專利名稱：礦用本安型信號隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及礦用通訊設(shè)備技術(shù)領(lǐng)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(jī)通信和本安鍵盤信號聯(lián)絡(luò)裝置，不僅適用于煤礦井下有瓦斯、煤塵爆炸危險的環(huán)境，也適合于煤炭、化工、建材、交通、電カ等行業(yè)地面惡劣環(huán)境中使用，滿足礦用本質(zhì)安全的要求。
背景技術(shù)：
由于煤礦井下工作環(huán)境的惡劣，以及工作的特殊情況，要求各種通訊設(shè)備必須要有嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)，同時也要具有良好的通訊效果，以減少外界工作面的干擾。為了保證煤礦安全生產(chǎn)和提高效益，我國的礦井在處理數(shù)據(jù)采集，安全監(jiān)控，數(shù)據(jù)分析等都必須依靠本安計算機(jī)進(jìn)行處理。本安鍵盤作為礦用計算機(jī)的最主要的輸入設(shè)備，通過導(dǎo)線與主機(jī)相連。在煤礦生產(chǎn)這樣ー個特殊的環(huán)境中，存在著以下主要問題(1)目前的本安鍵盤的生產(chǎn)，其原理與普通的鍵盤沒有區(qū)別，主要是在外圍硬件上做了一些改進(jìn)，而這些改進(jìn)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，由于井下環(huán)境的復(fù)雜，這樣由鍵盤輸入到主機(jī)的信號容易受到外界的干擾。(2)目前的本安鍵盤與主機(jī)直接相連，采用主機(jī)供電，主機(jī)所供的電并不是本安電源，所以當(dāng)主機(jī)開啟時或在正常使用或出現(xiàn)故障時，容易產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng)的能量不能保證控制在小于0. 28mJ (即瓦斯?jié)舛葹?. 5% (最易爆炸的濃度)最小點(diǎn)燃能量)，存在安全隱患。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)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(jìn)行隔離處理保證信號的準(zhǔn)確性、能夠有效的進(jìn)行電源隔離。本實(shí)用新型是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種礦用本安型信號隔離器，包括本安鍵盤接ロ U1，用于傳送鍵盤信號；與本安鍵盤接ロ Ul連接的信號轉(zhuǎn)換芯片U2，將USB信號轉(zhuǎn)換成適合在光耦中傳輸隔離的信號；與信號轉(zhuǎn)換芯片U2連接的信號光電隔離芯片U3，將接收到信號以及時鐘信號進(jìn)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(jìn)行傳輸；與光電隔離芯片U3連接的信號轉(zhuǎn)換芯片U2，將光電隔離芯片U3輸出的信號轉(zhuǎn)換成USB信號；與信號轉(zhuǎn)換芯片U2連接的本安計算機(jī)接ロ U4，向計算傳輸信號；光電隔離芯片U3為傳輸速率大于等于IOMbps的光電稱合器。本實(shí)用新型的有益效果是I)具有良好的信號隔離功能，能夠準(zhǔn)確、有效、實(shí)時地傳送鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，傳送速率可達(dá)IOMbps ；2)將主機(jī)與本安鍵盤供電分別隔離開，這樣當(dāng)上位機(jī)啟動時，就不會對鍵盤產(chǎn)生回路沖擊電流，有效的避免電火花的產(chǎn)生，有利于礦井下安全工作，本安鍵盤使用單獨(dú)的本安電源供電，使電路在工作時產(chǎn)生的熱能量減少；3)誤碼率低、抗干擾能力強(qiáng)，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(nèi)，滿足礦用本質(zhì)安全的要求。以下結(jié)合附圖
及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說明。[0011]圖I是本實(shí)用新型原理框圖。圖2是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖3是電信號隔離器信號傳輸隔離電路圖。
具體實(shí)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，用于傳送鍵盤信號；與本安鍵盤接ロ Ul連接的信號轉(zhuǎn)換芯片U2，將USB信號轉(zhuǎn)換成適合在光耦中傳輸隔離的信號；與信號轉(zhuǎn)換芯片U2連接的信號光電隔離芯片U3，將接收到信號以及時鐘信號進(jìn)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(jìn)行傳輸；與光電隔離芯片U3連接的信號轉(zhuǎn)換芯片U2，將光電隔離芯片U3輸出的信號轉(zhuǎn)換成USB信號；與信號轉(zhuǎn)換芯片U2連接的本安計算機(jī)接ロ U4，向計算傳輸信號；本安鍵盤接ロ Ul與本安計算機(jī)接ロ U4之間的各模塊采用兩路轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)鍵盤到主機(jī)，主機(jī)到鍵盤的通信。由于信號不能夠直接通過光耦芯片進(jìn)行隔離，必須要先將本安鍵盤接ロ Ul傳送的信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換芯片U2進(jìn)行控制隔離，滿足光耦芯片的應(yīng)用要求，信號轉(zhuǎn)換芯片U2采用USB信號隔離控制芯片CH315H。由于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，因此在選擇光耦時采用傳輸速率大于IOMbps的光耦，光電隔離芯片U3采用轉(zhuǎn)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(xié)議，計算機(jī)在對信號接收完畢后需要向輸送方傳回接收應(yīng)答信號，所以本實(shí)用新型采用了兩路轉(zhuǎn)換電路設(shè)計，實(shí)現(xiàn)本安鍵盤到主機(jī)，主機(jī)到本安鍵盤的通信。如圖2所示，本安鍵盤采用単獨(dú)的本安電源供電，不采用傳統(tǒng)的由主機(jī)鍵盤接口供電，使電路在工作時產(chǎn)生的熱能量減少，本安鍵盤采用采用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(jī)，其中USBl是電腦主機(jī)的接ロ。USB2和U6組成下位機(jī)，其中USB2用于連接礦用本安鍵盤或者其它本安設(shè)備。在上位機(jī)與下位機(jī)之間采用的是光耦隔離芯片，對信號進(jìn)行隔離。通過調(diào)節(jié)R1/C4，R2/C5，R7/C6，R8/C7的參數(shù)，優(yōu)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(lián)一發(fā)光二極管Dl用于指示USB數(shù)據(jù)是否正常傳輸，具有自動檢測傳輸狀態(tài)的功能。電容C2和C9的容量為0. luF，用于CH315H內(nèi)部電源的節(jié)點(diǎn)退耦，Cl和C8為0. OluF，用于CH315H芯片的電源退耦。在制作印刷電路板時，需要注意退耦電容(1、02、08、09應(yīng)盡量靠近0131511的相連引腳，使USB的D+和D-信號線貼近平行布線，盡量在兩側(cè)提供地線或者覆銅，減少來自外界的信號的干擾。礦用本安型信號隔離器是ー種適合于本安鍵盤與主機(jī)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(shè)備采用純硬件解決方案，對USB協(xié)議完全實(shí)時和透明，不需要額外的安裝任何的驅(qū)動程序，支持WindOws98/ME/2000/XP/Server200X/64bit-Vista和Linux。本實(shí)用新型采用4個高速的光耦隔離芯片，有效地將每路USB信號進(jìn)行光電隔離，降低外界的干擾。同時使用設(shè)計用發(fā)光二極管作為ー種信 號傳輸狀態(tài)指示模塊，當(dāng)傳輸狀態(tài)穩(wěn)定吋，發(fā)光二極管會穩(wěn)定點(diǎn)亮。工作過程通過信號轉(zhuǎn)換芯片U2和光電隔離芯片U3將本安鍵盤與主機(jī)之間的信息信號和時鐘信號進(jìn)行同步隔離，從而減少外界環(huán)境因素對內(nèi)部信號以及內(nèi)部信號之間的干擾，同時抑制開關(guān)機(jī)時信號的脈沖沖擊。主機(jī)在對信號接收完畢后，通過信號轉(zhuǎn)換芯片U2和光電隔離芯片U3向輸送方傳回接收應(yīng)答信號。
權(quán)利要求1.一種礦用本安型信號隔離器，其特征在于包括本安鍵盤接口 U1，用于傳送鍵盤信號；與本安鍵盤接口 Ul連接的信號轉(zhuǎn)換芯片U2，將USB信號轉(zhuǎn)換成適合在光耦中傳輸隔離的信號；與信號轉(zhuǎn)換芯片U2連接的信號光電隔離芯片U3，將接收到信號以及時鐘信號進(jìn)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(jìn)行傳輸；與光電隔離芯片U3連接的信號轉(zhuǎn)換芯片U2，將光電隔離芯片U3輸出的信號轉(zhuǎn)換成USB信號；與信號轉(zhuǎn)換芯片U2連接的本安計算機(jī)接口 U4，向計算傳輸信號；光電隔離芯片U3為傳輸速率大于等于IOMbps的光電耦合器；本安鍵盤接口 Ul與本安計算機(jī)接口 U4之間的各模塊采用兩路轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)鍵盤到主機(jī)，主機(jī)到鍵盤的通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用本安型信號隔離器，其特征在于所述的信號轉(zhuǎn)換芯片U2采用USB信號隔離控制芯片CH315H。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用本安型信號隔離器，其特征在于光電隔離芯片U3采用轉(zhuǎn)換速率為IOMbps的6N137光電耦合器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3任一項(xiàng)所述的礦用本安型信號隔離器，其特征在于所述的本安鍵盤采用單獨(dú)的本安電源供電。
專利摘要本實(shí)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(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。該設(shè)備有一本安鍵盤接口U1，與本安鍵盤接口U1連接的信號轉(zhuǎn)換芯片U2，與信號轉(zhuǎn)換芯片U2連接的信號光電隔離芯片U3，與光電隔離芯片U3連接的信號轉(zhuǎn)換芯片U2，與信號轉(zhuǎn)換芯片U2連接的本安計算機(jī)接口U4，本安鍵盤接口U1與本安計算機(jī)接口U4之間的各模塊采用兩路轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)鍵盤到主機(jī)，主機(jī)到鍵盤的通信。優(yōu)點(diǎn)是具有良好的信號隔離功能，能夠準(zhǔn)確、有效、實(shí)時地傳送鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，傳送速率可達(dá)10Mbps；誤碼率低、抗干擾能力強(qiáng)，安全性高；滿足礦用本質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者周中闊, 錢舒林 申請人:錢舒林