专利名称：矿用本安型信号隔离器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及矿用通讯设备技术领域，具体是ー种矿用本安型信号隔离器；它为矿用本安型计算机通信和本安键盘信号联络装置，不仅适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，也适合于煤炭、化工、建材、交通、电カ等行业地面恶劣环境中使用，满足矿用本质安全的要求。
背景技术：
由于煤矿井下工作环境的恶劣，以及工作的特殊情况，要求各种通讯设备必须要有严格的安全标准，同时也要具有良好的通讯效果，以减少外界工作面的干扰。为了保证煤矿安全生产和提高效益，我国的矿井在处理数据采集，安全监控，数据分析等都必须依靠本安计算机进行处理。本安键盘作为矿用计算机的最主要的输入设备，通过导线与主机相连。在煤矿生产这样ー个特殊的环境中，存在着以下主要问题(1)目前的本安键盘的生产，其原理与普通的键盘没有区别，主要是在外围硬件上做了一些改进，而这些改进主要是为了防水、防爆、防尘等，在电信号的处理上没有做改动，由于井下环境的复杂，这样由键盘输入到主机的信号容易受到外界的干扰。(2)目前的本安键盘与主机直接相连，采用主机供电，主机所供的电并不是本安电源，所以当主机开启时或在正常使用或出现故障时，容易产生的电火花或热效应的能量不能保证控制在小于0. 28mJ (即瓦斯浓度为8. 5% (最易爆炸的浓度)最小点燃能量)，存在安全隐患。
发明内容为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型提供一种矿用本安型信号隔离器，将本安键盘的输入信号进行隔离处理保证信号的准确性、能够有效的进行电源隔离。本实用新型是以如下技术方案实现的一种矿用本安型信号隔离器，包括本安键盘接ロ U1，用于传送键盘信号；与本安键盘接ロ Ul连接的信号转换芯片U2，将USB信号转换成适合在光耦中传输隔离的信号；与信号转换芯片U2连接的信号光电隔离芯片U3，将接收到信号以及时钟信号进行光电隔离，将电信号变成光信号再由光信号隔离成电信号进行传输；与光电隔离芯片U3连接的信号转换芯片U2，将光电隔离芯片U3输出的信号转换成USB信号；与信号转换芯片U2连接的本安计算机接ロ U4，向计算传输信号；光电隔离芯片U3为传输速率大于等于IOMbps的光电稱合器。本实用新型的有益效果是I)具有良好的信号隔离功能，能够准确、有效、实时地传送键盘输入的数据，传送速率可达IOMbps ；2)将主机与本安键盘供电分别隔离开，这样当上位机启动时，就不会对键盘产生回路冲击电流，有效的避免电火花的产生，有利于矿井下安全工作，本安键盘使用单独的本安电源供电，使电路在工作时产生的热能量减少；3)误码率低、抗干扰能力强，安全性高；[0009]4)体积小可以方便的嵌入在本安电脑或键盘电路内，满足矿用本质安全的要求。以下结合附图
及实施例对本实用新型作进ー步说明。[0011]图I是本实用新型原理框图。图2是系统结构框图。图3是电信号隔离器信号传输隔离电路图。
具体实施方式
如图I所示，矿用本安型信号隔离器有一本安键盘接ロ U1，用于传送键盘信号；与本安键盘接ロ Ul连接的信号转换芯片U2，将USB信号转换成适合在光耦中传输隔离的信号；与信号转换芯片U2连接的信号光电隔离芯片U3，将接收到信号以及时钟信号进行光电隔离，将电信号变成光信号再由光信号隔离成电信号进行传输；与光电隔离芯片U3连接的信号转换芯片U2，将光电隔离芯片U3输出的信号转换成USB信号；与信号转换芯片U2连接的本安计算机接ロ U4，向计算传输信号；本安键盘接ロ Ul与本安计算机接ロ U4之间的各模块采用两路转换电路，实现键盘到主机，主机到键盘的通信。由于信号不能够直接通过光耦芯片进行隔离，必须要先将本安键盘接ロ Ul传送的信号经信号转换芯片U2进行控制隔离，满足光耦芯片的应用要求，信号转换芯片U2采用USB信号隔离控制芯片CH315H。由于USB信号全速传输为12Mbps,考虑光稱的速度和速度对称性对信号迟滞和平衡的影响，因此在选择光耦时采用传输速率大于IOMbps的光耦，光电隔离芯片U3采用转换速率为IOMbps的6N137光电耦合器或者HCPL601高速光耦。通过USB2.0通讯协议，计算机在对信号接收完毕后需要向输送方传回接收应答信号，所以本实用新型采用了两路转换电路设计，实现本安键盘到主机，主机到本安键盘的通信。如图2所示，本安键盘采用単独的本安电源供电，不采用传统的由主机键盘接口供电，使电路在工作时产生的热能量減少，本安键盘采用采用DC5V±20%电源供电，提高矿井下使用的安全性。如图3所示，USBl和Ul 一起组成上位机，其中USBl是电脑主机的接ロ。USB2和U6组成下位机，其中USB2用于连接矿用本安键盘或者其它本安设备。在上位机与下位机之间采用的是光耦隔离芯片，对信号进行隔离。通过调节R1/C4，R2/C5，R7/C6，R8/C7的參数，优化光耦的信号上升沿和下降沿之间的对称性。USB2的I脚和U6的11脚之间串联一发光二极管Dl用于指示USB数据是否正常传输，具有自动检测传输状态的功能。电容C2和C9的容量为0. luF，用于CH315H内部电源的节点退耦，Cl和C8为0. OluF，用于CH315H芯片的电源退耦。在制作印刷电路板时，需要注意退耦电容(1、02、08、09应尽量靠近0131511的相连引脚，使USB的D+和D-信号线贴近平行布线，尽量在两侧提供地线或者覆铜，減少来自外界的信号的干扰。矿用本安型信号隔离器是ー种适合于本安键盘与主机之间安全通行连接的桥梁。本隔离器支持12Mbps USB全速传输和I. 5Mbps USB低速传输。同时支持本安键盘USB接ロ的控制传输、批量传输、中断传输和同歩/等时传输方式。本设备采用纯硬件解决方案，对USB协议完全实时和透明，不需要额外的安装任何的驱动程序，支持WindOws98/ME/2000/XP/Server200X/64bit-Vista和Linux。本实用新型采用4个高速的光耦隔离芯片，有效地将每路USB信号进行光电隔离，降低外界的干扰。同时使用设计用发光二极管作为ー种信 号传输状态指示模块，当传输状态稳定吋，发光二极管会稳定点亮。工作过程通过信号转换芯片U2和光电隔离芯片U3将本安键盘与主机之间的信息信号和时钟信号进行同步隔离，从而減少外界环境因素对内部信号以及内部信号之间的干扰，同时抑制开关机时信号的脉冲冲击。主机在对信号接收完毕后，通过信号转换芯片U2和光电隔离芯片U3向输送方传回接收应答信号。
权利要求1.一种矿用本安型信号隔离器，其特征在于包括本安键盘接口 U1，用于传送键盘信号；与本安键盘接口 Ul连接的信号转换芯片U2，将USB信号转换成适合在光耦中传输隔离的信号；与信号转换芯片U2连接的信号光电隔离芯片U3，将接收到信号以及时钟信号进行光电隔离，将电信号变成光信号再由光信号隔离成电信号进行传输；与光电隔离芯片U3连接的信号转换芯片U2，将光电隔离芯片U3输出的信号转换成USB信号；与信号转换芯片U2连接的本安计算机接口 U4，向计算传输信号；光电隔离芯片U3为传输速率大于等于IOMbps的光电耦合器；本安键盘接口 Ul与本安计算机接口 U4之间的各模块采用两路转换电路，实现键盘到主机，主机到键盘的通信。
2.根据权利要求I所述的矿用本安型信号隔离器，其特征在于所述的信号转换芯片U2采用USB信号隔离控制芯片CH315H。
3.根据权利要求I所述的矿用本安型信号隔离器，其特征在于光电隔离芯片U3采用转换速率为IOMbps的6N137光电耦合器。
4.根据权利要求I 3任一项所述的矿用本安型信号隔离器，其特征在于所述的本安键盘采用单独的本安电源供电。
专利摘要本实用新型公开了一种矿用本安型信号隔离器，涉及矿用通讯设备技术领域。该设备有一本安键盘接口U1，与本安键盘接口U1连接的信号转换芯片U2，与信号转换芯片U2连接的信号光电隔离芯片U3，与光电隔离芯片U3连接的信号转换芯片U2，与信号转换芯片U2连接的本安计算机接口U4，本安键盘接口U1与本安计算机接口U4之间的各模块采用两路转换电路，实现键盘到主机，主机到键盘的通信。优点是具有良好的信号隔离功能，能够准确、有效、实时地传送键盘输入的数据，传送速率可达10Mbps；误码率低、抗干扰能力强，安全性高；满足矿用本质安全的要求。
文档编号G06F3/02GK202404529SQ201120505218
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者周中阔, 钱舒林 申请人:钱舒林