一种兼容性矿用防爆柴油机电控装置的制作方法

1.本发明涉及柴油机电控领域，具体涉及一种兼容性矿用防爆柴油机电控装置。


背景技术：

2.目前，非道路国四排放的柴油机还处在研发阶段，大多数状态并未最终确定，而矿用防爆柴油机又是基于非道路国四柴油机进行开发。由于不同厂家的矿用防爆柴油机可能配备不同的传感器，其传感器供电参数、输出信号各不相同，以及不同的矿用防爆柴油机可能配备不同的柴油机控制器，其标定方式、数据传输内容各不相同；因此，对于不同的矿用防爆柴油机，需要配备不同的电控装置。所以，现有的矿用防爆柴油机电控装置是不具备兼容性的。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种兼容性矿用防爆柴油机电控装置。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种兼容性矿用防爆柴油机电控装置，包括信号采集器和装置主机；所述装置主机包括隔离电源模块和信号隔离板；所述隔离电源模块用于将矿用防爆柴油机的蓄电池电源转换成12v本安电源；
5.所述信号隔离板上集成有主控芯片、电源变换单元、关键传感器信号采集及隔离单元、非关键传感器信号采集及隔离单元和柴油机控制器上电控制单元；所述信号隔离板上还设置有线束接口，所述线束接口用于通过线束连接柴油机控制器和执行器；
6.所述电源变换单元用于在本安侧将所述隔离电源模块输出的12v本安电源转换成电源参数可调的本安侧电源并对所述关键传感器、所述信号采集器以及所述信号隔离板内部供电，还用于在非本安侧将所述蓄电池电源转换成电源参数可调的非本安侧电源并对所述信号隔离板内部供电；其中，所述非关键传感器由所述信号采集器供电；
7.所述关键传感器信号采集及隔离单元用于采集关键传感器信号，并将采集的关键传感器信号在信号隔离处理前接入所述主控芯片，还用于将采集的关键传感器信号进行信号隔离处理，并将信号隔离处理后的关键传感器信号接入所述线束接口；
8.所述非关键传感器信号采集及隔离单元用于通过所述信号采集器采集非关键传感器信号，并将采集的非关键传感器信号在信号隔离处理前接入所述主控芯片，还用于将采集的非关键传感器信号进行信号隔离处理，并将信号隔离处理后的非关键传感器信号接入所述线束接口；
9.所述主控芯片用于对信号隔离处理前的关键传感器信号以及非关键传感器信号进行内部运算处理，生成用于控制柴油机控制器的第一控制信号以及用于控制执行器的第二控制信号，并将所述第一控制信号和所述第二控制信号接入所述线束接口，且通过所述线束接口将所述第二控制信号传输至所述执行器以控制所述执行器动作；
10.所述柴油机控制器用于从所述线束接口处获取信号隔离处理后的关键传感器信号以及非关键传感器信号并进行内部运算处理，生成第三控制信号，且将所述第三控制信
号接入所述线束接口；
11.所述柴油机控制器上电控制单元用于接入所述蓄电池电源，还用于从所述线束接口处获取所述第一控制信号和所述第三控制信号，还用于基于所述蓄电池电源，并结合所述第一控制信号以及所述第三控制信号进行运算处理，得到柴油机控制器上电控制电源电压信号，且通过所述线束接口将所述柴油机控制器上电控制电源电压信号传输至所述柴油机控制器的驱动电源，以对所述柴油机控制器进行上电控制。
12.本发明的有益效果是：在本发明一种兼容性矿用防爆柴油机电控装置中，电源变换单元输出的电源参数可调，因此传感器供电电源输出电压、电流可调节，根据不同传感器采用不同的配置，不同传感器输出信号特性通过标定软件在柴油机控制器中进行标定，实现传感器兼容；在不同柴油机控制器与信号隔离板连接时，可通过改变线束接口的引脚定义，匹配柴油机控制器与信号隔离板的信号定义；信号采集器可以减少装置主机安装尺寸，适配不同的车型及矿用柴油机，其可以将非关键信号通过采集器采集后接入装置主机；上电控制可由柴油机控制器自主设定，也可由信号隔离板中的主控芯片进行控制，二者为与的关系，任一上电控制端口断电后，柴油机主控制器断电，柴油机停机，可适配不同的柴油机控制器；另外，隔离后的传感器信号通过线束接口连接至柴油机控制器，隔离前的信号由主控芯片进行采集，二者进行校验，可以提高系统可靠性。
附图说明
13.图1为本发明一种兼容性矿用防爆柴油机电控装置的整体结构框图；
14.图2为本发明一种兼容性矿用防爆柴油机电控装置中信号隔离板的结构框图；
15.图3为本安侧10v电源转换电路的电路原理图；
16.图4为12v信号采集器供电电源转换电路的电路原理图；
17.图5为频率信号采集及隔离单元的电路原理图；
18.图6为温度信号采集及隔离单元的电路原理图；
19.图7为位置信号采集及隔离单元的电路原理图；
20.图8为开关信号采集及隔离单元的电路原理图；
21.图9为柴油机控制器上电控制单元的电路原理图；
22.图10为can通讯信号隔离单元的电路原理图；
23.图11为本安型can通讯单元的电路原理图。
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
25.如图1所示，一种兼容性矿用防爆柴油机电控装置，包括信号采集器和装置主机；所述装置主机包括隔离电源模块和信号隔离板；所述隔离电源模块用于将矿用防爆柴油机的蓄电池电源转换成12v本安电源。
26.如图2所示，所述信号隔离板上集成有主控芯片、电源变换单元、关键传感器信号采集及隔离单元、非关键传感器信号采集及隔离单元和柴油机控制器上电控制单元；所述信号隔离板上还设置有线束接口，所述线束接口用于通过线束连接柴油机控制器和执行
器。
27.所述电源变换单元用于在本安侧将所述隔离电源模块输出的12v本安电源转换成电源参数可调的本安侧电源并对所述关键传感器、所述信号采集器以及所述信号隔离板内部供电，还用于在非本安侧将所述蓄电池电源转换成电源参数可调的非本安侧电源并对所述信号隔离板内部供电；其中，所述非关键传感器由所述信号采集器供电；
28.所述关键传感器信号采集及隔离单元用于采集关键传感器信号，并将采集的关键传感器信号在信号隔离处理前接入所述主控芯片，还用于将采集的关键传感器信号进行信号隔离处理，并将信号隔离处理后的关键传感器信号接入所述线束接口；
29.所述非关键传感器信号采集及隔离单元用于通过所述信号采集器采集非关键传感器信号，并将采集的非关键传感器信号在信号隔离处理前接入所述主控芯片，还用于将采集的非关键传感器信号进行信号隔离处理，并将信号隔离处理后的非关键传感器信号接入所述线束接口；
30.所述主控芯片用于对信号隔离处理前的关键传感器信号以及非关键传感器信号进行内部运算处理，生成用于控制柴油机控制器的第一控制信号以及用于控制执行器的第二控制信号，并将所述第一控制信号和所述第二控制信号接入所述线束接口，且通过所述线束接口将所述第二控制信号传输至所述执行器以控制所述执行器动作；
31.所述柴油机控制器用于从所述线束接口处获取信号隔离处理后的关键传感器信号以及非关键传感器信号并进行内部运算处理，生成第三控制信号，且将所述第三控制信号接入所述线束接口；
32.所述柴油机控制器上电控制单元用于接入所述蓄电池电源，还用于从所述线束接口处获取所述第一控制信号和所述第三控制信号，还用于基于所述蓄电池电源，并结合所述第一控制信号以及所述第三控制信号进行运算处理，得到柴油机控制器上电控制电源电压信号，且通过所述线束接口将所述柴油机控制器上电控制电源电压信号传输至所述柴油机控制器的驱动电源，以对所述柴油机控制器进行上电控制。
33.在本具体实施例中，隔离电源模块采用buck型开关电源，内部变压器隔离耐压值高达3000v，且输出端具备两级限压限流保护，隔离电源模块最大输入电压为36vdc，最大输出电压12.5vdc，最大输出电流1.3a，电路设计满足矿用本质安全型电源的相关要求。
34.在本具体实施例中：所述电源变换单元在本安侧将所述隔离电源模块输出的12v本安电源转换成多路电源参数可调的本安侧电源的电路包括本安侧3.3v电源转换电路、本安侧5v电源转换电路、本安侧10v电源转换电路以及基于电流限值的12v信号采集器供电电源转换电路。
35.具体的，如图3所示，所述本安侧10v电源转换电路包括ldo电源芯片u16，ldo电源芯片u16的in1引脚通过串联的二极管d5和二极管d7接入所述隔离电源模块输出的12v本安电源，ldo电源芯片u16的in1引脚通过储能电容c165接数字地，ldo电源芯片u16的in2引脚通过电容c11接数字地，ldo电源芯片u16的引脚依次通过电阻r18以及电容c11接数字地，ldo电源芯片u16的pwrgd引脚依次通过电阻r19以及电容c11接数字地，ldo电源芯片u16的imax引脚通过电阻r16接数字地，ldo电源芯片u16的imax引脚还通过电容c17接数字地，ldo电源芯片u16的egnd引脚接数字地，ldo电源芯片u16的ref/byp引脚通过电容c34接数字地，ldo电源芯片u16的gnd/adj引脚接数字地，ldo电源芯片u16的adj/sense引脚通过
电阻r46接数字地，ldo电源芯片u16的out1引脚依次通过电阻r45以及电阻r46接数字地，电阻r45两端并联有电容c41，ldo电源芯片u16的out1引脚以及out2引脚均通过电容c42接数字地，电容c42两端并联有稳压管d20，电容c42两端还并联有稳压管d22，电容c42两端还并联有相互串联的电阻r54以及发光二极管d25，ldo电源芯片u16的out1引脚以及out2引脚共同输出本安侧10v电源；所述本安侧10v电源转换电路还包括保险丝f3，保险丝f3串联在ldo电源芯片u16的in1引脚上且位于存储电容c165与电容c11之间，或保险丝f3串联在ldo电源芯片u16的out2引脚上且位于稳压管d20以及稳压管d22之前。
36.其中：
37.1)i_v_12v.exib为隔离电源模块输出的12v本安电源，其通过二极管d5和二极管d7后接入储能电容c165，此处二极管的作用是防止储能电容c165放电能量与隔离电源模块放电能量叠加，扩大输出能量峰值引起系统失去防爆功能。
38.2)保险丝f3用于保护ldo电源芯片u16及稳压管d20和稳压管d22，在流过ldo电源芯片u16及稳压管d20和稳压管d22的电流超过其最大电流值时，器件可能失效而使输出电压升高。保险丝f3的取值应不超过ldo电源芯片u16及稳压管d20和稳压管d22的最大功耗所对应电流值的2/3。
39.3)若ldo电源芯片u16采用开关电源或其额定功率值大于隔离电源模块输出功率的1.5倍，则保险丝f3可连在ldo电源芯片u16的输出端与稳压管d20/稳压管d22之间，保险丝f3则仅用于保护稳压管d20和稳压管d22。
40.4)ldo电源芯片u16的imax引脚具有电流限制功能，通过电阻r16可设定最大输出电流值，实际使用时设置电阻r16使ldo电源芯片u16的最大输出电流小于保险丝f3的限流值，可保证在外接设备短路的情况下，不会损坏保险丝f3,在故障排除后电源输出恢复正常，降低隔离板故障率。
41.5)o_v_10v.exib为所述本安侧10v电源转换电路输出的10v供电；ldo电源芯片u16的adj/sense引脚具有输出电压调整功能，通过调节电阻r45与电阻r46的比值，可设定不同的输出电压值(即可以改变o_v_10v.exib输出的电压大小)。
42.6)所述本安侧3.3v电源转换电路、所述本安侧5v电源转换电路与所述本安侧10v电源转换电路的电路结构相同。
43.7)所述本安侧10v电源转换电路的电压值及电流值可根据国四柴油机最终状态所使用的传感器进行调节，实现兼容功能。
44.所述12v信号采集器供电电源转换电路用于给所述信号采集器供电。具体的，如图4所示，所述12v信号采集器供电电源转换电路包括电源芯片u14，电源芯片u14的in1引脚接入所述隔离电源模块输出的12v本安电源，电源芯片u14的in1引脚以及in2引脚均通过电容c6接数字地，电源芯片u14的in2引脚依次通过电阻r7、电阻r254以及电阻r8连接在电源芯片u14的powerpad引脚上，电源芯片u14的uvlo引脚依次通过电阻r254以及电阻r8连接在电源芯片u14的powerpad引脚上，电源芯片u14的ovp引脚通过电阻r8连接在电源芯片u14的powerpad引脚上，电源芯片u14的mode引脚通过电阻r255连接在电源芯片u14的powerpad引脚上，电源芯片u14的rtn引脚连接在电源芯片u14的powerpad引脚上，电源芯片u14的引脚通过电阻r10接入所述主控芯片输出的故障保护信号，电源芯片u14的gnd引脚接数字地，电源芯片u14的imon引脚通过电阻r253连接在电源芯片u14的powerpad引脚上，
电源芯片u14的ilim引脚通过电阻r36连接在电源芯片u14的powerpad引脚上，电源芯片u14的dv/dt引脚通过电容c30连接在电源芯片u14的powerpad引脚上，电源芯片u14的引脚用于输出故障判定信号至所述主控芯片，电源芯片u14的引脚还用于通过电阻r55输出本安侧3.3v电源，电源芯片u14的out1引脚以及out2引脚均通过电容c40接数字地，电源芯片u14的out1引脚以及out2引脚共同输出本安侧12v电源至所述信号采集器。
45.其中：
46.1)o_v_12v.exib为所述12v信号采集器供电电源转换电路输出的12v供电，其为信号采集器供电，因信号采集器需外接传感器(非关键传感器)，不同国四柴油机所用传感器的功耗不同，因此，12v输出的电流值也不同。
47.2)12v信号采集器供电电源转换电路输出采用电子保险丝对输出电流进行限制，在故障条件(过压或过流)下，电源芯片u14的引脚输出低电平，输出信号o_s_flt.1接入主控芯片，在主控芯片检测到低电平时，主控芯片输出信号i_s_en.12v控制电源芯片u14的引脚，使芯片停止工作。
48.3)通过配置电源芯片u14的ilim引脚所接电阻r36设定最大输出电流。
49.4)通过配置电阻r7、电阻r8及电阻r254设置电源芯片u14的最大及最小工作电压，输入电压值(隔离电源模块输出的12v本安电源i_v_12v.exib)超过此范围则电源芯片u14停止工作，12v信号采集器供电电源转换电路输出为0v。
50.5)12v信号采集器供电电源转换电路的电压值及电流值可根据国四柴油机最终状态所使用的传感器功耗进行调节，实现兼容功能。
51.在本具体实施例中：所述电源变换单元在非本安侧将所述蓄电池电源转换成电源参数可调的非本安侧电源的电路包括非本安侧5v电源转换电路，非本安侧5v电源转换电路的电路结构与本安侧10v电源转换电路的电路结构相同。
52.在本具体实施例中：所述电源变换单元在非本安侧将所述蓄电池电源转换成电源参数可调的非本安侧电源的电路还包括非本安侧转速供电电源转换电路，非本安侧转速供电电源转换电路的电路结构与本安侧10v电源转换电路的电路结构相同。
53.所述关键传感器包括转速传感器；对应的，所述关键传感器信号采集及隔离单元包括频率信号采集及隔离单元。具体的，如图5所示，所述频率信号采集及隔离单元包括电阻r58、电阻r60、电容c48和施密特触发器u2a；电阻r58的一端用于接入一转速传感器的信号输出端，电阻r58的一端还通过电容c45接数字地，电阻r58的一端还通过电阻r56接入该一转速传感器的所述非本安侧转速供电电源转换电路输出的供电，电阻r58的另一端通过电阻r60接数字地，电阻r58的另一端还通过电容c48接数字地，电阻r58的另一端还接入施密特触发器u2a的输入端，施密特触发器u2a的接地端接数字地，施密特触发器u2a的电源端接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的供电，施密特触发器u2a的输出端通过电阻r62与所述主控芯片连接；所述频率信号采集及隔离单元还包括电阻r59、电阻r61、电容c49和施密特触发器u2b；电阻r59的一端用于接入另一转速传感器的信号输出端，电阻r59的一端还通过电容c46接数字地，电阻r59的一端还通过电阻r57接入该另一转速传感器的所述非本安侧转速供电电源转换电路输出的供电，电阻r59的另一端通过电阻r61接数字地，电阻r59的另一端还通过电容c49接数字地，电阻r59的另一端还接入施密特触发器u2b的输入端，施
密特触发器u2b的接地端接数字地，施密特触发器u2b的电源端接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的供电，施密特触发器u2b的输出端通过电阻r63与所述主控芯片连接；所述频率信号采集及隔离单元还包括光耦芯片u17、施密特触发器u3a和施密特触发器u3b；光耦芯片u17的a1引脚通过串联的电阻r66以及保险丝f4接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的供电，电阻r66和保险丝f4之间通过稳压管d25接数字地，电阻r66和保险丝f4之间还通过电容c167接数字地；光耦芯片u17的a2引脚通过串联的电阻r67和保险丝f5接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的供电，电阻r67和保险丝f5之间通过稳压管d26接数字地，电阻r67和保险丝f5之间还通过电容c168接数字地；光耦芯片u17的k1引脚连接施密特触发器u2a的输出端，光耦芯片u17的k2引脚连接施密特触发器u2b的输出端；光耦芯片u17的vdd引脚通过保险丝f6接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，光耦芯片u17的vdd引脚还通过电容c52接模拟地，光耦芯片u17的vdd引脚还通过稳压管d27接模拟地，光耦芯片u17的gnd引脚接模拟地，光耦芯片u17的vdd引脚与光耦芯片u17的out1引脚之间连接有电阻r68，光耦芯片u17的vdd引脚与光耦芯片u17的out2引脚之间连接有电阻r9，光耦芯片u17的out1引脚连接施密特触发器u3a的输入端，施密特触发器u3a的接地端接模拟地，施密特触发器u3a的电源端接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，光耦芯片u17的out2引脚连接施密特触发器u3b的输入端，施密特触发器u3b的接地端接模拟地，施密特触发器u3b的电源端接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，光耦芯片u17的out1引脚通过电阻r70与所述线束接口连接，光耦芯片u17的out2引脚通过电阻r71与所述线束接口连接。
54.其中：
55.1)本实施例中转速传感器包括曲轴转速传感器和凸轮转速传感器；频率信号采集及隔离单元中包含两路频率信号处理电路，一路外接曲轴转速传感器，一路外接凸轮转速传感器；i_s_crank为输入的曲轴转速传感器信号，i_s_cam为输入的凸轮转速传感器信号；i_v_3.3v.exib为本安侧3.3v电源转换电路输出的3.3v供电；i_v_5v为非本安侧5v电源转换电路输出的5v供电。
56.2)频率信号采集及隔离单元中i_v_power.crank及i_v_power.cam分别为曲轴转速传感器供电电源及凸轮转速传感器供电电源(后面统称为转速传感器)，由本安侧10v电源转换电路输出的10v供电，上拉电阻r56/电阻r57连接在转速传感器电源与转速传感器输出信号之间，提高信号的抗干扰能力。
57.3)转速传感器信号经过电阻r58、电阻r60(电阻r59、电阻r61)分压后，经过电容c48(电容c49)滤波后接入施密特触发器u2a(u2b)对信号进行整形。
58.4)保险丝f4(保险丝f5)用于保护稳压管d25(稳压管d26),限制流过稳压管的最大电流，避免稳压管故障状态下功耗超过最大值而损坏，从而导致光耦芯片u17的供电电压超限。
59.5)电阻r66、电阻r67为限流电阻，限制流过光耦芯片u17的最大电流。
60.6)通过限制光耦芯片u17的输入电压、输入电流，确保在任何故障条件下，光耦芯片u17不会因功耗超限而发热甚至点燃，以满足本质安全电路的要求。
61.7)o_s_crank.m、o_s_cam.m为转速传感器信号的隔离前信号(经分压、滤波、整形处理)，接入主控芯片进行信号采集。
62.8)输入的转速传感器信号经过分压、滤波、整形及隔离后，由光耦芯片u17输出端
接入施密特触发器u3a(u3b)，保险丝f6、稳压管d27的作用与保险丝f4、稳压管d25的作用一致，均为光耦保护器件。
63.9)o_s_crank.e、o_s_cam.e为转速传感器信号的隔离后信号(经过分压、滤波、整形及信号隔离处理)，连接至线束接口。
64.10)非本安侧转速供电电源转换电路输出电压及电流可调，可适配不同供电参数的转速传感器，输入信号的分压电路与施密特触发器配合，可接收不同幅值的转速传感器输出信号，从而达到转速传感器兼容的目的。
65.在本具体实施例中：所述关键传感器包括温度传感器；对应的，所述关键传感器信号采集及隔离单元包括温度信号采集及隔离单元。具体的，如图6所示，所述温度信号采集及隔离单元包括光隔离线性运算放大器u24和运放u7a；光隔离线性运算放大器u24的vdd1引脚通过保险丝f17接入所述本安侧5v电源转换电路输出的供电，光隔离线性运算放大器u24的vdd1引脚还通过稳压管d45接数字地，光隔离线性运算放大器u24的vdd1引脚还通过电容c75接数字地，光隔离线性运算放大器u24的vdd1引脚还依次通过保险丝f17、电阻r108以及电阻r109接数字地，温度传感器的输出端连接在电阻r108和电阻r109之间，温度传感器的输出端还通过电阻r112连接在光隔离线性运算放大器u24的vin引脚上，光隔离线性运算放大器u24的vin引脚还通过稳压管d42接数字地，光隔离线性运算放大器u24的vin引脚还通过电容c72接数字地，光隔离线性运算放大器u24的vin引脚与所述主控芯片连接，光隔离线性运算放大器u24的shdn引脚以及gnd1引脚均接数字地；光隔离线性运算放大器u24的vdd2引脚通过保险丝f20接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，光隔离线性运算放大器u24的vdd2引脚还通过电容c78接模拟地，光隔离线性运算放大器u24的vdd2引脚还通过稳压管d48接模拟地，光隔离线性运算放大器u24的gnd2引脚接模拟地，光隔离线性运算放大器u24的vo+引脚通过电阻r117连接在运放u7a的同相输入端上，光隔离线性运算放大器u24的vo-引脚通过电阻r118连接在运放u7a的反相输入端上，运放u7a的接地端接模拟地，运放u7a的电源端接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，运放u7a的同相输入端通过电阻r121接模拟地，运放u7a的反相输入端通过电阻r124连接在运放u7a的输出端上，运放u7a的反相输入端还通过电容c81连接在运放u7a的输出端上，运放u7a的输出端通过电阻r127接模拟地，运放u7a的输出端与所述线束接口连接。
66.其中：
67.1)温度传感器输出信号为电阻信号；本实施例中，温度传感器设有七个，分别为doc排气温度传感器1、doc排气温度传感器2、冷却水温度传感器、燃油温度传感器、egr冷却温度传感器1、egr冷却温度传感器2以及进气温度传感器；对应的，信号隔离板中设有七路温度信号采集及隔离单元。
68.2)i_r为输入的温度传感器信号，o_r_m连接至主控芯片，为隔离前信号；o_r_e连接至线束接口，为隔离后信号。
69.3)电阻r108与电阻r109组成分压电路，将电阻信号(温度传感器信号)转换为电压信号，可根据输入信号电阻值进行匹配，电阻r112和电容c72组成滤波电路，稳压管d42限制输入信号电压幅值。
70.4)保险丝f17/保险丝f20和稳压管d45/稳压管d48为光耦保护器件，作用与频率信号采集及隔离单元中的保险丝及稳压管一致。
71.5)u24为光隔离线性运算放大器，将输入信号进行隔离，光隔离线性运算放大器u24为单端输入差分输出隔离运放，输出端经由电阻r117、电阻r118、电阻r121、电阻r124、电容c81及运放u7a组成的减法电路，将隔离运放输出的差分信号转换为单端信号，同时可根据信号幅值范围调节电阻值以改变输出至主控芯片的信号范围。
72.6)可通过can通讯总线与柴油机控制器通讯，进行温度传感器数据标定，以实现不同温度传感器输出信号与不同柴油机控制器之间的兼容。
73.在本具体实施例中：所述关键传感器包括加速踏板传感器；对应的，所述关键传感器信号采集及隔离单元包括位置信号采集及隔离单元；具体的，如图7所示，所述位置信号采集及隔离单元包括光隔离线性运算放大器u25和运放u8a；光隔离线性运算放大器u25的vdd1引脚通过保险丝f21接入所述本安侧5v电源转换电路输出的供电，光隔离线性运算放大器u25的vdd1引脚还通过稳压管d53接数字地，光隔离线性运算放大器u25的vdd1引脚还通过电容c86接数字地，加速踏板传感器的输出端依次通过电阻r128和电阻r136连接在光隔离线性运算放大器u25的vin引脚上，电阻r128和电阻r136之间还通过电阻r132接数字地，光隔离线性运算放大器u25的vin引脚还通过稳压管d49接数字地，光隔离线性运算放大器u25的vin引脚还通过电容c82接数字地，光隔离线性运算放大器u25的vin引脚与所述主控芯片连接，光隔离线性运算放大器u25的shdn引脚以及gnd1引脚均接数字地；光隔离线性运算放大器u25的vdd2引脚通过保险丝f25接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，光隔离线性运算放大器u25的vdd2引脚还通过电容c90接模拟地，光隔离线性运算放大器u25的vdd2引脚还通过稳压管d57接模拟地，光隔离线性运算放大器u25的gnd2引脚接模拟地，光隔离线性运算放大器u25的vo+引脚通过电阻r140连接在运放u8a的同相输入端上，光隔离线性运算放大器u25的vo-引脚通过电阻r141连接在运放u8a的反相输入端上，运放u8a的接地端接模拟地，运放u8a的电源端接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，运放u8a的同相输入端通过电阻r148接模拟地，运放u8a的反相输入端通过电阻r152连接在运放u8a的输出端上，运放u8a的反相输入端还通过电容c94连接在运放u8a的输出端上，运放u8a的输出端通过电阻r156接模拟地，运放u8a的输出端与所述线束接口连接。
74.其中：
75.1)加速踏板传感器输出信号为电压信号，本实施例设有两个加速踏板传感器；对应的，信号隔离板中设有两路位置信号采集及隔离单元。
76.2)i_v为输入的速踏板传感器信号，o_v_m连接至主控芯片，为隔离前信号；o_v_e连接至线束接口，为隔离后信号。
77.3)电阻r128与电阻r132组成分压电路，可根据输入信号幅值进行匹配，电阻r136和电容c82组成滤波电路，稳压管d49限制输入信号电压幅值。
78.4)保险丝f21(保险丝f25)和稳压管d53(稳压管d57)为光耦保护器件，作用与频率信号采集及隔离单元中的保险丝及稳压管一致。
79.5)u25为光隔离线性运算放大器，将输入信号进行隔离，光隔离线性运算放大器u25为单端输入差分输出隔离运放，输出端经由电阻r140、电阻r141、电阻r148、电阻r152、电容c94及运放u8a组成的减法电路，将隔离运放输出的差分信号转换为单端信号，同时可根据信号幅值范围调节电阻值以改变输出至主控芯片的信号范围。
80.6)通过调节加速踏板传感器供电电压及输入信号电路的不同配置实现与不同柴
油机控制器的兼容性。
81.7)可通过can通讯总线与柴油机控制器通讯，进行加速踏板传感器数据标定，以实现不同加速踏板传感器输出信号与不同柴油机控制器之间的兼容。
82.在本具体实施例中：所述电源变换单元在非本安侧将所述蓄电池电源转换成电源参数可调的非本安侧电源的电路还包括非本安侧开关供电电源转换电路，非本安侧开关供电电源转换电路的电路结构与本安侧10v电源转换电路的电路结构相同。
83.所述非关键传感器包括开关传感器或/和压力传感器；对应的，所述非关键传感器信号采集及隔离单元包括开关信号采集及隔离单元或/和压力信号采集及隔离单元。具体的，如图8所示，所述开关信号采集及隔离单元包括施密特触发器u2c、光耦u32和施密特触发器u3c；施密特触发器u2c的电源端接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的供电，施密特触发器u2c的接地端接数字地，施密特触发器u2c的输入端通过电阻r190与开关传感器的信号输出端连接，施密特触发器u2c的输入端还通过电阻r192接数字地，施密特触发器u2c的输入端还通过电容c174接数字地，电阻r190与开关传感器的信号输出端连接的一端还通过电阻r188接入所述非本安侧开关供电电源转换电路输出的供电，施密特触发器u2c的输出端通过电阻r195与所述主控芯片连接；光耦u32的发光器阳极依次通过电阻r194以及保险丝f35接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的供电，电阻r194和保险丝f35之间通过稳压管d70接数字地，电阻r194和保险丝f35之间还通过电容c169接数字地，光耦u32的发光器阴极与施密特触发器u2c的输出端连接；光耦u32的受光器集电极依次通过电阻r200以及保险丝f37接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，电阻r200和保险丝f37之间通过稳压管d72接模拟地，电阻r200和保险丝f37之间通过电容c116接模拟地，施密特触发器u3c的受光器发射极接模拟地，光耦u32的受光器集电极还与施密特触发器u3c的输入端连接；施密特触发器u3c的接地端接模拟地，施密特触发器u3c的电源端接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，施密特触发器u3c的与所述线束接口连接；其中，当电阻r190处输入的开关信号为高有效时，取消焊接电阻r188；当电阻r190处输入的开关信号为低有效时，取消焊接电阻r192。
84.其中：
85.1)本实施例中，开关传感器设有四个，分别为dpf手动再生开关、pto开关、油水分离开关以及dpf被动再生开关；对应的，信号隔离板中包含四路开关信号采集及隔离单元；i_v_sw.power为开关传感器供电电源，此供电电源输出电压及电流均可调节，i_s_sw为输入的开关传感器信号，o_s_sw.m连接至主控芯片，为隔离前信号；o_s_sw.e连接至线束接口，为隔离后信号。
86.2)当输入开关传感器信号为高有效时，取消焊接电阻r188,当输入开关传感器信号为低有效时，取消焊接电阻r192。
87.3)其余器件功能与频率信号采集及隔离单元类似。
88.4)通过调节开关供电电压及输入信号电路的不同配置实现与不同柴油机控制器的兼容性。
89.在本具体实施例中：由于压力传感器输出的信号也为电压信号，所以所述压力信号采集及隔离单元的电路结构与所述位置信号采集及隔离单元的电路结构相同。具体的，压力传感器设有四个，分别为机油压力传感器、增压压力传感器、共轨管压力传感器以及压
差传感器；对应的，信号隔离板中也设有四路压力信号采集及隔离单元。
90.在本具体实施例中：所述电源变换单元在非本安侧将所述蓄电池电源转换成电源参数可调的非本安侧电源的电路还包括非本安侧继电器线圈供电电源转换电路，非本安侧继电器线圈供电电源转换电路的电路结构与本安侧10v电源转换电路的电路结构相同。
91.如图9所示，所述柴油机控制器上电控制单元包括施密特触发器u4e、施密特触发器u5e、光耦u41、mos管q5和继电器ls1；施密特触发器u4e的输入端通过电阻r249接入所述第三控制信号，施密特触发器u4e的输入端还依次通过电阻r249以及电阻r248接入所述非本安侧继电器线圈供电电源转换电路输出的供电，施密特触发器u4e的电源端接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，施密特触发器u4e的接地端接模拟地，施密特触发器u5e的输入端通过电阻r247接入所述第一控制信号，施密特触发器u5e的输入端还依次通过电阻r247以及电阻r246接数字地，施密特触发器u5e的电源端接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的供电，施密特触发器u5e的接地端接数字地，施密特触发器u5e的输出端连接在光耦u41的发光器阴极上，光耦u41的发光器阳极依次通过电阻r250以及保险丝f47接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的供电，电阻r250和保险丝f47之间通过稳压管d86接数字地，电阻r250和保险丝f47之间还通过电容c173接数字地，光耦u41的受光器发射极接模拟地，光耦u41的受光器集电极连接在mos管q5的栅极上，施密特触发器u4e的输出端通过二极管d88连接在mos管q5的栅极上，在mos管q5的栅极还依次通过电阻r251以及保险丝f48接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的供电，电阻r251和保险丝f48之间通过电容c164接模拟地，电阻r251和保险丝f48之间还通过稳压管d87接模拟地；mos管q5的源极接模拟地，mos管q5的漏极通过二极管d89接入所述非本安侧继电器线圈供电电源转换电路输出的供电，mos管q5的漏极还连接在继电器ls1线圈的一端上，继电器ls1线圈的另一端接入所述非本安侧继电器线圈供电电源转换电路输出的供电，继电器ls1触点的公共端接入所述蓄电池电源输出的供电，继电器ls1触点的常开端还通过二极管d91接模拟地，继电器ls1触点的常开端还用于输出所述柴油机控制器上电控制电源电压信号。
92.其中：
93.1)钥匙开关电源(柴油机控制器内部电路供电电源)由蓄电池电源输出的电压经过信号隔离板及线束直接与柴油机控制器相连，在外部开关接通的情况下，柴油机控制器内部电路上电。
94.2)柴油机控制器驱动电源的通断由柴油机控制器及信号隔离板共同决定。
95.3)i_v_bat为蓄电池电源输出的电压，o_v_bat为经过继电器ls1控制后通过线束接入柴油机控制器的驱动电源电压。
96.4)i_s_en.relay.ecu为柴油机控制器输出的主继电器控制信号(第三控制信号)，经电阻r249后接入施密特触发器u4e输入端，其输出端连接二极管d88，电阻r248为控制信号上拉电阻，提高柴油机控制器输出的主继电器控制信号的抗干扰能力。
97.5)i_s_en.relay.mcu为隔离板主控芯片输出的主继电器控制信号(第一控制信号)，经电阻r247后接入施密特触发器u5e输入端，其输出端与光耦接收侧连接，电阻r250为光耦u41接收侧发光二极管的限流电阻。电阻r246为主控芯片输出的主继电器控制信号的下拉电阻，在主控芯片初始化器件确保主继电器不被打开。
98.6)光耦u41输出端与mos管q5栅极连接，mos管q5的驱动电源由隔离板5v电源经保
险丝f48限流，稳压管d87稳压后提供，电阻r251为mos管q5栅极限流电阻。
99.7)i_v_relay为非本安侧继电器线圈供电电源转换电路提供的继电器ls1线圈供电电源，二极管d89、d91均为续流二极管。
100.8)此上电控制电路可根据主控芯片的控制策略打开、关闭继电器ls1，接通、断开柴油机控制器的驱动电源，从而控制柴油机启停。
101.9)此上电控制电路也可根据柴油机控制器输出的控制信号打开、关闭继电器ls1，接通、断开柴油机控制器的驱动电源，从而控制柴油机启停。
102.10)增加隔离板端主继电器控制电路，可适配不同的柴油机控制器驱动电源上电流程。
103.在本具体实施例中：本发明一种兼容性矿用防爆柴油机电控装置还包括can通讯信号隔离单元和本安型can通讯单元；
104.所述can通讯信号隔离单元用于从所述线束接口处获取所述柴油机控制器输出的can信号，并对所述can信号进行电平转换以及信号隔离处理，且生成can数据；
105.所述主控芯片还用于对所述can通讯信号隔离单元生成的can数据进行解析，得到can解析数据；
106.所述本安型can通讯单元用于将所述控芯片生成的can解析数据传输至外部设备，如显示器、标定电脑等。
107.具体的，如图10所示，所述can通讯信号隔离单元包括can接口芯片u36、施密特触发器u4a、施密特触发器u4d、光耦u42、施密特触发器u5a和施密特触发器u5b；can接口芯片u36的rm引脚接入所述非本安侧5v电源转换电路输出的5v供电，can接口芯片u36的canl引脚依次通过电感l7、电阻r216以及电容c126接模拟地，can接口芯片u36的canh引脚依次通过电感l8、电阻r217以及电容c126接模拟地，电感l7和电阻r216之间通过线束接口与所述柴油机控制器连接，电感l8和电阻r217之间通过线束接口与所述柴油机控制器连接，电感l7和电阻r216之间还通过电容c120接模拟地，电感l7和电阻r216之间还通过反向串联的两个稳压管对接模拟地，电感l8和电阻r217之间还通过电容c122接模拟地，电感l8和电阻r217之间还通过反向串联的两个稳压管对接模拟地，can接口芯片u36的rxd引脚与施密特触发器u4a的输入端连接，can接口芯片u36的vcc引脚通过保险丝f43与光耦u42的vdda引脚连接，can接口芯片u36的inh引脚以及gnd引脚接模拟地，can接口芯片u36的txd引脚与施密特触发器u4d的输出端连接，施密特触发器u4a的电源端以及施密特触发器u4d的电源端均通过保险丝f43与光耦u42的vdda引脚连接，施密特触发器u4a的接地端以及施密特触发器u4d的接地端均接模拟地，施密特触发器u4a的输出端与光耦u42的in1引脚连接，施密特触发器u4d的输入端与光耦u42的out2引脚连接，光耦u42的vdda引脚通过稳压管d80接模拟地，光耦u42的vdda引脚通过电容c129接模拟地，光耦u42的vdda引脚与out2引脚之间连接有电阻r220，光耦u42的gnda引脚接模拟地，光耦u42的vddb引脚通过保险丝f45接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的3.3v供电，光耦u42的gndb引脚接数字地，光耦u42的out1引脚与施密特触发器u5a的输入端连接，光耦u42的in2引脚与施密特触发器u5b的输出端连接，光耦u42的vddb引脚与out1引脚之间连接有电阻r222，光耦u42的vddb引脚还通过电容c131接数字地，光耦u42的vddb引脚还通过稳压管d82接数字地，施密特触发器u5a的电源端以及施密特触发器u5b的电源端均接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的3.3v供电，施
密特触发器u5a的接地端以及施密特触发器u5b的接地端均接数字地，施密特触发器u5a的输出端通过电阻r224与所述主控芯片连接，施密特触发器u5a的输出端还通过电容c136接数字地，施密特触发器u5b的输入端通过电阻r225与所述主控芯片连接，施密特触发器u5b的输入端还通过电容c133接数字地。
108.其中：
109.1)信号隔离板上包含2路can通讯信号隔离单元。
110.2)此部分电路主要是实现can通讯电平转换及隔离功能，将柴油机控制器输出的can信号转换成主控芯片能识别的ttl或cmos电平，并提供滤波及esd保护功能。
111.3)b_f_canl3、b_f_canh3通过线束接口与柴油机控制器连接，电路中u36为can接口芯片，实现电平转换功能，输出的ttl电平与施密特触发器u4a、u4d连接，进行整形及阻抗变换。
112.4)d78(两组反向串联的两个稳压管对)为esd二极管，电阻r216、电阻r217为阻抗匹配终端电阻，电感l7、电感l8为滤波器件，此三种器件有助于提高信号传输质量。
113.5)施密特触发器u4a输出端、施密特触发器u4d输入端与光耦u42连接，电阻r220为光耦u42输出端上拉电阻，提供输出电流。
114.6)信号输入与输出之间通过光耦u42进行隔离，该光耦隔离耐压可达5000v，满足煤炭行业标准要求。
115.7)施密特触发器u5a输入端、施密特触发器u5b输出端与光耦u42连接，进行阻抗变换及整形，提高信号质量。
116.8)o_f_can.rx.3、i_f_can.tx.3与主控芯片连接，识别隔离及转换后的can总线电平。
117.9)保险丝f43(保险丝f45)和稳压管d80(稳压管d82)为光耦保护器件，作用与频率信号采集及隔离单元中的保险丝及稳压管一致。
118.具体的，如图11所示，所述本安型can通讯单元包括can接口芯片u39和共模滤波器l15；共模滤波器l15一线圈的一端与外接设备的can总线连接，共模滤波器l15一线圈的一端还通过电容c156接数字地，共模滤波器l15一线圈的一端还通过反向串联的两个稳压管对接数字地，共模滤波器l15一线圈的一端还依次通过电阻r240以及电容c162接数字地；共模滤波器l15另一线圈的一端与外接设备的can总线连接，共模滤波器l15另一线圈的一端还通过电容c158接数字地，共模滤波器l15另一线圈的一端还通过反向串联的两个稳压管对接数字地，共模滤波器l15另一线圈的一端还依次通过电阻r241以及电容c162接数字地；共模滤波器l15一线圈的另一端连接在can接口芯片u39的canl引脚上，共模滤波器l15另一线圈的另一端连接在can接口芯片u39的canh引脚上，can接口芯片u39的rm引脚以及vcc引脚均接入所述本安侧3.3v电源转换电路输出的3.3v供电，can接口芯片u39的inh引脚以及gnd引脚均接数字地，can接口芯片u39的rxd引脚通过电阻r244与所述主控芯片连接，can接口芯片u39的txd引脚与所述主控芯片连接。
119.其中：
120.1)信号隔离板中包含两路本安型can通讯单元，一路用于数据标定，一路用于故障诊断。
121.2)本安型can通讯单元主要是实现can通讯电平转换功能，将主控芯片发出的数据
由ttl或cmos电平转换成can信号，并提供滤波及esd保护功能。
122.3)本安型can通讯单元中u39为can接口芯片，实现电平转换功能，o_f_can.rxo及i_f_can.txo与主控芯片连接，b_f_canl0与b_f_canh0与外接设备的can总线连接。
123.4)d84(两组反向串联的两个稳压管对)为esd二极管，电阻r240、电阻r241为阻抗匹配终端电阻，l15为共模滤波器，此三种器件有助于提高信号传输质量。
124.在本具体实施例中：
125.各种类型的传感器用于监测发动机状态及驾驶员的操作意图，其信号最终输入装置主机。本装置所用传感器中，除7个温度传感器及4个开关传感器为普通传感器外，其余传感器均为矿用本质安全型传感器。
126.执行器按照装置主机给出的动作指令进行操作，控制燃油喷射量、燃油喷射时刻、进气量等参数。装置中所用执行器，除egr阀和节气门为隔爆型结构外，其余设备均为浇封型矿用设备。
127.主控芯片采用汽车级控制芯片，采集传感器信号并进行运算，对can总线传输的数据进行解析、转发，同时根据控制策略管理柴油机控制器上电流程。
128.在隔离板上布置线束接口，连接执行器，同时通过线束将信号隔离板与柴油机控制器连接。不同的柴油机控制器，连接线束的线束接口引脚定义不同，而在信号隔离板上线束接口的引脚定义是固定的，因此，在不同柴油机控制器与信号隔离板连接时，可通过改变线束接口的引脚定义，匹配柴油机控制器与信号隔离板的信号定义。
129.信号采集器主要是为了减少装置主机安装尺寸，适配不同的车型及矿用柴油机，特将非关键型号通过采集器采集后接入装置主机。信号采集器的电源由装置主机提供12v本安电源，采用装置主机相同的电源变换模块，为非关键传感器及信号采集器内部电路供电，传感器输出电源参数可调，适配不同的传感器及柴油机控制器。
130.在本发明中：
131.1)本装置中，传感器供电电源输出电压、电流可调节，根据不同传感器采用不同的配置。不同传感器输出信号特性通过标定软件在柴油机控制器中进行标定，实现传感器兼容。
132.2)开关信号处理电路可在隔离板中进行配置，适配高、低边开关。
133.3)通讯信号通过主控芯片进行数据流解析及转发，可对不同的控制器进行标定，并将所需信息通过本安can总线传输至显示设备。
134.4)隔离后的各路传感器信号通过线束接口连接至柴油机控制器，隔离前的信号由主控芯片进行采集，二者进行校验，提高系统可靠性。
135.5)上电控制可由柴油机控制器自主设定，也可由隔离板进行控制，二者为与的关系，任一上电控制端口断电后，柴油机主控制器断电，柴油机停机(执行器停止动作)，可适配不同的柴油机控制器。
136.6)可通过改变线束接口的引脚定义，使信号隔离板匹配不同的柴油机控制器。
137.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。