本實(shí)用新型涉及一種USB觸摸屏控制器。
背景技術(shù)：
爆炸性環(huán)境中帶觸摸屏的電氣設(shè)備,其觸摸屏的安裝位置一般在電氣設(shè)備外殼,當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行或出現(xiàn)故障時(shí)觸摸屏控制器可能成為點(diǎn)燃源,導(dǎo)致發(fā)生安全事故，而現(xiàn)有USB觸摸屏控制器沒(méi)有專門(mén)設(shè)計(jì)安全柵。因此，為了避免此類安全事故的發(fā)生，有必要設(shè)計(jì)一種帶安全柵的USB觸摸屏控制器，對(duì)觸摸屏控制器的輸出能量進(jìn)行限制，使其在爆炸性環(huán)境中不能成為點(diǎn)燃源。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種USB觸摸屏控制器，解決爆炸性環(huán)境中帶觸摸屏的電氣設(shè)備成為點(diǎn)燃源的問(wèn)題，所用到的元器件數(shù)量少，集成度高、可靠性高。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：
一種USB觸摸屏控制器，包括USB隔離芯片、二極管安全柵電路和觸摸屏控制電路；外部USB接口連接USB隔離芯片，USB隔離芯片連接二極管安全柵電路的輸入端，二極管安全柵電路的輸出端連接觸摸屏控制控制電路；觸摸屏控制控制電路還與觸摸屏相連。
所述USB隔離芯片采用LTM2884，該芯片內(nèi)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(dá)交流有效值2500V。
所述二極管安全柵電路包括第一、第二和第三保護(hù)電路；
第一、第二和第三保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)相同；各包括一個(gè)依次相連的熔斷器、穩(wěn)壓電路和限流電阻；所述穩(wěn)壓電路包括兩個(gè)相互并聯(lián)的齊納二極管；齊納二極管的正極接地；負(fù)極接于熔斷器和限流電阻相接的一端；
第一、第二和第三保護(hù)電路中，熔斷器的另一端分別連接USB隔離芯片的供電線、負(fù)信號(hào)線、正信號(hào)線；
第一、第二和第三保護(hù)電路中，限流電阻的另一端分別連接觸摸屏控制電路的電源端、負(fù)信號(hào)端、正信號(hào)端。
所述觸摸屏控制電路包括單片機(jī)與IO驅(qū)動(dòng)電路；
所述單片機(jī)為自帶USB從機(jī)接口的C8051單片機(jī)；
所述觸摸屏為四線電阻是式觸摸屏；
所述IO驅(qū)動(dòng)電路包括3個(gè)SI 1555DL芯片，SI 1555DL芯片中包括1個(gè)P溝道MOS管和1個(gè)N溝道MOS管；
第一個(gè)SI 1555DL芯片中的P溝道MOS管柵極連接C8051單片機(jī)的IO口，源極連接電源，漏極連接觸摸屏的接口X+；N溝道MOS管柵極連接C8051單片機(jī)的IO口，源極連接地，漏極連接觸摸屏的接口Y-；
第二個(gè)SI 1555DL芯片中的P溝道MOS管柵極連接C8051單片機(jī)的IO口并連接10K上拉電阻到電源，源極連接電源，漏極連接觸摸屏的接口Y+；N溝道MOS管柵極連接C8051單片機(jī)的IO口并連接10K下拉電阻到地，源極連接地，漏極連接觸摸屏的接口Y+；
第三個(gè)SI 1555DL芯片中的P溝道MOS管柵極連接C8051單片機(jī)的IO口并連接10K上拉電阻到電源，源極連接電源，漏極連接觸摸屏的接口X-；N溝道MOS管柵極連接C8051單片機(jī)的IO口并連接10K下拉電阻到地，源極接地，漏極接觸摸屏的接口X-。
二極管安全柵電路分別對(duì)USB隔離芯片輸出的USB供電、信號(hào)負(fù)、信號(hào)正進(jìn)行限流和限壓，其中USB供電被限制為電壓不超過(guò)6.8V，電流不超過(guò)200mA，信號(hào)負(fù)和信號(hào)正被限制為電壓不超過(guò)6.8V，電流不超過(guò)50mA。限流電阻的封裝形式采用繞線功率電阻，具有斷線時(shí)防松脫措施,其故障模式僅出現(xiàn)開(kāi)路故障。熔斷器的時(shí)間-電流特性不超過(guò)被保護(hù)元器件的瞬態(tài)額定值。USB供電限流電阻額定功率為5W，信號(hào)負(fù)和信號(hào)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(jī)自帶USB從機(jī)接口，可直接連接二極管安全柵電路的輸出,C8051的外圍電容總?cè)萘坎怀^(guò)21uF,遠(yuǎn)小于本安電路要求的允許電容值。
本實(shí)用新型的供電電源直接來(lái)源于外部USB接口，USB隔離芯片、二極管安全柵電路和觸摸屏控制電路由外部USB接口供電。當(dāng)用于電氣設(shè)備時(shí)，將電氣設(shè)備的USB接口通過(guò)連接器連接USB隔離芯片，觸摸屏控制電路通過(guò)連接器連接電氣設(shè)備的觸摸屏。
所述第一保護(hù)電路中，熔斷器的額定電流為200mA，齊納二極管的額定電壓/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(hù)電路中，熔斷器的額定電流為50mA，齊納二極管的額定電壓/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(hù)電路中，熔斷器的額定電流為50mA，齊納二極管的額定電壓/功率為6.8V/5W，限流電阻的額定電阻/功率為100Ω/1W。
本實(shí)用新型所有元器件集成于印制板上；印制板采用厚度1.6mm的雙面印制板，印制線厚度為35um，最小寬度為0.5mm，印制線電流值均不超過(guò)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制板挖空，使限流電阻和熔斷器的安裝高度降低了10mm。印制板的上的印制線的溫度組別滿足T6的要求。
本實(shí)用新型用到的元器件數(shù)量少，可靠性高，所使用的元器件均為工業(yè)級(jí)，能滿足-40℃～+80℃的工作溫度。
有益效果：
本實(shí)用新型通過(guò)隔離和限制電流、電壓，能將觸摸屏控制器的輸出能量限制在安全范圍值內(nèi)。使用本實(shí)用新型后，本實(shí)用新型將帶觸摸屏的電氣設(shè)備內(nèi)部或暴露于潛在爆炸性環(huán)境的連接導(dǎo)線可能產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng)能量限制在不能產(chǎn)生點(diǎn)燃的水平。本實(shí)用新型適用于爆炸性環(huán)境中帶觸摸屏的ⅡB類防爆電氣設(shè)備，溫度組別T4，安全級(jí)別滿足Gb級(jí)要求。
本實(shí)用新型可直接從外部USB接口取電，USB隔離芯片自帶隔離電源，單片機(jī)自帶USB接口；不需要額外的供電電源、隔離電源和USB接口芯片；
本實(shí)用新型所使用的元器件數(shù)量少、集成度高，可靠性高。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型原理框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種USB觸摸屏控制器，包括USB隔離芯片、二極管安全柵電路和觸摸屏控制電路；外部USB接口連接USB隔離芯片，USB隔離芯片連接二極管安全柵電路的輸入端，二極管安全柵電路的輸出端連接觸摸屏控制控制電路。
所述USB隔離芯片采用LTM2884，提供USB信號(hào)電氣隔離功能。該芯片內(nèi)部已集成隔離電源，靠近隔離電源的輸出端外部連接一個(gè)100uF的電解電容用于去耦。SPNDPWR通過(guò)J3連接GND1以使能芯片內(nèi)部DC/DC電源輸出。ON直接連接到VLO以使能芯片的電源及數(shù)據(jù)通信功能。VLO為芯片內(nèi)部3.3V整流輸出引腳。D1-連接上行USB信號(hào)負(fù)，并通過(guò)內(nèi)部1.5k電阻上拉，D1-連接上行USB信號(hào)負(fù)，并通過(guò)內(nèi)部1.5k電阻上拉，D1+連接上行USB信號(hào)正，并通過(guò)內(nèi)部1.5k電阻上拉，D2-連接下行USB信號(hào)負(fù)，并通過(guò)內(nèi)部15k電阻下拉，D2+連接下行USB信號(hào)正，并通過(guò)內(nèi)部15k電阻下拉。下行USB信號(hào)連接二極管安全柵電路的輸入端。
二極管安全柵電路包括第一、第二和第三保護(hù)電路；第一、第二和第三保護(hù)電路均由熔斷器、齊納二極管、限流電阻組成，提供限流和限壓功能。第一保護(hù)電路，即USB供電分別串聯(lián)200mA的熔斷器F1，再并聯(lián)6.8V/5W的齊納二極管D1-1和D2-1，然后串聯(lián)20Ω/5W的限流電阻R1-1。第二保護(hù)電路，即USB信號(hào)負(fù)串聯(lián)50mA的熔斷器F2，再并聯(lián)6.8V/5W的齊納二極管D3-1和D4-1，然后串聯(lián)100Ω/1W的限流電阻R2-1。第三保護(hù)電路，即USB信號(hào)正串聯(lián)50mA的熔斷器F3，再并聯(lián)6.8V/5W的齊納二極管D5-1和D6-1，然后串聯(lián)100Ω/1W的限流電阻R3-1。二極管安全柵電路的輸出端連接C8051單片機(jī)的USB接口及電源輸入引腳。
觸摸屏控制電路由單片機(jī)C8051和3個(gè)SI 1555DL雙MOS管芯片組成，完成讀取觸摸屏信息以及發(fā)送信息至USB主機(jī)的功能，SI 1555DL用于提高C8051的IO口驅(qū)動(dòng)能力。
USB觸摸屏控制安全柵的供電電源直接來(lái)源于USB接口。
物理指標(biāo)：
板卡尺寸：117mm×85.6mm×1.6mm(長(zhǎng)度×寬度×厚度)。
工作溫度：-40℃～+80℃。