[發明專利]具有USB接口的紅外防爆手操器

有效

• 申請號: 201410117551.6
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103901801A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 李向陽;潘亮平;黃恩配
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及一種手操器，尤其是一種具有USB接口的紅外防爆手操器，屬于自動化儀表的手操技術領域。

背景技術

手操器是自動化儀表的一個手動操作單元，主要用于與不帶手動參數設置的儀表配合使用，實現儀表數據的讀取和功能參數的配置。手操器與自動化儀表的通信方式有有線方式和無線方式，工業儀表最常用的有線手操器是HART手操器，但是它不僅需要線纜連接，而且價格較貴；無線通信方式有紅外和RF方式，紅外通信雖然硬件成本低，但是IrDA通信協議復雜，占用單片機資源較多。

對于易燃易爆環境中下使用的手操器來說，需要進行防爆設計，現有手操器雖然進行了防爆處理，但是還存在傳統按鍵在操作時易產生火花等安全隱患。隨著USB通信接口的普及和流行，要求手操器具有USB接口，并具有充電功能；還要求手操器具有友好的人機界面、與自動化儀表連接能采用可靠和廉價的紅外通信方式。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種結構簡單、通信方式可靠和廉價，而且安全性高的具有USB接口的紅外防爆手操器。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

具有USB接口的紅外防爆手操器，其特征在于：包括單片機、數據存儲器、USB接口與供電電路、Modbus／IrPHY通信電路以及用于實現人機界面的電容觸摸按鍵電路和LCD顯示電路，所述USB接口與供電電路、Modbus／IrPHY通信電路、電容觸摸按鍵電路和LCD顯示電路分別與單片機相連，所述單片機、數據存儲器及外圍電路組成單片機與數據存儲模塊。

作為一種優選方案，所述USB接口與供電電路包括USB接口插座、ESD保護電路、電壓轉換與充電控制電路、LED充電指示電路以及鋰電池，所述USB接口插座的USB導線經過ESD保護電路后，該USB導線的信號線通過匹配電阻連接單片機的USB_DM引腳和USB_DP引腳，該USB導線的電源線連接電壓轉換與充電控制電路，所述電壓轉換與充電控制電路分為兩路，一路為DC／DC轉換電路，另一路為充電控制電路，所述充電控制電路的輸出作為鋰電池的充電電壓，所述DC／DC轉換電路的輸出與鋰電池的輸出通過二極管連接VDD，所述LED充電指示電路連接電壓轉換與充電控制電路。

作為一種優選方案，所述電壓轉換與充電控制電路采用LTC4098-3.6芯片。

作為一種優選方案，所述鋰電池采用磷酸鐵鋰電池，其電池容量為200mAh，電池包中有NTC溫敏電阻，電池的輸出端設有自恢復保險絲。

作為一種優選方案，所述Modbus／IrPHY通信電路由單片機片上外設UART、IrDA收發器及相關電路組成，所述UART與IrDA收發器連接。

作為一種優選方案，所述IrDA收發器采用TFDU4101收發器。

作為一種優選方案，所述電容觸摸按鍵電路包括10個電容觸摸按鍵，所述每個電容觸摸按鍵分別與單片機的I/O端口連接。

作為一種優選方案，所述每個電容觸摸按鍵采用PCB板上10mm直徑的圓形焊盤，表面涂覆0.5mm厚的有機薄膜，所述圓形焊盤的外圍間隔分布有0.5mm屏蔽層。

作為一種優選方案，所述LCD顯示電路由128×64黑白LCD顯示屏LM6059BCW及相關電路組成，該LCD顯示屏帶有LED背光，與單片機的I／O端口連接。

作為一種優選方案，所述單片機采用STM32系列的STM32L151VBT6芯片，所述數據存儲器采用Flash存儲器AT25DF041A。

本發明相對于現有技術具有如下的有益效果：

1、本發明手操器采用與手機相似的人機界面，人機界面上有電容觸摸按鍵和LCD顯示屏，便于用戶操作，其中電容觸摸按鍵可以消除普通機械按鍵在按鍵過程中產生火花的可能性，同時由于電容觸摸按鍵在PCB板上制作完成，不需要機械按鍵的活動空間，可以實現電路的完全澆封。

2、本發明手操器中的Modbus／IrPHY通信電路采用IrPHY物理層和Modbus應用層相結合的通信協議，以實現與自動化儀表(如變送器等)的通信，簡化了紅外通信協議。

3、本發明手操器具有USB接口，既可以通過USB接口與PC機之間進行通信，也可以通過USB接口對鋰電池充電，同時由于鋰電池采用磷酸鐵鋰電池，可以實現溫度過高或過低的充電保護以及過流保護。

4、本發明手操器的內部電路均為低功耗和本質安全設計，具有防爆(本質安全+隔爆)功能，提高了安全性和待機時間。

附圖說明

圖1為本發明手操器的結構原理圖。