一种非接触式编程器及三防设备的制作方法

1.本实用新型涉及一种编程技术，尤其涉及一种非接触式编程器。


背景技术：

2.目前绝大部分设备的软件升级方式为接触式升级，对三防要求不高的设备基本可以满足要求。但是还有部分产品属于严格的三防设备，无法破开本体进行固件升级更新。
3.当前市面上的无线升级方式主要是通过各种特定的无线传输协议，比如wifi、蓝牙、lora和zigbee等，但是通过这些方式升级除了设备本身自身带有相关的功能模块外，还需要配备相应的各种基站，成本相对的也会提高很多，同时受外部的射频环境影响比较大。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种非接触式编程器及与其配合的三防设备，使矿用的三防设备在不破坏其三防结构的情况下进行软件更新换代。
5.本实用新型非接触式编程器，包括壳体，设置在壳体内电路板，所述电路板上设有mcu，还包括：
6.接口，与mcu相连，用于从上位机接收编程信息或为编程器供电；
7.存储器，与mcu相连，用于存储编程信息；
8.人机交互模块：用于对编程器进行操作；
9.光电转换模块：用于将光信号转换为电信号，输出给mcu，或/和将mcu输出的电信号转换为光信号发送出去；
10.所述壳体上设有与光电转换模块输入或输出端对应的光室。
11.本实用新型作进一步改进，还包括与mcu相连的状态指示模块：用于指示编程器的工作状态。
12.本实用新型作进一步改进，还包括设置在壳体内的电池及电源模块，所述电源模块包括升压单元和稳压单元，所述升压单元用于将电池电压升压到5v输出，所述稳压单元设置在升压单元输出端，用于输出稳定电压。
13.本实用新型作进一步改进，所述接口为usb接口，所述电源模块还包括充电单元，所述充电单元的输入端与usb接口相连，输出端接电池输入端。
14.本实用新型作进一步改进，所述光电转换模块包括分开设置的光-电信号转换单元和电-光信号转换单元，所述光-电信号转换单元用于将接收的光信号转换为电信号，然后输出给mcu，所述电-光信号转换单元用于将mcu输出的电信号转换为光信号，输出给需要编程的设备，所述壳体上的光室包括相互隔离的接收光室和发送光室，所述接收光室与光-电信号转换单元对应设置，所述发送光室与电-光信号转换单元对应设置。
15.本实用新型作进一步改进，所述电-光信号转换单元包括三路结构相同的转换发送电路，分别用于转换发送复位信号、时钟信号和数据信号，所述转换发送电路包括电平转换电路、推挽电路和mos开关管，其中，所述电平转换电路实现3v3到5v0电平的转换，其输入
端与mcu输出端相连，电平转换电路的输出端与推挽电路输入端相连，推挽电路输出端与mos开关电路的输入端相连，所述mos开关电路控制发光二极管的开和关。
16.本实用新型作进一步改进，所述发光二极管为激光器，串接在所述mos开关管的源极。
17.本实用新型作进一步改进，所述推挽电路包括串接的npn三极管q12和pnp三极管q14，所述npn三极管q12和pnp三极管q14的基极相连，并与电平转换电路输出端相连，所述npn三极管q12的集电极接电源，pnp三极管q14的发射极接地，mos开关管的栅极接串接的npn三极管q12和pnp三极管q14之间。
18.本实用新型作进一步改进，所述电-光信号转换单元包括三路结构相同的接收转换电路，分别用于接收复位信号、时钟信号和数据信号，所述接收转换电路包括光电二极管、三极管和电阻，其中，所述光电二极管d5的一端接电源，另一端接三极管的基极，三极管的发射极接地，集电极分别与输出端和通过电阻接电源。
19.本实用新型还提供一种与所述非接触式编程器匹配的三防设备，包括壳体及设置在壳体内的第二光电转换模块及处理器，所述第二光电转换模块与所述非接触式编程器的光电转换模块对应设置，用于非接触式编程器和设备之间的通讯，所述处理器与第二光电转换模块相连，接收非接触式编程器的编程信息，并进行升级操作。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过比较简单的电信号-光信号-电信号相互转换的方式，能够实现无破坏、无接触式编程，不破坏设备的整体结构，省略了接触式编程的拆装的步骤，减小了相关工作人员的工作量，同时还延长了设备的工作寿命，预计能够带来不小的经济效益。同时，本实用新型还保留传统的编程升级方式，可以实现一台机器多种功能，一个编程器就能够给多种类型的设备编程升级。
附图说明
21.图1为本实用新型结构示意图；
22.图2为本实用新型电路板结构框图；
23.图3为一实施例mcu、按键和led指示模块结构示意图；
24.图4为电源模块电路原理图；
25.图5为电池电量检测模块电路原理图；
26.图6为flash模块电路原理图；
27.图7为电-光信号转换单元电路原理图；
28.图8为光-电信号转换单元电路原理图。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
30.如图1所示，本实用新型主要是解决矿用设备在不破坏其三防结构的情况下进行软件更新换代的难点，同时还兼顾传统的编程方式。本实用新型抛弃传统的微波，选择采用光来传输数字量，通过比较简单的电信号-光信号-电信号相互转换的方式，实现了较为可靠地实现无破坏、无接触编程升级。具体的，本例的非接触式编程器包括壳体1，在壳体内设有电路板，在壳体的一端设有与电路板相连的usb接口，另一端设有6个分别相互隔离的独
立的光室2、3，其中，本例上层的三个光室为三个光电二极管的接收室，下边三个光室作为发光二极管的发射室。本例非接触式编程器通过usb接口与上位机相连，接收编程命令及编程信息，同时，也可以通过usb接口接设备，实现传统升级方式的兼容。
31.结构上将发射单元和接收单元独立分开，每一个发射器和接收器对应独立的光室，杜绝物理上的相互干扰，抗干扰能力大大增加。
32.本例通过上层的三个光室及对应的光电二极管接收三防设备发送的光信号，通过下层的三个光室将编程信息发送给需要编程的三防设备。
33.如图2所示，本例编程器（左侧框内）的电路板上设有mcu，还包括分别与mcu相连的按键、led指示灯、光电转换模块和flash存储器。还设有光电转换模块：用于将光信号转换为电信号，输出给mcu，或/和将mcu输出的电信号转换为光信号发送给三防设备。
34.对应的，右侧的三防设备内设有第二光电转换模块及处理器，所述第二光电转换模块与所述非接触式编程器的光电转换模块对应设置，用于非接触式编程器和设备之间的通讯，所述处理器与第二光电转换模块相连，接收非接触式编程器的编程信息，并进行升级操作。
35.如图3所示，本例的mcu芯片采用st的stm32f205，负责接收pc端上下发的编程命令，同时负责整个编程器的功能的运作和调度。
36.本例壳体上设有按键s1和指示灯d7、d8，分别与mcu相连，通过按键s1，用于对编程器进行操作，通过指示灯d7、d8可以知道编程器的工作状态，比如，编程器电量不足时，其中一个指示灯连续闪烁，比如，传输数据时，另外一个指示灯一直亮灯等等。
37.按键的功能可以编辑，长按5秒按键实现开机功能，开机完成后则是离线编程的功能键，分别是地址确认和下载开始，程序上设置两次短按时间间隔不超过两秒，即认为属于同一次变成烧录过程。
38.如图4所示，本例的壳体1内还设有电池，及电源模块，编程器有两种供电方式，usb供电和自带电池供电。当用到离线编程功能时，编程器由电池供电，电路板上自带升压电路，通过升压芯片u3将电池电压升到所需的电压。当插入usb的时候，则由usb供电。同时编程器电路板上海还设有稳压电路，带有一个ldo线性稳压芯片u2，将电平转化为mcu工作电平和外设的电平。
39.本例还设有充电模块，所述电源模块还包括充电单元，所述充电单元的输入端与usb接口相连，输出端接电池输入端。
40.如图5所示，本例编程器内部还设有电量检测模块，自带电池电量检测功能，在电池电量低的时候，可以通过led灯的闪烁来提醒用户充电或者使用在线编程功能。
41.本例为了节能，mcu使能脚adc_en每隔设定时间，发出电平信号，使三极管q15导通，mos管的栅极为低电平，mos管导通，从而使bat_adc脚采集电池电量信息，间隔设定时间导通采集一次，其他时间休眠，从而节约电池电能。
42.如图6所示，本例带有外部flash存储器，可以预先通过pc将程序存储在flash中，在没有pc的时候，通过编程器本身的电池供电，可以实现离线编程。
43.如图7和图8所示，本例的光电转换模块包括分开设置的光-电信号转换单元和电-光信号转换单元，所述光-电信号转换单元用于将接收的光信号转换为电信号，然后输出给mcu，所述电-光信号转换单元用于将mcu输出的电信号转换为光信号，输出给需要编程的设
备，所述壳体上的光室包括相互隔离的接收光室和发送光室，所述接收光室与光-电信号转换单元对应设置，所述发送光室与电-光信号转换单元对应设置。
44.本例电-光信号转换单元包括三路结构相同的转换发送电路，分别用于转换发送复位信号、时钟信号和数据信号，所述转换发送电路包括电平转换电路、推挽电路和mos开关管，其中，所述电平转换电路由一个npn三极管来实现3v3到5v0电平的转换，主要目的是让mos管能够工作在完全导通区,如果mos管工作在可变电阻区，将会对增大误码率，降低通信的成功率。其输入端与mcu输出端相连，电平转换电路的输出端与推挽电路输入端相连，推挽电路输出端与mos开关电路的输入端相连，所述mos开关电路控制发光二极管的开和关。
45.所述发光二极管为激光器，串接在所述mos开关管的源极。
46.本实用新型作进一步改进，所述推挽电路包括串接的npn三极管q12和pnp三极管q14，所述npn三极管q12和pnp三极管q14的基极相连，并与电平转换电路输出端相连，所述npn三极管q12的集电极接电源，pnp三极管q14的发射极接地，mos开关管的栅极接串接的npn三极管q12和pnp三极管q14之间。
47.npn和pnp管组成的推挽电路是为了加快mos管的开关速度，增大电路的驱动能力，让mos管更快导通关断，提高数据传输的速率。mos管过电流能力比较强，在电路中是作为开关使用，用于控制激光器的亮灭，是实现电-光转换的关键元器件。
48.本例的电-光信号转换单元包括三路结构相同的接收转换电路，分别用于接收复位信号、时钟信号和数据信号，所述接收转换电路包括光电二极管、三极管和电阻，其中，所述光电二极管d5的一端接电源，另一端接三极管的基极，三极管的发射极接地，集电极分别与输出端和通过电阻接电源。
49.本例选择采用光来传输数字量，需要考虑的因素有抗干扰能力、响应速度、转换速度和效率以及线性度等。针对传统的光电转换存在转换速度不够快、发射功率不足和光信号线性度不足的问题，本实用新型在电路设计和元器件的选型上做了优化。首先在器件选型上，摒弃性能比较差的红外光发射器。本例的发光二极管优选采用方向性好、单色性好、优异的相干性和发射功率高的激光发射器。传统的小型激光器工作电压在3.3v，勉强达到激光发射器的饱和电流。本例使用的激光器工作电压在5.0v，在达到饱和电流的情况下，最大限度的增大了激光的光强，即增大了发射功率。通过改善调整驱动电路，使用推挽电路来驱动激光发射器，大大提高了mos管的开关速度，进而提高电信号转化为光信号的速度和效率。同时针对线性度上做了对应的优化，首先激光传输具有优异的相干性，不易受到其他光的干扰，给信号传输带来很好的线性度。
50.每一个发射器和接收器对应独立的光室，杜绝物理上的相互干扰。对于接收端响应速度问题，本实用新型选择灵敏度较好的光电二极管，使光信号转化为电信号的速度大大提升，同时，接收放大部分采用集电极输出电路形式，非常适合脉冲入射光转换，提高编程的成功率。同时鉴于非接触升级的局限性，不能实现全双工通信，编程器和三防设备端都需要具备发射和接收两个模块电路，用以负责编程过程中的确认和握手。发射模块即激光器驱动部分，将电信号转化成光信号；接收模块即光电二极管接收放大电路，将光信号转化成电信号。
51.当然，本例的光源除了采用激光外，还可以采用紫外光、可见光等其他光源。激光
的效果最好，抗干扰能力强。
52.本例pc端下达编程命令后，通过usb口将数据流传到编程器，然后stm32f205芯片将的数据转换成对应的格式输出，比如不同强度、不同时长的脉冲信号，经过一个电-光转换电路后，脉冲信号被转化成光信号，用光信号来代替传统的烧录线的电信号传输数据。
53.被编程的三防设备接收激光信号的元件也是三个超高灵敏度的光电二极管。接收原理如下：
54.三个光电二极管分别接收复位信号rst、时钟信号clk和数据信号tms，光电二极管接收到激光信号后，光信号转化成电信号，再经过一个放大电路之后，将信号输入到处理器中进行处理，进行接下来的编程烧录工作。同时，设备自身也携带激光驱动电路，用以给编程器回复确认信号。
55.相比于传统的接触式编程，本实用新型最大的优点就是能够实现无破坏、无接触式编程，不破坏设备的整体结构，省略了接触式编程的拆装的步骤，减小了相关工作人员的工作量，同时还延长了设备的工作寿命，预计能够带来不小的经济效益。同时，本实用新型还保留传统的编程升级方式，可以实现一台机器多种功能，一个编程器就能够给多种类型的设备编程升级。
56.以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。