一種USB觸控螢幕控制器的製作方法

2023-05-15 12:34:11 3

本實用新型涉及一種USB觸控螢幕控制器。

背景技術：

爆炸性環境中帶觸控螢幕的電氣設備,其觸控螢幕的安裝位置一般在電氣設備外殼,當設備正常運行或出現故障時觸控螢幕控制器可能成為點燃源,導致發生安全事故，而現有USB觸控螢幕控制器沒有專門設計安全柵。因此，為了避免此類安全事故的發生，有必要設計一種帶安全柵的USB觸控螢幕控制器，對觸控螢幕控制器的輸出能量進行限制，使其在爆炸性環境中不能成為點燃源。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種USB觸控螢幕控制器，解決爆炸性環境中帶觸控螢幕的電氣設備成為點燃源的問題，所用到的元器件數量少，集成度高、可靠性高。

本實用新型的技術解決方案是：

一種USB觸控螢幕控制器，包括USB隔離晶片、二極體安全柵電路和觸控螢幕控制電路；外部USB接口連接USB隔離晶片，USB隔離晶片連接二極體安全柵電路的輸入端，二極體安全柵電路的輸出端連接觸控螢幕控制控制電路；觸控螢幕控制控制電路還與觸控螢幕相連。

所述USB隔離晶片採用LTM2884，該晶片內部已集成隔離電源，所需的外圍元器件非常少，輸入輸出隔離電壓可達交流有效值2500V。

所述二極體安全柵電路包括第一、第二和第三保護電路；

第一、第二和第三保護電路的結構相同；各包括一個依次相連的熔斷器、穩壓電路和限流電阻；所述穩壓電路包括兩個相互並聯的齊納二極體；齊納二極體的正極接地；負極接於熔斷器和限流電阻相接的一端；

第一、第二和第三保護電路中，熔斷器的另一端分別連接USB隔離晶片的供電線、負信號線、正信號線；

第一、第二和第三保護電路中，限流電阻的另一端分別連接觸控螢幕控制電路的電源端、負信號端、正信號端。

所述觸控螢幕控制電路包括單片機與IO驅動電路；

所述單片機為自帶USB從機接口的C8051單片機；

所述觸控螢幕為四線電阻是式觸控螢幕；

所述IO驅動電路包括3個SI 1555DL晶片，SI 1555DL晶片中包括1個P溝道MOS管和1個N溝道MOS管；

第一個SI 1555DL晶片中的P溝道MOS管柵極連接C8051單片機的IO口，源極連接電源，漏極連接觸控螢幕的接口X+；N溝道MOS管柵極連接C8051單片機的IO口，源極連接地，漏極連接觸控螢幕的接口Y-；

第二個SI 1555DL晶片中的P溝道MOS管柵極連接C8051單片機的IO口並連接10K上拉電阻到電源，源極連接電源，漏極連接觸控螢幕的接口Y+；N溝道MOS管柵極連接C8051單片機的IO口並連接10K下拉電阻到地，源極連接地，漏極連接觸控螢幕的接口Y+；

第三個SI 1555DL晶片中的P溝道MOS管柵極連接C8051單片機的IO口並連接10K上拉電阻到電源，源極連接電源，漏極連接觸控螢幕的接口X-；N溝道MOS管柵極連接C8051單片機的IO口並連接10K下拉電阻到地，源極接地，漏極接觸控螢幕的接口X-。

二極體安全柵電路分別對USB隔離晶片輸出的USB供電、信號負、信號正進行限流和限壓，其中USB供電被限制為電壓不超過6.8V，電流不超過200mA，信號負和信號正被限制為電壓不超過6.8V，電流不超過50mA。限流電阻的封裝形式採用繞線功率電阻，具有斷線時防鬆脫措施,其故障模式僅出現開路故障。熔斷器的時間-電流特性不超過被保護元器件的瞬態額定值。USB供電限流電阻額定功率為5W，信號負和信號正限流電阻額定功率為1W，降額因子分別為0.16和0.25。

C8051單片機自帶USB從機接口，可直接連接二極體安全柵電路的輸出,C8051的外圍電容總容量不超過21uF,遠小於本安電路要求的允許電容值。

本實用新型的供電電源直接來源於外部USB接口，USB隔離晶片、二極體安全柵電路和觸控螢幕控制電路由外部USB接口供電。當用於電氣設備時，將電氣設備的USB接口通過連接器連接USB隔離晶片，觸控螢幕控制電路通過連接器連接電氣設備的觸控螢幕。

所述第一保護電路中，熔斷器的額定電流為200mA，齊納二極體的額定電壓/功率為6.8V/5W，限流電阻的額定電阻/功率為20Ω/5W；

所述第二保護電路中，熔斷器的額定電流為50mA，齊納二極體的額定電壓/功率為6.8V/5W，限流電阻的額定電阻/功率為100Ω/1W；

所述第三保護電路中，熔斷器的額定電流為50mA，齊納二極體的額定電壓/功率為6.8V/5W，限流電阻的額定電阻/功率為100Ω/1W。

本實用新型所有元器件集成於印製板上；印製板採用厚度1.6mm的雙面印製板，印製線厚度為35um，最小寬度為0.5mm，印製線電流值均不超過0.25A。為了降低器件安裝高度，將限流電阻和熔斷器底下的印製板挖空，使限流電阻和熔斷器的安裝高度降低了10mm。印製板的上的印製線的溫度組別滿足T6的要求。

本實用新型用到的元器件數量少，可靠性高，所使用的元器件均為工業級，能滿足-40℃～+80℃的工作溫度。

有益效果：

本實用新型通過隔離和限制電流、電壓，能將觸控螢幕控制器的輸出能量限制在安全範圍值內。使用本實用新型後，本實用新型將帶觸控螢幕的電氣設備內部或暴露於潛在爆炸性環境的連接導線可能產生的電火花或熱效應能量限制在不能產生點燃的水平。本實用新型適用於爆炸性環境中帶觸控螢幕的ⅡB類防爆電氣設備，溫度組別T4，安全級別滿足Gb級要求。

本實用新型可直接從外部USB接口取電，USB隔離晶片自帶隔離電源，單片機自帶USB接口；不需要額外的供電電源、隔離電源和USB接口晶片；

本實用新型所使用的元器件數量少、集成度高，可靠性高。

附圖說明

圖1為本實用新型原理框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對實用新型做進一步說明。

如圖1所示，本實用新型公開了一種USB觸控螢幕控制器，包括USB隔離晶片、二極體安全柵電路和觸控螢幕控制電路；外部USB接口連接USB隔離晶片，USB隔離晶片連接二極體安全柵電路的輸入端，二極體安全柵電路的輸出端連接觸控螢幕控制控制電路。

所述USB隔離晶片採用LTM2884，提供USB信號電氣隔離功能。該晶片內部已集成隔離電源，靠近隔離電源的輸出端外部連接一個100uF的電解電容用於去耦。SPNDPWR通過J3連接GND1以使能晶片內部DC/DC電源輸出。ON直接連接到VLO以使能晶片的電源及數據通信功能。VLO為晶片內部3.3V整流輸出引腳。D1-連接上行USB信號負，並通過內部1.5k電阻上拉，D1-連接上行USB信號負，並通過內部1.5k電阻上拉，D1+連接上行USB信號正，並通過內部1.5k電阻上拉，D2-連接下行USB信號負，並通過內部15k電阻下拉，D2+連接下行USB信號正，並通過內部15k電阻下拉。下行USB信號連接二極體安全柵電路的輸入端。

二極體安全柵電路包括第一、第二和第三保護電路；第一、第二和第三保護電路均由熔斷器、齊納二極體、限流電阻組成，提供限流和限壓功能。第一保護電路，即USB供電分別串聯200mA的熔斷器F1，再並聯6.8V/5W的齊納二極體D1-1和D2-1，然後串聯20Ω/5W的限流電阻R1-1。第二保護電路，即USB信號負串聯50mA的熔斷器F2，再並聯6.8V/5W的齊納二極體D3-1和D4-1，然後串聯100Ω/1W的限流電阻R2-1。第三保護電路，即USB信號正串聯50mA的熔斷器F3，再並聯6.8V/5W的齊納二極體D5-1和D6-1，然後串聯100Ω/1W的限流電阻R3-1。二極體安全柵電路的輸出端連接C8051單片機的USB接口及電源輸入引腳。

觸控螢幕控制電路由單片機C8051和3個SI 1555DL雙MOS管晶片組成，完成讀取觸控螢幕信息以及發送信息至USB主機的功能，SI 1555DL用於提高C8051的IO口驅動能力。

USB觸控螢幕控制安全柵的供電電源直接來源於USB接口。

物理指標：

板卡尺寸：117mm×85.6mm×1.6mm(長度×寬度×厚度)。

工作溫度：-40℃～+80℃。