] 該實施例中的光幕100包括兩個相同的第一和第二光學單元102、104,它們在用 于監控保護區域的多個光壘彼此之間形成。然而，本發明的思想也適用于其中連同反射相 對表面一起僅使用一個光學單元102的布置，或者包括不止兩個光學單元的系統中的布 置。光學單元102U04可以例如根據歐洲專利申請EP2511737A1的原理形成，并且特別地 可以使用插入模塊106、108用于限定它們各自的功能。
[0047] 根據圖1中所示的實施例，每個光學單元102U04包括兩個優選地相同的模塊 110,每個模塊110具有光發射元件和光接收元件。這些光學模塊110可以針對光學單元 102、104兩者相同地構建。光學單元102、104中的每個進一步包括至少一個第二光學模塊 112,第二光學模塊112還包括向光學單元102U04提供必要的智能的微控制器。模塊110、 112中的每個可以例如具有約150_的高度。然而，每個模塊110U12內的任何其他尺寸或 數目的模塊也可以與本發明一起使用。如圖1中所示，第一和第二光學模塊102U04可以 相同地構建，不同之處在于限定每個光學單元的特定功能的插入模塊l〇6a、106b和108a、 108b。然而，如參照圖2至5時將變得更清晰的，對于每個光學單元，光學模塊不一定相同， 而是可以具有如下不同之處，一個光學單元具有僅包括發射器的模塊，而另一個光學單元 具有僅帶有接收器的模塊。
[0048] 每個光學模塊110包括多個光電子部件，這些光電子部件具有它們用于發射和感 測輻射波束的相關聯的電路。第二光學模塊112包含相同的光學功能，并且此外，包含至少 一個微控制器并且可選地包含電子電路，諸如與外部連接器的接口。然而，為了使用根據本 發明的尋址，光電子部件不一定被編組成光學模塊11〇、112。
[0049] 參照圖2給出了兩個相對的光學模塊110的一部分的更詳細的視圖。光幕可以由 輻射波束114的線性陣列形成，輻射波束114可以是具有介于約750nm和1500nm之間的波 長的紅外輻射，或者是具有介于約400nm和750nm之間的波長的可見光。
[0050] 例如，從每個棒的一個外圍末端到另一外圍末端每次一個波束地依次激活輻射波 束114。由于每個光學單元102、104具有傳送和感測光電元件，因此通過光幕掃描依次地并 且按交替的方向激活了每個元件，波束被從第二光學單元104發送到第一光學單元102并 且再次返回。在該掃描次序期間，各個接收棒總是僅依次檢測從預定的發射元件到相應的 接收元件的光。為了允許這種復雜的掃描過程，每個光學單元102U04由多個光電子部件 116形成，每個光電子部件包括至少一個光發射元件118和至少一個光接收元件120。
[0051] 每個光電子部件116具有分立控制元件122的形式的相當高的集成智能度，控制 元件122可以例如被形成為集成電路，諸如專用集成電路（ASIC)。每個控制元件122提供 用于驅動至少一個光發射元件118以及用于處理由至少一個光接收元件120生成的信號的 電子電路。為了與較高級的控制器通信，每個光電子部件116連接到通信總線124。
[0052] 圖3、4和5示出了也可以有利地與根據本發明的尋址方案一起使用的替選架構。 首先，如圖3中所示，本發明顯然也可以與如下系統一起使用，所述系統是光學單向的，一 個光學單元（附圖標記210)僅包括光學發送器而另一光學單元210'僅包括接收器。此外， 如圖4和5中針對光學單元310和410、410'示出的，每個控制單元122可以被分配給至少 兩個發射器和/或接收器。再次地，圖5圖示了光學單向架構。
[0053] 為了向每個光電子部件116提供復雜的控制方案，需要它們具有各自的地址，該 地址還指示它們在光幕100內的位置。根據本發明，這通過在組裝和互連光電子部件116 以形成光學單元102、104之后分配地址來實現。
[0054] 圖6在示意圖中示出了具有其互連端子和控制元件122的一個光電子部件116。 特別地，光電子部件116包括光發射元件，特別是發光二極管LED D2,以及光接收元件，特 別是光電二極管D1。根據本發明，控制元件122經由通信總線124連接到下一個之后的光 電子部件，或者在控制元件122與光學單元的控制器相鄰的情況下，連接到控制器。總線包 括數據輸出線，其將信號從微控制器（系統的主設備）輸送到控制元件122。根據圖6中所 示的實施例，用作主設備的微控制器和多個控制元件122之間的通信總線124是基于以下 三條通信線的組合的串聯和并聯總線：時鐘、數據輸入線和數據輸出線。全局系統時鐘126 由主設備控制。該時鐘在每個控制元件122上緩沖并且提供主時鐘，用于控制元件122發 揮作用。
[0055] 數據傳送線（數據輸出）被配置為從微控制器到控制元件122的單比特單向連 接。特別地，數據輸出線是離開微控制器去往所有控制元件122的共享通信線。換言之，所 有控制元件122并聯連接，并且如果多個光電子部件被一起編組成光學模塊110,則傳送線 在每個模塊上緩沖。
[0056] 數據輸入線130是另一單比特單向線，用于接收從控制元件122向主設備發送的 數據。根據圖6中所示的實施例，數據輸入線130是菊花鏈線，其從一個控制元件122傳遞 到下一個控制元件。在正常操作期間，控制元件從相鄰的控制元件接收數據。箭頭給出了 關于該操作的信號流。在接下來的時鐘周期，數據被傳播到下一控制元件122。在地址分配 操作期間，連接到數據輸入線130的引腳具有使能輸入和使能輸出的修改的功能。這將在 后面更詳細地說明，維持通信方向，但是引腳的功能改變以便使能地址分配序列。
[0057] 通常，由用作總線主設備的微控制器發起每個通信。在微控制器源發的請求被識 別并生效之后，特定的控制元件122可以僅將信息傳送到數據輸入線130上。這樣數據輸 入線130上的響應必須遵循特定的總線協議。此外，從控制元件122到微控制器的通信線 是與單個全局系統時鐘同步的點對點通信總線。這意味著每個控制元件122從前一控制元 件取得信息并且將該數據及其內部數據的合并結果轉發到下一控制元件。可配置的選擇是 將數據登記在觸發器中并且在接下來的時鐘發送該數據。
[0058] 每個控制元件122連接到單個電力線（V+)，該電力線可以是例如12V至15V電力 線。控制元件122也可以包括用于調節其自身的電力供應的內部電力管理塊。
[0059] 光電子部件116的主要功能在于在微控制器的監督下以受控方式感測并發射脈 沖福射。
[0060] 光電二極管D1感測來自相對的光學單元的輻射，并且特別地感測光，并且生成與 集成到控制元件122中的接收放大器連接的模擬輸入信號。對于本領域技術人員，顯然還 可以提供不止一個光電二極管。
[0061] 此外，控制元件122控制LED驅動電路，使得LED D2向相對的光學單元發射輻射 波束。控制元件122以如下方式控制驅動電路：發射光的強度具有指定的水平。當然，在 根據圖6的電路中也可以提供不止一個發光二極管D2。如上文已闡述的，控制元件122可 操作用于在兩條通信線上與微控制器通信。從微控制器到控制元件122的通信線是共享通 信。一個模塊中的所有控制元件與將每個模塊隔離的數字緩沖器并聯連接。
[0062] 例如，根據典型的實現方案，光學模塊110可以具有八個或九個光電子部件116。
[0063] 為了調節二極管D2的驅動器晶體管T1，提供感測輸入用于感測發光二極管D2的 發射電流。
[0064] 圖7示出了根據圖6的控制元件122的示意性框圖。如上文已提及的，控制元件 122可以由集成電路形成并且特別地可以被實現為專用集成電路、ASIC、或現場可編程門陣 列設計（FPGA)的形式。這對于本領域技術人員是已知的，ASIC具有全定制能力、較低的單 位成本和小外形尺寸的優點，而FPGA具有較快的市場投放時間和較簡單的設計周期的優 點。在下文中，控制元件常被稱為"ASIC"。然而，這并非將控制元件僅限于ASIC。
[0065] 控制元件112具有模擬和數字部分以及接口單元。模擬放大器134可操作用于檢 測光電二極管測量的信號。此外，邏輯部分132包含寄存器，所述寄存器用于存儲特定的控 制元件122的地址。時鐘140用于使所有控制元件與微控制器同步、運行內部邏輯、以及對 通信總線起動器線采樣。內部LED控制138通過測量跨越圖6中所示的外部電阻器R1的 電壓來控制LED電流值。
[0066] 電壓塊136生成用于向諸如數字邏輯電源和模擬電源的內部電路供電的電壓。這 里也可以生成用于光電二極管的偏置和模擬地基準的輔助電壓。
[0067] 如圖6中所示，通信塊142在一側與外部微控制器串聯總線124接駁，并且在另一 側與內部邏輯132接駁。
[0068] 參照圖8,圖示了特定的光學模塊110和控制器模塊112之間的通信。在該圖中以 及在之后的圖中，考慮了將ASIC用作控制元件122的特定實施例。然而，如上文概述的，這 里也可以采用用于實現控制元件122的任何其他適當的技術。
[0069] 為了允許在該多ASIC系統中操作ASIC，每個ASIC被分配唯一識別地址，該唯一識 別地址被存儲在一排寄存器中，并且ASIC經由共享串聯總線對系統命令做出響應。響應于 這些命令，ASIC利用仲裁機制經由共享單比特串聯總線進行答復。
[0070] 此外，多個ASIC借助于在圖6和5中所示的實施例中由數據輸入總線通信線130 提供的至少一條串聯菊花鏈線來互連。
[0071] 圖9示出了提供多個光學模塊110而非圖8中所示的單個光學模塊的情況。顯然 本發明的原理可以按照與僅存在一個模塊110的情況相同的方式用于圖6中所示的實施 例。
[0072] 圖10示意性地圖示了用于傳遞地址信息的替選菊花鏈連接。根據該實施例，多個 控制元件由三重總線線路124連接，該三重總線線路124再次包括用于從控制器接收命令 的數據輸出線128和用于朝向控制器發送數據的數據輸入線130。此外，系統時鐘在時鐘線 126上傳送。然而，與圖5和6中所示的實施例相反，數據輸入線130還是從針對每個控制 元件122的連接分支處出來的并聯連接。根據圖10中示出的實施例的用于分配地址的菊 花鏈連接是分立的菊花鏈互連144。
[0073] 基于圖8中所示的布置，現在將參照圖8至13說明用于向每個控制元件122(對 應于與其相關聯的光電子部件116)分配各自的地址的過程。
[0074] 圖11示出了安裝設置并且將要開始地址分配的情況。
[0075] 在正常操作期間，控制器模塊112中存在的微控制器（但是圖中沒有詳細示出） 通過將其相應的節點地址插入到命令分組中來對每個ASIC尋址。每個AISC由被加載到節 點地址寄存器中的其地址識別。由于安全原因，對于從ASIC122到微控制器112的回答， AS IC使用反轉節點地址，該反轉節點地址在下文中將被稱為節點標識符。因此，在正常操作 期間，微控制器將使用其唯一節點地址與每個ASIC通信，并且當ASIC需要向微控制器傳送 數據時，ASIC使用節點標識符。根據一個特定實施例，距微控制器最遠的ASIC具有最高優 先級。然而，這僅是定義的問題，并且任何其他ASIC122也可以被選擇為具有最高優先級。
[0076] 利用廣播地址可以發送廣播命令并且所有連接的ASIC將執行廣播命令。ASIC將 利用它們的唯一節點標識符做出響應并且具有最高優先級的ASIC將贏得仲裁階段并且微 控制器僅接收來自該ASIC的回答。最高優先級由總線上的位置限定。
[0077] 現在參照圖11，每個ASIC122的TXAI端子具有內部可控上拉器件。這些器件用于 地址分配。在重置之后，上拉被激活并且每個ASIC122將其ΤΧΑ0引腳驅動到低電平直到其 接收到有效地址為止。由于線路末端處的ASIC (在該情況下是ASIC編號1. 4)的TXAI端 子未連接到另一 ASIC的ΤΧΑ0端子，因此上拉將導致TXAI為高電平。因此，在上電之后，這 是輸入TXAI為高電平的唯一 ASIC。在圖11中所示的級中，每個ASIC可以具有作為缺省廣 播地址的節點地址。
[0078] 為了設定第一地址（參見圖12)，微控制器在數據輸出線128上發送第一設定地址 命令。每個ASIC122接收該命令，但是僅ASIC編號1.4檢測到其TXAI引腳上的高電平的 有效條件和節點地址中的缺省值。這意味著其中沒有存儲有效地址。因此，ASIC現將邏輯 節點地址"4"存儲在其寄存器中。在ASIC存儲該地址之后，ASIC將ΤΧΑ0引腳驅動到高電 平。ASIC編號4現在具有有效地址并且TXAI引腳處于閑置模式。現在，ASIC編號4離開 起動模式并且閑置，等待命令。這在圖12中由ASIC的邊界的放大的線條粗度來符號化。
[0079] 在預定的時間跨度之后，微控制器在數據輸出線128上發送另一設定地址命令。 在該情況下，ASIC編號1. 3檢測到其TXAI引腳上的高電平并且將地址"3"存儲在其節點 地址寄存器中。微控制器現將在沒有上拉的情況下將ASIC配置位設定到函數以上。這將 允許ΤΧΑ0引腳被驅動到高電平。在ASIC編號1. 3存儲該地址之后，ASIC將其ΤΧΑ0引腳 驅動到高電平。ASIC現在具有有效地址并且TXAI引腳處于閑置模式。現在ASIC編號1.3 離開起動模式并且閑置，等待命令，如圖13中由ASCI編號1. 3的放大的線條粗度符號化的 那樣。
[0080] ASIC編號1. 4將總是忽略該設定地址命令以及任何隨后的設定地址命令，因為其 不再處于地址模式。圖11和12示出了對于剩余的ASIC的等同的步驟。
[0081] 圖15示出了當有所ASIC1. 1至1. 4已被分配指示它們在線路中的位置的地址，并 且等待如它們的放大的線條粗度指示的命令時的情況。
[0082] 圖16中不出了最后的設定。在分配所有ASIC的地址之后，與微控制器112相鄰 的第一 ASIC編號1. 1將處于緩沖器功能，并且將其ΤΧΑ0引腳設定為靜態高電平，即閑置電 平。該信號向微控制器指示所有ASIC被尋址并且微控制器將該信息儲存為備好狀態（由 為控制模塊112的塊定界的粗線符號化）。
[0083] 圖17以概念性電路的形式示出了每個ASIC122的輸入端子TXAI和輸出端子ΤΧΑ0 之間的邏輯連接。根據本發明，系統中的每個ASIC122將重置到相同的狀態。缺省狀態實現 了 TXAI上的內部上拉并且將ΤΧΑ0驅動到低電平。此時每個ASIC將僅接受設定地址命令 和重置命令。所有其他的引導或廣播命令將被忽略。每個ASIC將僅執行地址的設定，條件 是其首先沒有來自前一設定地址命令的地址并且其次其自身的TXAI線處于高電平。在如 圖18中所示的具有從TXAI連接到ΤΧΑ0的所有ASIC的網絡中，在緊接重置之后，在其TXAI 輸入端子處具有高電平的唯一 ASIC將是TXAI未被隨后的ASIC122驅動的最后的ASIC。如 0R(或）連接所符號化的，在尋址模式邏輯的尋址序列期間或者正常模式邏輯的常規操作 期間，輸出ΤΧΑ0被驅動到高電平。此外，尋址模式邏輯包含地址字段146,其中存儲ASIC122 的地址。
[0084] 對于每個互連的控制單元122,在圖16至18中使用圖17中所示的邏輯電路結構 圖示了尋址過程。作為示例，示出了兩個光學模塊110,每個光學模塊包括多個優選地相同 的控制元件122 (在下文中稱為ASIC)。根據本發明，ASIC122被接成菊花鏈用于尋址處理。 如已提及的，ASIC122的TXAI和ΤΧΑ0端子之間的這種連接可以是如圖8中所示的數據輸 出線，或者如參照圖10說明的分立的尋址線144。
[0085] 圖19示出了每個控制元件122處于重置模式并且最后的元件被設定為有效的情 況。該配置中的尋址模式邏輯使用地址字段146中的廣播地址。在重置模式中，較之最后 的ASIC更接近微控制器的ASIC的TXAI輸入端子被前一 ASIC122驅動到"0"。這歸因于在 節點地址被設定為另一地址而非廣播地址之前，ASIC總是將它們的輸出ΤΧΑ0驅動到"0"。 總線上的最后的ASIC的輸入端子被掛起，其因此由于內部上拉148而變為"1"。
[0086] 最后的ASIC122的尋址模式邏輯145現在將地址字段146設定為與廣播地址不同 的值。尋址模式邏輯現在在地址字段146中具有不同于廣播地址的地址，導致ΤΧΑ0處的邏 輯" 1"的輸出信號，其轉而被傳遞到之后的下一 ASIC122的輸入TXAI，允許該ASIC取得下 一設定地址命令。因此，設定地址命令的使能從菊花鏈路徑的末端逐個ASIC傳遞到微控制 器。在該尋址過程中，每個控制元件122根據其在控制元件122的有序行中的位置來設定 其地址。每個控制元件122按序接受設定地址命令，據此設定它們的地址并且將地址使能 傳播到之后的下一控制元件122。
[0087] 圖22給出了從微控制器朝向ASIC122并且返回的數據流的時序圖。根據該示例， 為了清楚起見，在圖22中僅給出了三個ASIC和它們的信號。在該特定情況下，ASIC編號 m. 3是最后的ASIC。當微控制器在第一時隙內傳送設定地址命令時，ASIC m. 1發現沒有檢 測到使能信號并且不存儲地址。
[0088] ASIC m. 2同樣沒有發現使能信號并且僅ASIC m. 3具有使能信號并且因此地址被 保存。
[0089] 在下一時鐘周期期間，下一設定地址命令被發出并接收。在該情況下，再次地， ASIC m.l未檢測到使能并且因此未保存地址。ASIC編號m. 2具有使能并且保存地址。另 一方面，ASIC m. 3已被尋址并且因此未保存地址。
[0090] 在最后的步驟中，ASIC m. 1已接收到來自ASIC m. 2的使能并且因此當其接收到 來自微控制器的設定地址命令時保存地址。據此針對任何大量的控制元件執行該過程并且 該過程總是從串聯行的最后的控制元件開始并且在最接近微控制器的ASIC處結束。
[0091] 在上電之后，每個ASIC完成內部上電序列并且隨后所有ASIC準備好地址分配過 程。每個ASIC將其ΤΧΑ0引腳驅動到靜態低電平。因此，除了 ASIC序列末端處的最后的 ASIC以外的所有ASIC在TXAI引腳處檢測到靜態低電平。如已說明的，最后的ASIC由于 內部上拉電阻器并且由于沒有ΤΧΑ0緩沖器將其驅動到低電平而具有靜態高電平。微控制 器將廣播命令設定地址傳送到所有連接的ASIC。所有ASIC解釋接收到的數據。僅最后的 ASIC(在圖22中所示的示例中是ASIC m. 3)在時間間隔tEN_READIN之后檢測到其TXAI引 腳處的靜態高電平。因此，該ASIC將接收到的節點地址存儲到其寄存器。此時另外的信息 也可以存儲在該ASIC中。
[0092] 此外，節點標識符被設定為節點地址的按位反轉鏡像。接受設定地址命令的條件 是，ASIC處于地址模式并且在TXAI引腳上具有高電平。一旦節點地址和可能的其他數據 被設定，則配置位將變為緩沖功能，其將使ΤΧΑ0引腳將高電平驅動到下一 ASIC，或者在第 一 ASIC的情況下，驅動到微控制器。在時間t NXT_CMD逝去之后，微控制器使值減少1，將 下一設定地址命令發送到需要設定地址的所有ASIC。在該情況下，最后的ASIC將拒絕該設 定地址命令以及所有以后的設定地址命令，而與需要設定什么地址無關，因為該特定ASIC 不再處于地址模式。如已提及的，ASIC編號m. 2檢測到其TXAI引腳處于由ASIC編號m. 3 遞送的靜態高電平，并且將據此處置設定地址命令。
[0093] 設定地址命令是來自總線主設備，即微控制器的針對ASIC的廣播命令。該命令包 含節點地址，該節點地址將被存儲在ASIC中的其地址字段中并且可以例如是9比特節點。 此外，根據有利的改進，該地址的反轉值也可以存儲在ASIC中。在起動時，每個ASIC需要設 定其地址。尋址必須準確地按照與ASIC在它們的應用環境中的物理位置相同的順序。每 個ASIC必須處于缺省重置條件，其中節點地址未被存儲并且TXAI引腳必須處于高電平以 便開始尋址過程，如上文已提及的那樣。ASIC將所傳送的參數節點地址存儲在其尋址模式 邏輯的專用寄存器地址處。此后，ASIC讀取寄存器，使讀取的值反轉，并且將其存儲在參數 節點標識符的專用寄存器地址處。最后，ASIC從寄存器讀取節點標識符并且將讀取值與來 自原始命令的值進行比較。完成該讀取-驗證過程以確保在向寄存器存儲地址時沒有出現 錯誤。
[0094] 圖23總結了關于各個信號的一些重要的定時相關性。特別地，信號RECCLK給出 了時鐘信號并且TSTART限定了當完全接收到命令時的時刻。時間t EN_READIN表示將讀 取TXAI引腳的時間。接下來，時間t EN_SETOUT是當TXAO引腳被設定為靜態高時的時間。 時間t EN_SETUP限定了使能信號必須處于專用電平上多長時間，并且時間t EN_hold限定 了使能信號在被捕獲后必須穩定多長時間。時間t NXT_CMD限定了當微控制器發送下一個 設定地址命令時的間隔時間。
[0095] 描述本發明的背景（特別是所附權利要求的背景）下的術語"一個（a、an) "和"該 (the) "以及相似的指示語的使用應被解釋為涵蓋單數和復數，除非這里另外指出或者除非 上下文清楚地否認。術語"包括（comprising、including) "、"具有"和"包含"應被解釋為 開放式術語（即，意味著"包括，但不限于"），除非另外說明。這里記載的值的范圍僅旨在 用作分別指示落在該范圍內的每個分立值的簡略的表達方法，除非這里另外指出，并且每 個分立值被并入說明書中，如同其在此處被分別記載。這里描述的所有方法可以按任何適 當的順序執行，除非這里另外指出或者除非上下文清楚地否認。這里提供的任何和所有示 例或者示例性語言（例如"諸如"）的使用僅旨在更好地說明本發明，而非對本發明的范圍 強加限制，除非另外提出要求。說明書中的語言不應被解釋為將任何未要求保護的元素指 示為實踐本發明所必需的。
[0096] 這里描述了示例性實施例。在閱讀前面的描述之后，這些實施例的各種變型對于 本領域普通技術人員會變得清楚。發明人預期本領域技術人員適當地采用這些變型，并且 發明人意在使本發明以不同于此處具體描述的方式進行實踐。因此，本發明包括適用法律 所允許的、所附權利要求中記載的主題內容的所有修改和等效方案。此外，其所有可能變 型中的上述元件的任何組合涵蓋于本發明內，除非這里另外指出或者除非上下文清楚地否 認。
[0097] 附圖標記列表：

【權利要求】
1. 用于光幕的光學單元，所述光幕用于監控保護區域，所述光學單元（102,104)包括： 控制器單兀， 借助通信總線（124)互連的多個光電子部件（116)，每個所述光電子部件（116)具有用 于接收傳送信號的傳送輸入端子和用于輸出傳送信號的傳送輸出端子，以及用于從所述控 制單元接收控制信號的接收端子， 其中根據各個光電子部件相對于其他光電子部件的位置向每個所述光電子部件（116) 分配各自的地址。
2. 根據權利要求1所述的光學單元，其中所述光電子模塊（116)通過至少一個串聯互 連彼此連接。
3. 根據前述權利要求中任一項所述的光學單元，其中所發射的光是具有介于約750nm 和1500nm之間的波長的紅外輻射，或者具有介于約400nm和750nm之間的波長的可見光。
4. 根據前述權利要求中任一項所述的光學單元，其中每個光電子部件（116)包括控制 元件（122)，所述控制元件（122)具有用于驅動所述至少一個光發射元件（118)以及用于處 理由所述至少一個光接收元件（120)生成的信號的電子電路。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的光學單元，其中每個所述光電子部件（116)包括 至少一個光發射元件（118)和至少一個光接收元件（120)。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的光學單兀，其中每個光電子部件（116)包括永久 的或易失性的存儲裝置，用于存儲所分配的各自的地址。
7. 根據前述權利要求中任一項所述的光學單元，其中至少一個第一多個光電子部件 (116)和至少一個第二多個光電子部件（116)被編組以形成所述光學單元內的至少兩個光 電子模塊（110,112)。
8. 根據權利要求2至7中任一項所述的光學單元，進一步包括至少一個延遲元件，用于 延遲在所述串聯互連上傳送的信號。
9. 光幕，包括根據前述權利要求中任一項所述的至少一個第一光學單元和至少一個第 二光學單元，其中提供光發射元件（118)和光接收元件（120)以通過相對的光發射元件和 光接收元件之間形成的多個光壘形成光柵。
10. 用于向經由通信總線（124)彼此連接的多個光電子部件中的每個分配各自的地址 的方法，所述方法包括如下步驟： 在第一通信方向上從控制單元向所有光電子部件（116)廣播請求； 在第二通信方向上從每個光電子部件（116)傳送各自的響應； 根據各個光電子部件相對于其他光電子部件的位置向每個光電子部件（116)分配各 自的地址。
11. 根據權利要求10所述的方法，其中所述第一通信方向和所述第二通信方向彼此相 對。
12. 根據權利要求10或11所述的方法，其中所述光電子部件（116)通過至少一個串聯 互連彼此連接。
13. 根據權利要求10至12中任一項所述的方法，其中在設置模式期間，各自的地址被 分配并且永久地存儲在每個光電子部件（116)中。
14. 根據權利要求10至12中任一項所述的方法，其中在設置模式期間，各自的地址被 分配并且存儲在每個光電子部件（116)中的易失性存儲器中。
15. 根據權利要求10至14中任一項所述的方法，其中每個光電子部件（116)具有存儲 在其中的唯一標識符，所述唯一標識符被讀出并且與各個光電子部件（116)相對于其他光 電子部件的位置相關，用于形成各自的地址。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中在制造所述光電子部件期間或者當組成光電子 部件的組時，存儲所述唯一標識符。
17. 根據權利要求10至16中任一項所述的方法，其中所述控制單元能夠操作，以將所 分配的地址用作節點地址，經由所述總線隨機地接入每個光電子部件。
18. 根據權利要求10至17中任一項所述的方法，進一步包括如下步驟：計算并且存儲 每個光電子部件中的所分配的地址的反轉值。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中所述控制單元使用各自的地址對每個光電子部 件進行尋址，而所述光電子部件在與所述控制單元通信時使用它們的反轉的地址值。
20. 根據權利要求10至19中任一項所述的方法，其中距所述控制單元最遠或最近的光 電子部件具有最高的優先級。
【文檔編號】G01V8/20GK104122600SQ201410169178
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2013年4月24日
【發明者】馬丁·哈德格, 卡爾·曼赫茨, 克里斯托弗·瓦爾特, 丹尼洛·多里齊 申請人:賽德斯安全與自動化公司