一种起重机防摇控制系统板间通信隔离电路的制作方法

本实用新型涉及起重机控制系统电路设计领域，尤其是涉及了一种起重机防摇控制系统板间通信隔离电路。

背景技术：

起重机是大型工业领域的重要设备，随着生产效率不断提高，起重机设计向大型化、高速化方向发展，对自动化水平要求也越来越高。高速运行的起重机所带来的摇摆是工业现场的极大隐患，因此需要通过智能防摇控制系统来改善现场的工作环境。由于起重机工作现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压，当共模电压超过极限接收电压，防摇控制系统收发数据就会发生错误，严重时甚至会烧坏芯片和电路，引起重大安全事故，需要在防摇控制系统通信电路中增加隔离防护措施。

经检索，中国专利授权号为201720987779.x的专利，公开了一种控制器芯片间的光耦隔离通讯电路，通过在两个控制器芯片的通讯链路中采用光电耦合器将两个控制器芯片隔离开，提高了控制器芯片间通讯信号的抗干扰能力；上述隔离通讯电路在以下不足，每路收发电路只利用一个光耦合器对信号收发端进行隔离，在较长距离的通信链路中，不能有效地进行收发端信号的隔离，影响信号通信质量。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种起重机防摇控制系统板间通信隔离电路，抗干扰性强，保证了防摇控制系统板间通信数据的高速、稳定传输。

为实现上述目的，本实用新型采样如下技术方案：

一种起重机防摇控制系统板间通信隔离电路，包括主板通信隔离电路和从板通信隔离电路；所述主板通信隔离电路的第一输入端di11与主板cpu发送端tx1相连，所述主板通信隔离电路的第一输出端do11与主板cpu接收端rx1相连；所述从板通信隔离电路的第一输入端di21与从板cpu发送端tx2相连，所述从板通信隔离电路的第一输出端do21与从板cpu接收端rx2相连；所述主板通信隔离电路的第二do12与从板通信隔离电路的第二输入端di22相连，所述从板通信隔离电路的第二输出端do22与主板通信隔离电路的第二输入端di12相连；所述主板通信隔离电路包括主板发送端光耦隔离电路、主板接收端光耦隔离电路和主板保护电路；所述主板发送端光耦隔离电路的输出端与所述主板保护电路相连，所述主板接收端光耦隔离电路的输入端与所述主板保护电路相连；所述从板通信隔离电路包括从板发送端光耦隔离电路、从板接收端光耦隔离电路和从板保护电路，所述从板发送端光耦隔离电路的输出端与所述从板保护电路相连，所述从板接收端光耦隔离电路的输入端与所述从板保护电路相连。

优选的，所述主板发送端光耦隔离电路包括光耦合器u2、电阻r3、电阻r4和电容c2；所述光耦合器u2的3脚即为所述主板通信隔离电路的第一输入端di11，与主板cpu的发送端tx1相连，光耦合器u2的2脚通过电阻r3与第一电源正极vcc1相连，光耦合器u2的6脚通过电阻r4与第二电源正极vcc2相连，光耦合器u2的6脚和电阻r4间的节点与所述主板保护电路相连，光耦合器u2的5脚接第二地gnd2，光耦合器u2的7脚和8脚相连，并与第二电源正极vcc2相连，光耦合器u2的7脚和第二电源正极vcc2间的节点通过电容c2与第二地gnd2相连。

优选的，所述主板接收端光耦隔离电路包括光耦合器u1、电阻r1、电阻r2和电容c1；所述光耦合器u1的3脚与所述主板保护电路相连，光耦合器u1的2脚通过电阻r2与第二电源正极vcc2相连，光耦合器u1的6脚通过电阻r1与第一电源正极vcc1相连，光耦合器u1的6脚和电阻r1间的节点即为所述主板通信隔离电路的第一输出端do11，与主板cpu接收端rx1相连，光耦合器u1的5脚接第一地gnd1,光耦合器u1的7脚和8脚相连，并与第一电源正极vcc1相连，光耦合器u1的7脚和第一电源正极vcc1间的节点通过电容c1与第一地gnd1相连。

优选的，所述主板保护电路包括自恢复保险丝f1、自恢复保险丝f2和瞬态电压抑制器tvs1；所述自恢复保险丝f1的一端即为所述主板通信隔离电路的第二输入端di12，另一端与所述主板接收端光耦隔离电路中光耦合器u1的3脚相连，自恢复保险丝f1和光耦合器u1的3脚间的节点与瞬态电压抑制器tvs1的1脚相连；所述自恢复保险丝f2的一端为所述主板通信隔离电路的第二输出端do12，另一端与所述主板发送端光耦隔离电路中光耦合器u2的6脚相连，自恢复保险丝f2和光耦合器u2的6脚间的节点与瞬态电压抑制器tvs1的2脚相连；瞬态电压抑制器tvs1的3脚接第二地gnd2。

优选的，所述从板发送端光耦隔离电路包括光耦合器u3、电阻r9、电阻r10和电容c4；所述光耦合器u3的3脚即为从板通信隔离电路的第一输入端di21，与从板cpu的发送端tx2相连，光耦合器u3的2脚通过电阻r10与第三电源正极vcc3相连，光耦合器u3的6脚通过电阻r9与第二电源正极vcc2相连，光耦合器u3的6脚和电阻r9间的节点与所述从板保护电路相连，光耦合器u3的5脚接第二地gnd2，光耦合器u3的7脚和8脚相连，并与第二电源正极vcc2相连；所述电容c4一端与光耦合器u3的5脚相连，另一端与光耦合器u3的7脚相连。

优选的，所述从板接收端光耦隔离电路包括光耦合器u4、三极管q1、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8和电容c3；所述三极管q1的基极通过电阻r6与所述从板保护电路相连，三极管q1的基极与电阻r6间的节点通过电阻r5与第二电源正极vcc2相连，三极管q1的集电极接第二电源正极vcc2，三极管q1的发射机与所述光耦合器u4的2脚相连；所述光耦合器u4的3脚通过电阻r7与第二地gnd2相连，光耦合器u4的6脚通过电阻r8与第三电源正极vcc3相连，光耦合器u4的6脚和电阻r8间的节点即为从板通信隔离电路的第一输出端do21，与从板cpu接收端rx2相连，光耦合器u4的5脚接第三地gnd3,光耦合器u1的7脚和8脚相连，并与第三电源正极vcc3相连；所述电容c3一端与光耦合器u4的5脚相连，另一端与光耦合器u4的7脚相连。

优选的，所述主板保护电路包括自恢复保险丝f3、自恢复保险丝f4和瞬态电压抑制器tvs2；所述自恢复保险丝f4的一端即为所述从板通信隔离电路的第二输入端di22，另一端与所述从板接收端光耦隔离电路中电阻r6相连，自恢复保险丝f4和电阻r6间的节点与瞬态电压抑制器tvs2的2脚相连；所述自恢复保险丝f3的一端即为所述从板通信隔离电路的第二输出端do22，另一端与所述从板发送端光耦隔离电路中光耦合器u3的6脚相连，自恢复保险丝f3和耦合器u3的6脚间的节点与瞬态电压抑制器tvs2的1脚相连；瞬态电压抑制器tvs2的3脚接第二地gnd2。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：起重机防摇控制系统通信主板和从板均设有发送端和接收端的隔离电路，隔离电路采用光耦合器作为隔离器件，通过主板和从板的配合使用，对信号传输进行双重隔离，通信速率高达10mbit/s，在保证板间数据高速传输的同时，大大提高了起重机防摇控制系统通讯信号的抗干扰能力，可以用于长距离通信，保证了信号传输质量，电路结构简单，易于实现，保护全面。

附图说明

图1为本实用新型板间通信隔离电路结构示意图；

图2为本实用新型板间通信隔离电路主板通信隔离电路原理图；

图3为本实用新型板间通信隔离电路从板通信隔离电路原理图。

图中：1、主板通信隔离电路；2、从板通信隔离电路；101、主板发送端光耦隔离电路；102、主板接收端光耦隔离电路；103、主板保护电路；201、从板发送端光耦隔离电路；202、从板接收端光耦隔离电路；203、从板保护电路。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进，本实用新型并不局限于下面的实施例。

如图1所示，本实用新型起重机防摇控制系统板间通信隔离电路包括主板通信隔离电路1和从板通信隔离电路2。

所述主板通信隔离电路1的第一输入端di11与主板cpu发送端tx1相连，用于接收主板cpu的输出信号；主板通信隔离电路1的第二输出端do12与从板通信隔离电路2的第二输入端di22相连，用将主板信号传输到从板通信隔离电路2中；从板通信隔离电路2的第一输出端do21与从板cpu接收端rx2相连，用于将接收的主板信号发送到从板cpu中。

所述从板通信隔离电路2的第一输入端di21与从板cpu发送端tx2相连，用于接收从板cpu的输出信号；从板通信隔离电路2的第二输出端do22与主板通信隔离电路1的第二输入端di12相连，用将从板信号传输到主板通信隔离电路1中；主板通信隔离电路1的第一输出端do11与主板cpu接收端rx1相连，用于将接收的从板信号传送到主板cpu中。

主板和从板两部分隔离电路需要配合使用，形成信号传输的闭环，才能够实现板间数据的高速传输。

所述主板通信隔离电路1包括主板发送端光耦隔离电路101、主板接收端光耦隔离电路102和主板保护电路103；主板发送端光耦隔离电路101的输出端与主板保护电路103相连，主板接收端光耦隔离电路102的输入端与主板保护电路103相连；所述从板通信隔离电路2包括从板发送端光耦隔离电路201、从板接收端光耦隔离电路202和从板保护电路203；从板发送端光耦隔离电路201的输出端与从板保护电路203相连，从板接收端光耦隔离电路202的输入端与从板保护电路203相连。

如图2所示，所述主板发送端光耦隔离电路101包括光耦合器u2、电阻r3、电阻r4和电容c2；光耦合器u2的3脚即为所述主板通信隔离电路1的第一输入端di11，与主板cpu的发送端tx1相连，接收主板cpu的输出信号；光耦合器u2的2脚通过电阻r3与第一电源正极vcc1相连；光耦合器u2的6脚通过电阻r4与第二电源正极vcc2相连，光耦合器u2的6脚和电阻r4间的节点与所述主板保护电路103相连，用于将主板发送信号传送到主板保护电路103中；光耦合器u2的5脚接第二地gnd2；光耦合器u2的7脚和8脚相连，并与第二电源正极vcc2相连，光耦合器u2的7脚和第二电源正极vcc2间的节点通过电容c2与第二地gnd2相连。

所述主板接收端光耦隔离电路102包括光耦合器u1、电阻r1、电阻r2和电容c1；所述光耦合器u1的3脚与所述主板保护电路103相连，接收主板保护电路103的输出信号；光耦合器u1的2脚通过电阻r2与第二电源正极vcc2相连；光耦合器u1的6脚通过电阻r1与第一电源正极vcc1相连，光耦合器u1的6脚和电阻r1间的节点，即为所述主板通信隔离电路1的第一输出端do11，与主板cpu接收端rx1相连，将从板发送信号传送到主板cpu中；光耦合器u1的5脚接第一地gnd1,光耦合器u1的7脚和8脚相连，并与第一电源正极vcc1相连，光耦合器u1的7脚和第一电源正极vcc1间的节点通过电容c1与第一地gnd1相连。

所述主板保护电路103包括自恢复保险丝f1、自恢复保险丝f2和瞬态电压抑制器tvs1；自恢复保险丝f1的一端即为所述主板通信隔离电路1的第二输入端di12，接收从板发送信号，另一端与所述主板接收端光耦隔离电路102中光耦合器u1的3脚相连，自恢复保险丝f1和光耦合器u1的3脚间的节点与瞬态电压抑制器tvs1的1脚相连；所述自恢复保险丝f2的一端为所述主板通信隔离电路1的第二输出端do12，向从板发送主板信号，另一端与所述主板发送端光耦隔离电路101中光耦合器u2的6脚相连，自恢复保险丝f2和光耦合器u2的6脚间的节点与瞬态电压抑制器tvs1的2脚相连；瞬态电压抑制器tvs1的3脚接第二地gnd2。

如图3所示，所述从板发送端光耦隔离电路201包括光耦合器u3、电阻r9、电阻r10和电容c4；光耦合器u3的3脚即为所述从板通信隔离电路2的第一输入端di21，与从板cpu的发送端tx2相连，接收从板cpu的输出信号；光耦合器u3的2脚通过电阻r10与第三电源正极vcc3相连；光耦合器u3的6脚通过电阻r9与第二电源正极vcc2相连，光耦合器u3的6脚和电阻r9间的节点与从板保护电路203相连，用于将从板发送信号传送到从板保护电路203中；光耦合器u3的5脚接第二地gnd2，光耦合器u3的7脚和8脚相连，并与第二电源正极vcc2相连；电容c4一端与光耦合器u3的5脚相连，另一端与光耦合器u3的7脚相连。

所述从板接收端光耦隔离电路202包括光耦合器u4、三极管q1、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8和电容c3；三极管q1的基极通过电阻r6与所述从板保护电路203相连，用于接收从板保护电路203的输出信号，三极管q1的基极与电阻r6间的节点通过电阻r5与第二电源正极vcc2相连，三极管q1的集电极接第二电源正极vcc2，三极管q1的发射机与所述光耦合器u4的2脚相连；光耦合器u4的3脚通过电阻r7与第二地gnd2相连；光耦合器u4的6脚通过电阻r8与第三电源正极vcc3相连，光耦合器u4的6脚和电阻r8间的节点，即为所述从板通信隔离电路2的第一输出端do21，与从板cpu接收端rx2相连，用于将主板发送信号传送到从板cpu中；光耦合器u4的5脚接第三地gnd3,光耦合器u1的7脚和8脚相连，并与第三电源正极vcc3相连；所述电容c3一端与光耦合器u4的5脚相连，另一端与光耦合器u4的7脚相连。

从板接收端光耦隔离电路202利用三极管q1来驱动光耦合器u4的通断，从而进行数据传输的方向控制；三极管q1为pnp型三极管；当基极输入信号是高电平时，三极管q1截止，光耦合器u4截止，主板向从板通讯中断；当基极输入信号是低电平，三极管q1导通，光耦合器u4导通，主板向从板通讯信号正常传输；三极管q1的使用使光耦合器的工作更为灵敏、高速。

所述从板保护电路203包括自恢复保险丝f3、自恢复保险丝f4和瞬态电压抑制器tvs2；自恢复保险丝f4的一端为所述从板通信隔离电路2的第二输入端di22，接收主板发送信号，另一端与所述从板接收端光耦隔离电路202中电阻r6相连，自恢复保险丝f4和电阻r6间的节点与瞬态电压抑制器tvs2的2脚相连；自恢复保险丝f3的一端为所述从板通信隔离电路2的第二输出端do22，向主板发送从板信号，另一端与所述从板发送端光耦隔离电路201中光耦合器u3的6脚相连，自恢复保险丝f3和光耦合器u3的6脚间的节点与瞬态电压抑制器tvs2的1脚相连；瞬态电压抑制器tvs2的3脚接第二地gnd2。

图3、图3中的电阻r2、r3、r6和r10为限流电阻，用于进行端口保护；电阻r1、r4、r5、r8和r9为上拉电阻；电阻r7为下拉电阻同时兼有保护电路作用；电容c1、c3、c2和c4为滤波电容，即可吸收电源线上的波纹，又能减小光耦合器接收端开关工作时对电源的冲击。

图2、图3中，主板保护电路103和从板保护电路203中的瞬态电压抑制器tvs1、tvs2用于抑制因静电放电、雷电等引起的浪涌电流对通信电路的冲击；自恢复保险丝f1、f2、f3、f4用于防止cpu受到外部大电流的干扰，当电路发生短路或过载时，自恢复保险丝成高阻态以防止外部大电流流入主板或从板cpu，故障排除后自恢复保险丝恢复为低阻状态，保持通路，保证通信信号传输速度和安全。

图2、图3中，第一电源正极vcc1和第一地gnd1为主板内部电源和地，第三电源正极vcc3和第三地gnd3为从板内部电源和地，第二电源正极vcc2和第二地gnd2为传输路径中的电源和地；第一电源正极vcc1和第三电源正极vcc3均为+3.3v,第二电源正极vcc3为+5v；第一地gnd1、第二地gnd2和第三地gnd3是三个不同的地。

实施本实用新型所述通信隔离电路时，主板cpu通过端口tx1向从板发送通信信号时，若主板发送信号为高电平，主板发送端光耦隔离电路101中光耦合器u2截止，光耦合器u2的6脚输出高电平信号，高电平信号经主板保护电路103后，由主板通信隔离电路1的第二输出端do12传送到从板通信隔离电路2的第二输入端di22，高电平信号经从板保护电路203后传送到从板接收端光耦隔离电路202中三极管q1的基极，高电平信号使三极管q1截止，从板接收端光耦隔离电路202中光耦合器u4截止，主板向从板通讯中断；若主板发送信号为低电平，主板发送端光耦隔离电路101中光耦合器u2导通，光耦合器u2的6脚输出低电平信号，低电平信号经主板保护电路103后，由主板通信隔离电路1的第二输出端do12传送到从板通信隔离电路2的第二输入端di22，低电平信号经从板保护电路203后传送到从板接收端光耦隔离电路202中三极管q1的基极，低电平信号使三极管q1导通，并向从板接收端光耦隔离电路202中光耦合器u4的2脚输入高电平信号，光耦合器u4导通，光耦合器u2的6脚通过rx2端向从板cpu传送低电平信号。

从板cpu通过端口tx2向主板发送通信信号时，若从板发送信号为高电平，从板发送端光耦隔离电路201中光耦合器u3截止，光耦合器u3的6脚输出高电平信号，高电平信号经从板保护电路203后，由从板通信隔离电路2的第二输出端do22传送到主板通信隔离电路1的第二输入端di12，高电平信号经主板保护电路103后传送到主板接收端光耦隔离电路102中光耦合器u1的3脚，光耦合器u1截止，光耦合器u1的6脚输出通过rx1端向主板cpu传送高电平信号；若从板发送信号为低电平，从板发送端光耦隔离电路201中光耦合器u3导通，光耦合器u3的6脚输出低电平信号，低电平信号经从板保护电路203后，由从板通信隔离电路2的第二输出端do22传送到主板通信隔离电路1的第二输入端di12，低电平信号经主板保护电路103后传送到主板接收端光耦隔离电路102中光耦合器u1的3脚，光耦合器u1导通，光耦合器u1的6脚输出通过rx1端向主板cpu传送低电平信号。

本实用新型未详述部分为现有技术。