一种隔离型分离式矿用电磁阀驱动器的制作方法

1.本发明涉及一种隔离型分离式矿用电磁阀驱动器。


背景技术：

2.随着采掘工作面的智能化发展，工作面智能化设备越来越多，系统也更加复杂，系统各个设备之间也更容易被干扰，急需研制一种抗干扰性强，信号传输稳定的驱动器。驱动器在使用工程中驱动小线连接电磁阀，非常容易损坏，市面现有的驱动器，都采用一体式设计，在维修过程中更换驱动小线难度非常大。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种mcu控制板与接口板之间使用2.54mm双排插针、插座对插，接口板上xh-3a连接器与驱动小线进行对插。当需要更换驱动小线时，可以直接更换与xh对插的线缆，维护简单、使用方便的的隔离型分离式矿用电磁阀驱动器。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种隔离型分离式矿用电磁阀驱动器，包括mcu主控芯片、电源监测单元、dcdc降压单元、skk24连接器、隔离rs485单元、led状态指示单元、多个spi低边开关单元、2.54mm双排插针、2.54mm双排插座和xh插座；mcu主控芯片分别连接电源监测单元、dcdc降压单元、隔离rs485单元、led状态指示单元和多个spi低边开关单元，spi低边开关单元与2.54mm双排插针连接，2.54mm双排插针与2.54mm双排插座对插，2.54mm双排插座与xh插座连接，xh插座通过驱动小线与电磁阀接口板上的xh-3a连接器进行对插；skk24连接器分别与隔离rs485单元和电源监测单元相连，电源监测单元连接dcdc降压单元。
5.所述mcu主控芯片采用gd32f303cct6，mcu主控芯片使用8mhz外部晶振，与spi低边开关单元之间使用spi总线进行通信。
6.所述隔离rs485单元选用tda51s485hc作为接口芯片，接口芯片的1脚连接3.3v电压输入端，2脚接地，1脚和2脚之间并接电容c18和c19，3脚串接电阻r51后连接到mcu主控芯片的pb11/usart2_rx信号端，4脚和5脚连接mcu主控芯片的pa11信号端，6脚串接电阻r52后连接到mcu主控芯片的pb10/usat2_tx信号端，7脚、8脚、9脚和10脚均接地，12脚串接电阻r60后接到rs485b1信号线，13脚串接电阻r59后接到rs485a1信号线，15脚接地，16脚连接隔离电源viso1端口，15脚与16脚之间并接电容c20和c21；
7.电阻r59与rs485a1信号线之间并接二极管d7和电阻r55，二极管d7和电阻r55的另一端接地；电阻r60与rs485b1信号线之间并接二极管d8，二极管d8的另一端接地；rs485a1信号线和rs485b1信号线之间跨接电阻r53；rs485a1信号线还通过电阻r50与隔离电源viso1端口连接。
8.所述dcdc降压单元选用rychip公司的dcdc降压芯片ry8411；ry8411的5脚连接12v输入电压，4脚串接电阻r22后连接12v输入电压；12v输入电压的输入接口处并联电容c9和
c10，电容c9和c10的另一端接地；
9.ry8411的1脚与6脚之间跨接电容c5，6脚串接电感l1和电阻r15后输出3.3v电压；ry8411的2脚接地；ry8411的3脚分别连接电阻r19和电容c6的一端，电阻r19和电容c6的另一端跨接在电感l1和电阻r15之间，电阻r19与3脚连接的一端串接电阻r23后接地；电感l1和电阻r15之间并接电容c7和c8，电容c7和c8的另一端接地；电感l1和电阻r15之间连接有电阻r20和r24，电阻r20和r24串接，电阻r20的另一端接在电感l1和电阻r15之间，r24的另一端接地，电阻r20和r24的串联接口处连接muc主控芯片的pa2信号端。
10.所述电源监测单元由p沟道mosfet ao3401a和npn三极管s8050lt1构成开关电路，mcu主控芯片的pb0信号控制电磁阀的12vdc信号通断，采用max4372teuk t芯片作为检测放大器；
11.p沟道mosfet的源极连接12vdc信号，漏极连接电流检测放大器的4脚，源极与漏极之间跨接二极管d4，栅极与npn三极管的集电极相连；npn三极管的发射极接地，基极通过电阻r9连接mcu主控芯片的pb0信号，集电极通过电阻r7连接12vdc信号，基极与发射极之间跨接电阻r11；
12.检测放大器的4脚和5脚之间跨接电阻r2，电阻r2与检测放大器构成12vdc回路电流监测电路，r2为电流检测电阻，检测放大器将r2上电压信号放大后通过2脚送给mcu主控芯片。
13.所述spi低边开关单元使用集成低边开关mc33879来实现，mc33879的1脚接地，2脚接3.3vdd输入，3、6、10、13脚均接地；5脚接dcf8，7脚接dcf2，11脚接dcf1，12脚接dcf6，14脚串接电阻r4后接地，15脚串接电阻r6后练级vcc3.3v输入，16脚接sp10_sck，17脚接sp10_mosi，18脚接mcu主控芯片的pb15信号，19脚串接电阻r5后接地，20、23、27、29脚均接地，21脚接dcf15，22脚接dcf3，26脚接dcf4，28脚接dcf7，31脚输出12v电压，32脚接sp10_mosi；33脚通过电容c1接3.3vdd输入，同时33脚还接地。
14.led状态指示单元包括四个并联的发光二极管d39、d40、d41、d42，四个二极管均接3.3vdd输入；二极管d39为红色led灯，串接电阻d35后接地；二极管d40为翠绿led灯，串接电阻r37后连接mcu主控芯片的pb6信号；二极管d41为翠绿二极管，串接电阻r44后连接mcu主控芯片的pb5信号；二极管d42为红色二极管，串接电阻r45后连接mcu主控芯片的pb3信号。
15.本发明的有益效果是：
16.1、本发明使用隔离型rs485进行通信，隔离rs485单元选用tda51s485hc作为接口芯片，具有高电磁抗扰度和低辐射特性，有高绝缘能力；能防止数据总线或其他电路上的噪声和浪涌进入本地接地端，从而干扰或损坏敏感电路；能承受可达6kv(hbm)及
±
15kv(接触放电)；有高效隔离电源和过载和短路保护能力；
17.2、mcu控制板与接口板之间使用2.54mm双排插针、插座对插，接口板上xh-3a连接器与驱动小线进行对插。当需要更换驱动小线时，可以直接更换与xh对插的线缆，产品整体设计简单，美观，维修更换简单，电磁阀驱动器更实用。
附图说明
18.图1为本发明的隔离型分离式矿用电磁阀驱动器的模块图；
19.图2为本发明的隔离型分离式矿用电磁阀驱动器系统连接示意图；
20.图3为skk24连接器的点位图；
21.图4为mcu主控芯片电路图；
22.图5为隔离rs485单元电路图；
23.图6为dcdc降压单元电路图；
24.图7为电源监测单元电路图；
25.图8为spi低边开关单元电路图；
26.图9为led状态指示单元电路图；
27.图10为双排插针、插座电路图。
具体实施方式
28.下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
29.如图1所示，本发明的一种隔离型分离式矿用电磁阀驱动器，包括mcu主控芯片、电源监测单元、dcdc降压单元、skk24连接器、隔离rs485单元、led状态指示单元、多个spi低边开关单元、2.54mm双排插针、2.54mm双排插座和xh插座；mcu主控芯片分别连接电源监测单元、dcdc降压单元、隔离rs485单元、led状态指示单元和多个spi低边开关单元，spi低边开关单元与2.54mm双排插针连接，2.54mm双排插针与2.54mm双排插座对插，2.54mm双排插座与xh插座连接，xh插座通过驱动小线与电磁阀接口板上的xh-3a连接器进行对插；skk24连接器分别与隔离rs485单元和电源监测单元相连，电源监测单元连接dcdc降压单元，电磁阀驱动器与支架控制器的通信接口连接器选用4芯插座skk24连接器，其系统结构如图2所示；skk24连接器点位如图3所示，接口代号为x1、x2。
30.mcu主控芯片主要完成串口通信、电压电流信号监测、spi通信、led控制等功能，本发明的mcu主控芯片采用gd32f303cct6，gd32f303cct6是基于-m4处理器的32位通用微控制器，其电路如图4所示。处理器包括三条ahb总线分别称为i-code总线、d-code总线和系统总线。该处理器是一个具有低中断延迟时间和低成本调试特性的32位处理器。高集成度和增强的特性使-m4处理器适合于那些需要高性能和低功耗微控制器的市场领域。该处理器包含256kb片上flash、48kb sram。含有usart、spi、adc、gpio等接口，满足使用需求。mcu主控芯片使用8mhz外部晶振，留有swd调试接口(j4)和usart通信接口(j3)，与spi低边开关单元之间使用spi总线进行通信，mcu主控芯片的其余外围上下拉电阻和滤波电容均采用常规的连接方式，此处不再赘述。
31.所述隔离rs485单元选用tda51s485hc(u9)作为接口芯片，具有高电磁抗扰度和低辐射特性，有高绝缘能力；能防止数据总线或其他电路上的噪声和浪涌进入本地接地端，从而干扰或损坏敏感电路；能承受可达6kv(hbm)及
±
15kv(接触放电)；有高效隔离电源和过载和短路保护能力，隔离耐压高达5000vrms。其电路如图5所示，接口芯片的1脚连接3.3v电压输入端，2脚接地，1脚和2脚之间并接电容c18(10uf)和c19(100nf)，3脚串接电阻r51(22ω)后连接到mcu主控芯片的pb11/usart2_rx信号端，4脚和5脚连接mcu主控芯片的pa11信号端，6脚串接电阻r52(22ω)后连接到mcu主控芯片的pb10/usat2_tx信号端，7脚、8脚、9脚和10脚均接地，12脚串接电阻r60(22ω)后接到rs485b1信号线，13脚串接电阻r59(22ω)后接到rs485a1信号线，15脚接地，16脚连接隔离电源viso1端口，15脚与16脚之间并接电容c20(100nf)和c21(10uf)；
32.电阻r59与rs485a1信号线之间并接二极管d7(smaj12ca/tr13)和电阻r55(1kω)，二极管d7和电阻r55的另一端接地；电阻r60与rs485b1信号线之间并接二极管d8(smaj12ca/tr13)，二极管d8的另一端接地；rs485a1信号线和rs485b1信号线之间跨接电阻r53(120ω)；rs485a1信号线还通过电阻r50与隔离电源viso1端口连接。
33.外部电源输入电压为12v，内部mcu及其他单元电路工作电压为3.3v，综合评估板上个芯片模块的电压、功耗、效率，dcdc降压单元选用rychip公司的dcdc降压芯片ry8411(u5)；该芯片输入电压范围在4-38v，开关频率达800khz，dcdc电源电路如图6所示。ry8411的5脚连接12v输入电压，4脚串接电阻r22(100kω)后连接12v输入电压；12v输入电压的输入接口处并联电容c9(10uf)和c10(100nf)，电容c9和c10的另一端接地；
34.ry8411的1脚与6脚之间跨接电容c5(100nf)，6脚串接电感l1(mwsa0603s-6r8mt)和电阻r15后输出3.3v电压；ry8411的2脚接地；ry8411的3脚分别连接电阻r19(150kω)和电容c6(82pf)的一端，电阻r19和电容c6的另一端跨接在电感l1和电阻r15之间，电阻r19与3脚连接的一端串接电阻r23后接地；电感l1和电阻r15之间并接电容c7(22uf)和c8(22uf)，电容c7和c8的另一端接地；电感l1和电阻r15之间连接有电阻r20(10kω)和r24(100kω)，电阻r20和r24串接，电阻r20的另一端接在电感l1和电阻r15之间，r24的另一端接地，电阻r20和r24的串联接口处连接muc主控芯片的pa2信号端。
35.输出电压由反馈电阻r19、r23设定：vfb＝0.8v，可计算得出vout＝0.8*(150 47)/47≈3.35v。
36.功率电感值由公式计算得来
37.所述电源监测单元由p沟道mosfet ao3401a(q1)和npn三极管s8050lt1(q2)构成开关电路，mcu主控芯片的pb0信号控制电磁阀的12vdc信号通断，采用max4372teuk t芯片(u2)作为检测放大器；其电路如图7所示。
38.p沟道mosfet的源极连接12vdc信号，漏极连接电流检测放大器的4脚，源极与漏极之间跨接二极管d4(in4007)，栅极与npn三极管的集电极相连；npn三极管的发射极接地，基极通过电阻r9(1kω)连接mcu主控芯片的pb0信号，集电极通过电阻r7(100kω)连接12vdc信号，基极与发射极之间跨接电阻r11(10kω)；
39.检测放大器的4脚和5脚之间跨接电阻r2(200mω)，电阻r2与检测放大器构成12vdc回路电流监测电路，r2为电流检测电阻，检测放大器将r2上电压信号放大后通过2脚送给mcu主控芯片(pa3信号)；检测放大器的3脚和4脚还通过电容c3(100nf)接地，检测放大器的1脚接地；2脚连接电阻r13(22ω)后输出pa3信号至mcu主控芯片，电阻r13的另一端并接电阻r14(20kω)和二极管d3(bzt52c5v1)，电阻r14和二极管d3的另一端接地。检测放大器的5脚通过电阻r3连接12v的vout信号，电阻r3与5脚之间并联电阻r8(33kω)和电容c2(10uf)，电容c2的另一端接地，电阻r8的另一端串接电阻r10(10kω)后接地，电阻r8和r10的串接端口与mcu主控芯片的pa4信号连接，电阻r10的两端并接二极管d5(bzt52c5v1)。
40.所述spi低边开关单元使用集成低边开关mc33879(u1)来实现，mc33879具有8路输出的低边开关可以同时控制8路电磁阀的通断，使用串行外设接口(spi)进行16位串行输入控制，具有短路检测和负载开路检测电流禁用功能，其电路如图8所示。mc33879的1脚接地，
2脚接3.3vdd输入，3、6、10、13脚均接地；5脚接dcf8，7脚接dcf2，11脚接dcf1，12脚接dcf6，14脚串接电阻r4后接地，15脚串接电阻r6后练级vcc3.3v输入，16脚接sp10_sck，17脚接sp10_mosi，18脚接mcu主控芯片的pb15信号，19脚串接电阻r5后接地，20、23、27、29脚均接地，21脚接dcf15，22脚接dcf3，26脚接dcf4，28脚接dcf7，31脚输出12v电压，32脚接sp10_mosi；33脚通过电容c1(100nf)接3.3vdd输入，同时33脚还接地。
41.led状态指示单元包括四个并联的发光二极管d39、d40、d41、d42，电路如图9所示。四个二极管均接3.3vdd输入；二极管d39为红色led灯，串接电阻d35后接地；二极管d40为翠绿led灯，串接电阻r37后连接mcu主控芯片的pb6信号；二极管d41为翠绿二极管，串接电阻r44后连接mcu主控芯片的pb5信号；二极管d42为红色二极管，串接电阻r45后连接mcu主控芯片的pb3信号。黄灯常量则指示电源工作正常，绿灯闪烁分别表示驱动器正在通信或控制电磁阀工作，红灯闪烁则表示驱动器工作异常。
42.为了方便维修mcu控制板与接口板之间使用2.54mm双排插针(j1)、插座对插(j2)，接口板上xh-3a连接器与驱动小线进行对插。当需要更换驱动小线时，可以直接更换与xh对插的线缆，维修更换简单实用。接口电路如图10所示。
43.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。