礦用本安型信號隔離器的製作方法
2023-04-23 15:43:11
專利名稱：礦用本安型信號隔離器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及礦用通訊設備技術領域，具體是ー種礦用本安型信號隔離器；它為礦用本安型計算機通信和本安鍵盤信號聯絡裝置，不僅適用於煤礦井下有瓦斯、煤塵爆炸危險的環境，也適合於煤炭、化工、建材、交通、電カ等行業地面惡劣環境中使用，滿足礦用本質安全的要求。
背景技術：
由於煤礦井下工作環境的惡劣，以及工作的特殊情況，要求各種通訊設備必須要有嚴格的安全標準，同時也要具有良好的通訊效果，以減少外界工作面的幹擾。為了保證煤礦安全生產和提高效益，我國的礦井在處理數據採集，安全監控，數據分析等都必須依靠本安計算機進行處理。本安鍵盤作為礦用計算機的最主要的輸入設備，通過導線與主機相連。在煤礦生產這樣ー個特殊的環境中，存在著以下主要問題(1)目前的本安鍵盤的生產，其原理與普通的鍵盤沒有區別，主要是在外圍硬體上做了一些改進，而這些改進主要是為了防水、防爆、防塵等，在電信號的處理上沒有做改動，由於井下環境的複雜，這樣由鍵盤輸入到主機的信號容易受到外界的幹擾。(2)目前的本安鍵盤與主機直接相連，採用主機供電，主機所供的電並不是本安電源，所以當主機開啟時或在正常使用或出現故障時，容易產生的電火花或熱效應的能量不能保證控制在小於0. 28mJ (即瓦斯濃度為8. 5% (最易爆炸的濃度)最小點燃能量)，存在安全隱患。
發明內容為了克服上述現有技術的缺點，本實用新型提供一種礦用本安型信號隔離器，將本安鍵盤的輸入信號進行隔離處理保證信號的準確性、能夠有效的進行電源隔離。本實用新型是以如下技術方案實現的一種礦用本安型信號隔離器，包括本安鍵盤接ロ U1，用於傳送鍵盤信號；與本安鍵盤接ロ Ul連接的信號轉換晶片U2，將USB信號轉換成適合在光耦中傳輸隔離的信號；與信號轉換晶片U2連接的信號光電隔離晶片U3，將接收到信號以及時鐘信號進行光電隔離，將電信號變成光信號再由光信號隔離成電信號進行傳輸；與光電隔離晶片U3連接的信號轉換晶片U2，將光電隔離晶片U3輸出的信號轉換成USB信號；與信號轉換晶片U2連接的本安計算機接ロ U4，向計算傳輸信號；光電隔離晶片U3為傳輸速率大於等於IOMbps的光電稱合器。本實用新型的有益效果是I)具有良好的信號隔離功能，能夠準確、有效、實時地傳送鍵盤輸入的數據，傳送速率可達IOMbps ；2)將主機與本安鍵盤供電分別隔離開，這樣當上位機啟動時，就不會對鍵盤產生迴路衝擊電流，有效的避免電火花的產生，有利於礦井下安全工作，本安鍵盤使用單獨的本安電源供電，使電路在工作時產生的熱能量減少；3)誤碼率低、抗幹擾能力強，安全性高；[0009]4)體積小可以方便的嵌入在本安電腦或鍵盤電路內，滿足礦用本質安全的要求。以下結合附圖
及實施例對本實用新型作進ー步說明。[0011]圖I是本實用新型原理框圖。圖2是系統結構框圖。圖3是電信號隔離器信號傳輸隔離電路圖。
具體實施方式
如圖I所示，礦用本安型信號隔離器有一本安鍵盤接ロ U1，用於傳送鍵盤信號；與本安鍵盤接ロ Ul連接的信號轉換晶片U2，將USB信號轉換成適合在光耦中傳輸隔離的信號；與信號轉換晶片U2連接的信號光電隔離晶片U3，將接收到信號以及時鐘信號進行光電隔離，將電信號變成光信號再由光信號隔離成電信號進行傳輸；與光電隔離晶片U3連接的信號轉換晶片U2，將光電隔離晶片U3輸出的信號轉換成USB信號；與信號轉換晶片U2連接的本安計算機接ロ U4，向計算傳輸信號；本安鍵盤接ロ Ul與本安計算機接ロ U4之間的各模塊採用兩路轉換電路，實現鍵盤到主機，主機到鍵盤的通信。由於信號不能夠直接通過光耦晶片進行隔離，必須要先將本安鍵盤接ロ Ul傳送的信號經信號轉換晶片U2進行控制隔離，滿足光耦晶片的應用要求，信號轉換晶片U2採用USB信號隔離控制晶片CH315H。由於USB信號全速傳輸為12Mbps,考慮光稱的速度和速度對稱性對信號遲滯和平衡的影響，因此在選擇光耦時採用傳輸速率大於IOMbps的光耦，光電隔離晶片U3採用轉換速率為IOMbps的6N137光電耦合器或者HCPL601高速光耦。通過USB2.0通訊協議，計算機在對信號接收完畢後需要向輸送方傳回接收應答信號，所以本實用新型採用了兩路轉換電路設計，實現本安鍵盤到主機，主機到本安鍵盤的通信。如圖2所示，本安鍵盤採用単獨的本安電源供電，不採用傳統的由主機鍵盤接口供電，使電路在工作時產生的熱能量減少，本安鍵盤採用採用DC5V±20%電源供電，提高礦井下使用的安全性。如圖3所示，USBl和Ul 一起組成上位機，其中USBl是電腦主機的接ロ。USB2和U6組成下位機，其中USB2用於連接礦用本安鍵盤或者其它本安設備。在上位機與下位機之間採用的是光耦隔離晶片，對信號進行隔離。通過調節R1/C4，R2/C5，R7/C6，R8/C7的參數，優化光耦的信號上升沿和下降沿之間的對稱性。USB2的I腳和U6的11腳之間串聯一發光二極體Dl用於指示USB數據是否正常傳輸，具有自動檢測傳輸狀態的功能。電容C2和C9的容量為0. luF，用於CH315H內部電源的節點退耦，Cl和C8為0. OluF，用於CH315H晶片的電源退耦。在製作印刷電路板時，需要注意退耦電容(1、02、08、09應儘量靠近0131511的相連引腳，使USB的D+和D-信號線貼近平行布線，儘量在兩側提供地線或者覆銅，減少來自外界的信號的幹擾。礦用本安型信號隔離器是ー種適合於本安鍵盤與主機之間安全通行連接的橋梁。本隔離器支持12Mbps USB全速傳輸和I. 5Mbps USB低速傳輸。同時支持本安鍵盤USB接ロ的控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸和同歩/等時傳輸方式。本設備採用純硬體解決方案，對USB協議完全實時和透明，不需要額外的安裝任何的驅動程序，支持WindOws98/ME/2000/XP/Server200X/64bit-Vista和Linux。本實用新型採用4個高速的光耦隔離晶片，有效地將每路USB信號進行光電隔離，降低外界的幹擾。同時使用設計用發光二極體作為ー種信 號傳輸狀態指示模塊，當傳輸狀態穩定吋，發光二極體會穩定點亮。工作過程通過信號轉換晶片U2和光電隔離晶片U3將本安鍵盤與主機之間的信息信號和時鐘信號進行同步隔離，從而減少外界環境因素對內部信號以及內部信號之間的幹擾，同時抑制開關機時信號的脈衝衝擊。主機在對信號接收完畢後，通過信號轉換晶片U2和光電隔離晶片U3向輸送方傳回接收應答信號。
權利要求1.一種礦用本安型信號隔離器，其特徵在於包括本安鍵盤接口 U1，用於傳送鍵盤信號；與本安鍵盤接口 Ul連接的信號轉換晶片U2，將USB信號轉換成適合在光耦中傳輸隔離的信號；與信號轉換晶片U2連接的信號光電隔離晶片U3，將接收到信號以及時鐘信號進行光電隔離，將電信號變成光信號再由光信號隔離成電信號進行傳輸；與光電隔離晶片U3連接的信號轉換晶片U2，將光電隔離晶片U3輸出的信號轉換成USB信號；與信號轉換晶片U2連接的本安計算機接口 U4，向計算傳輸信號；光電隔離晶片U3為傳輸速率大於等於IOMbps的光電耦合器；本安鍵盤接口 Ul與本安計算機接口 U4之間的各模塊採用兩路轉換電路，實現鍵盤到主機，主機到鍵盤的通信。
2.根據權利要求I所述的礦用本安型信號隔離器，其特徵在於所述的信號轉換晶片U2採用USB信號隔離控制晶片CH315H。
3.根據權利要求I所述的礦用本安型信號隔離器，其特徵在於光電隔離晶片U3採用轉換速率為IOMbps的6N137光電耦合器。
4.根據權利要求I 3任一項所述的礦用本安型信號隔離器，其特徵在於所述的本安鍵盤採用單獨的本安電源供電。
專利摘要本實用新型公開了一種礦用本安型信號隔離器，涉及礦用通訊設備技術領域。該設備有一本安鍵盤接口U1，與本安鍵盤接口U1連接的信號轉換晶片U2，與信號轉換晶片U2連接的信號光電隔離晶片U3，與光電隔離晶片U3連接的信號轉換晶片U2，與信號轉換晶片U2連接的本安計算機接口U4，本安鍵盤接口U1與本安計算機接口U4之間的各模塊採用兩路轉換電路，實現鍵盤到主機，主機到鍵盤的通信。優點是具有良好的信號隔離功能，能夠準確、有效、實時地傳送鍵盤輸入的數據，傳送速率可達10Mbps；誤碼率低、抗幹擾能力強，安全性高；滿足礦用本質安全的要求。
文檔編號G06F3/02GK202404529SQ201120505218
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者周中闊, 錢舒林 申請人:錢舒林