本实用新型涉及一种USB触摸屏控制器。
背景技术：
爆炸性环境中带触摸屏的电气设备,其触摸屏的安装位置一般在电气设备外壳,当设备正常运行或出现故障时触摸屏控制器可能成为点燃源,导致发生安全事故，而现有USB触摸屏控制器没有专门设计安全栅。因此，为了避免此类安全事故的发生，有必要设计一种带安全栅的USB触摸屏控制器，对触摸屏控制器的输出能量进行限制，使其在爆炸性环境中不能成为点燃源。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种USB触摸屏控制器，解决爆炸性环境中带触摸屏的电气设备成为点燃源的问题，所用到的元器件数量少，集成度高、可靠性高。
本实用新型的技术解决方案是：
一种USB触摸屏控制器，包括USB隔离芯片、二极管安全栅电路和触摸屏控制电路；外部USB接口连接USB隔离芯片，USB隔离芯片连接二极管安全栅电路的输入端，二极管安全栅电路的输出端连接触摸屏控制控制电路；触摸屏控制控制电路还与触摸屏相连。
所述USB隔离芯片采用LTM2884，该芯片内部已集成隔离电源，所需的外围元器件非常少，输入输出隔离电压可达交流有效值2500V。
所述二极管安全栅电路包括第一、第二和第三保护电路；
第一、第二和第三保护电路的结构相同；各包括一个依次相连的熔断器、稳压电路和限流电阻；所述稳压电路包括两个相互并联的齐纳二极管；齐纳二极管的正极接地；负极接于熔断器和限流电阻相接的一端；
第一、第二和第三保护电路中，熔断器的另一端分别连接USB隔离芯片的供电线、负信号线、正信号线；
第一、第二和第三保护电路中，限流电阻的另一端分别连接触摸屏控制电路的电源端、负信号端、正信号端。
所述触摸屏控制电路包括单片机与IO驱动电路；
所述单片机为自带USB从机接口的C8051单片机；
所述触摸屏为四线电阻是式触摸屏；
所述IO驱动电路包括3个SI 1555DL芯片，SI 1555DL芯片中包括1个P沟道MOS管和1个N沟道MOS管；
第一个SI 1555DL芯片中的P沟道MOS管栅极连接C8051单片机的IO口，源极连接电源，漏极连接触摸屏的接口X+；N沟道MOS管栅极连接C8051单片机的IO口，源极连接地，漏极连接触摸屏的接口Y-；
第二个SI 1555DL芯片中的P沟道MOS管栅极连接C8051单片机的IO口并连接10K上拉电阻到电源，源极连接电源，漏极连接触摸屏的接口Y+；N沟道MOS管栅极连接C8051单片机的IO口并连接10K下拉电阻到地，源极连接地，漏极连接触摸屏的接口Y+；
第三个SI 1555DL芯片中的P沟道MOS管栅极连接C8051单片机的IO口并连接10K上拉电阻到电源，源极连接电源，漏极连接触摸屏的接口X-；N沟道MOS管栅极连接C8051单片机的IO口并连接10K下拉电阻到地，源极接地，漏极接触摸屏的接口X-。
二极管安全栅电路分别对USB隔离芯片输出的USB供电、信号负、信号正进行限流和限压，其中USB供电被限制为电压不超过6.8V，电流不超过200mA，信号负和信号正被限制为电压不超过6.8V，电流不超过50mA。限流电阻的封装形式采用绕线功率电阻，具有断线时防松脱措施,其故障模式仅出现开路故障。熔断器的时间-电流特性不超过被保护元器件的瞬态额定值。USB供电限流电阻额定功率为5W，信号负和信号正限流电阻额定功率为1W，降额因子分别为0.16和0.25。
C8051单片机自带USB从机接口，可直接连接二极管安全栅电路的输出,C8051的外围电容总容量不超过21uF,远小于本安电路要求的允许电容值。
本实用新型的供电电源直接来源于外部USB接口，USB隔离芯片、二极管安全栅电路和触摸屏控制电路由外部USB接口供电。当用于电气设备时，将电气设备的USB接口通过连接器连接USB隔离芯片，触摸屏控制电路通过连接器连接电气设备的触摸屏。
所述第一保护电路中，熔断器的额定电流为200mA，齐纳二极管的额定电压/功率为6.8V/5W，限流电阻的额定电阻/功率为20Ω/5W；
所述第二保护电路中，熔断器的额定电流为50mA，齐纳二极管的额定电压/功率为6.8V/5W，限流电阻的额定电阻/功率为100Ω/1W；
所述第三保护电路中，熔断器的额定电流为50mA，齐纳二极管的额定电压/功率为6.8V/5W，限流电阻的额定电阻/功率为100Ω/1W。
本实用新型所有元器件集成于印制板上；印制板采用厚度1.6mm的双面印制板，印制线厚度为35um，最小宽度为0.5mm，印制线电流值均不超过0.25A。为了降低器件安装高度，将限流电阻和熔断器底下的印制板挖空，使限流电阻和熔断器的安装高度降低了10mm。印制板的上的印制线的温度组别满足T6的要求。
本实用新型用到的元器件数量少，可靠性高，所使用的元器件均为工业级，能满足-40℃～+80℃的工作温度。
有益效果：
本实用新型通过隔离和限制电流、电压，能将触摸屏控制器的输出能量限制在安全范围值内。使用本实用新型后，本实用新型将带触摸屏的电气设备内部或暴露于潜在爆炸性环境的连接导线可能产生的电火花或热效应能量限制在不能产生点燃的水平。本实用新型适用于爆炸性环境中带触摸屏的ⅡB类防爆电气设备，温度组别T4，安全级别满足Gb级要求。
本实用新型可直接从外部USB接口取电，USB隔离芯片自带隔离电源，单片机自带USB接口；不需要额外的供电电源、隔离电源和USB接口芯片；
本实用新型所使用的元器件数量少、集成度高，可靠性高。
附图说明
图1为本实用新型原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对实用新型做进一步说明。
如图1所示，本实用新型公开了一种USB触摸屏控制器，包括USB隔离芯片、二极管安全栅电路和触摸屏控制电路；外部USB接口连接USB隔离芯片，USB隔离芯片连接二极管安全栅电路的输入端，二极管安全栅电路的输出端连接触摸屏控制控制电路。
所述USB隔离芯片采用LTM2884，提供USB信号电气隔离功能。该芯片内部已集成隔离电源，靠近隔离电源的输出端外部连接一个100uF的电解电容用于去耦。SPNDPWR通过J3连接GND1以使能芯片内部DC/DC电源输出。ON直接连接到VLO以使能芯片的电源及数据通信功能。VLO为芯片内部3.3V整流输出引脚。D1-连接上行USB信号负，并通过内部1.5k电阻上拉，D1-连接上行USB信号负，并通过内部1.5k电阻上拉，D1+连接上行USB信号正，并通过内部1.5k电阻上拉，D2-连接下行USB信号负，并通过内部15k电阻下拉，D2+连接下行USB信号正，并通过内部15k电阻下拉。下行USB信号连接二极管安全栅电路的输入端。
二极管安全栅电路包括第一、第二和第三保护电路；第一、第二和第三保护电路均由熔断器、齐纳二极管、限流电阻组成，提供限流和限压功能。第一保护电路，即USB供电分别串联200mA的熔断器F1，再并联6.8V/5W的齐纳二极管D1-1和D2-1，然后串联20Ω/5W的限流电阻R1-1。第二保护电路，即USB信号负串联50mA的熔断器F2，再并联6.8V/5W的齐纳二极管D3-1和D4-1，然后串联100Ω/1W的限流电阻R2-1。第三保护电路，即USB信号正串联50mA的熔断器F3，再并联6.8V/5W的齐纳二极管D5-1和D6-1，然后串联100Ω/1W的限流电阻R3-1。二极管安全栅电路的输出端连接C8051单片机的USB接口及电源输入引脚。
触摸屏控制电路由单片机C8051和3个SI 1555DL双MOS管芯片组成，完成读取触摸屏信息以及发送信息至USB主机的功能，SI 1555DL用于提高C8051的IO口驱动能力。
USB触摸屏控制安全栅的供电电源直接来源于USB接口。
物理指标：
板卡尺寸：117mm×85.6mm×1.6mm(长度×宽度×厚度)。
工作温度：-40℃～+80℃。