CN114495323A - 一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路 - Google Patents

一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，属于驱动电路设计技术领域。本发明包括型号为MAX3232IDR双线路驱动器和接收器的芯片U6，LCD显示屏接口电路、485通信驱动电路和CAN总线驱动电路。485信号外界采集信息，转为TTL信号传入矿车主机板，通过已设计的参数安全值进行判断，将报警信号通过RS232接口传入LCD显示屏，并进行操作，完成对矿用柴油车的保护动作。芯片U6可以将单片机逻辑信号的电平转为RS232电平，LCD显示屏接口电路采用IO控制MOS管的方式完成对控制显示屏供电，485通信电路采用TTL与485隔离转换，并配备专用电源。本发明从抗静电干扰、抑制回波干扰、防止浪涌电压和提高驱动电路通信速度的角度出发，提高了矿用车保护电路的工作性能。

Description

一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路
技术领域
本发明涉及驱动电路设计和采集技术领域，更具体地说，涉及一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路。
背景技术
近年来，随着国家对煤矿安全生产监察力度的增大，各中小型煤矿逐步增强了安全生产意识。矿用柴油车在采矿作业中的应用，大幅度的提高了生产效率和安全性，同时又减轻了工人的劳动强度。因此，柴油机车在煤矿得到广泛应用，为了确保其安全，稳定，可靠的工作，矿用柴油车的保护装置应运而生。
保护装置基本原理是通过采集柴油车工作过程中影响使用及安全状态的参数和设定的安全数据进行比较，当出现影响柴油车安全工作的因素时，可以通过保护装置及时处理。保护装置中包括了矿用显示屏数据的分析处理，显示屏通过串口通信与车辆ECU进行通讯，持续读取相关数据，并对异常数据报警停机。保护装置工作需要数据接收和数据传送双向进行。
矿用车车载系统电路设计比较复杂，不仅包括行车控制系统，还有其他设备的电气控制系统来完成矿用车专用功能。这些电机控制系统多为强电系统，系统电子设备会给其他包括行车电控系统及保护电路带来干扰，特别是感应电造成的静电干扰和回波干扰较为严重。因此矿用车保护电路的抗干扰性尤为重要。其次矿用车的机电动作复杂，信号传递误差会造成误动作，造成较大损失，因此对其保护电路的通信驱动电路的可靠性和通信速度要求较高。
经检索，中国专利号201810050635.0，公开了一种柴油车SCR系统老化失效快速诊断系统及方法；该申请案通过在柴油车的OBD诊断接口安装数据采集终端，实时采集柴油车实际运行的车速、柴油机运行状态参数、NOX浓度等信号，采集的数据信息通过GPRS技术实时上传到云监测平台，在云监测平台中设计了诊断计算模型，实时监测、快速诊断柴油车的SCR系统的老化失效等情形，实现远程在线诊断柴油车的SCR系统是否正常工作的功能。该申请案可以对柴油车SCR系统的工作状况进行实时监测和老化失效在线诊断，监管与维修柴油车。但该申请案的诊断系统存在电路设计比较复杂，受静电电压干扰和回波干扰较为严重的缺陷。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路；本发明可以完成数据的采集，双向传输和驱动，且本发明从抗静电干扰、抑制回波干扰、防止浪涌电压和提高驱动电路通信速度的角度出发，提高了矿用车保护电路的工作性能。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，包括RS232接口电路、LCD显示屏接口电路、485通信驱动电路和CAN总线驱动电路；RS232接口电路采用双线传输的芯片U6，芯片U6将单片机逻辑信号的电平转为RS232电平，LCD显示屏接口电路采用IO控制MOS管的方式完成对控制显示屏供电，485通信驱动电路采用TTL与485隔离转换，并配备专用供电电源；CAN总线驱动电路建立与柴油车ECU的硬件通信。
更进一步地，MCU发送端与芯片U6的逻辑数据输入端USART2_TX相连，芯片U6的逻辑数据输出端USART2_RX与MCU的接收端相连；
芯片U6的RS232线路数据输入端RIN1、输出端DOUT1分别与LCD显示屏接口电路的J4端口的LCD232_IN、LCD232_OUT相连；
5V的电源通过电阻R202与芯片U6的电源电压端VCC相连，电源电压端VCC通过电阻R202、电容C11与芯片U6的正电荷输出泵V+相连，VCC端口接电容C34再接地；
芯片U6的正电荷泵输出端V+与负电荷泵输出端V-，分别通过电容C35和C36接地；
C1电容器的正引线端通过电容C32与负引线端相接，C2电容器的正引线端通过电容C33与负引线端相接；
驱动电路通过使能端LCD_12V_EN接收信号激活电路正常工作。
更进一步地，所述的芯片U6选用型号为MAX3232IDR的双线路驱动器和接收器芯片。
更进一步地，所述的LCD显示屏接口电路中双极晶体管Q11的发射极接地，基极通过电阻R269与使能端LCD_12V_EN相连，同时双极晶体管Q11的基极与电容C79相连并接地，与电阻R270相连并接地；
双极晶体管Q11的集电极依次经电阻R272、电阻R268、磁珠FB2与J4的2端口相连；J4的2端口还经电容C17和C21并联接地；
低压MOS管Q12的漏极与J4的2端口相连，栅极通过电阻R272与双极晶体管Q11的集电极相连，源极接12V的电压源；
J4的1端口接磁珠FB1并接地，J4连接LCD显示屏。
更进一步地，所述的双极晶体管Q11的型号为MMBT3904LT1G；所述低压MOS管Q12的型号为AO3415。
更进一步地，所述的485通信驱动电路中芯片U12的输出引脚RO通过电阻R37与信号接收端相连，驱动器输入引脚DI通过电阻R42与信号发送端相连，RE引脚为低电平有效的接收器输出使能，DE引脚为高电平有效的接收器输出使能；
电源端接电容C101并接地；
电源端连接至A引脚的上拉电阻R69，GND引脚连接至B引脚的下拉电阻R70，且A引脚与B引脚之间接电阻R25，A引脚和B引脚输出端反向二极管接地；芯片U12的A和B引脚与485信号相连；
12V的电源经过电阻R71与CO_CH4_12V相连，电容C102接地。
更进一步地，所述的芯片U12选择型号为SP3485的低功耗半双工收发器；A引脚和B引脚输出端接型号为TVS26、TVS29的反向二极管。
更进一步地，所述的CAN总线驱动电路输入端VCC接5V电源，并连接电容C23一端，电容C23另一端接地；
输入端收发信号CANO_TX，CANO_RX分别接电阻R27，R28进入芯片TXD，RXD收发端；
输出为CAN总线发送端电路高电平信号端包括CAN总线发送端CAN1_H，电阻R31,电阻R26,ESD保护器件DN501，电容C31；所述CAN总线发送端CAN1_H一端作为引脚切换电路的输入端，与电平转换芯片CANH引脚连接；同时与所述电阻R26的一端连接，所述电阻R26的另一端与电容C31一端连接，所述电容C31另一端接地；CAN1_H同时与ESD保护器件DN501一端相连，ESD保护器件DN501另一端接地；
输出为CAN总线发送端电路低电平信号端包括CAN总线接收端CAN1_L，电阻R32,电阻R30,ESD保护器件NUP2105LT1，电容C31；所述CAN总线接收端CAN1_L一端也作为引脚切换电路的输入端，与电平转换芯片CANL引脚连接；同时与电阻R32的一端连接，所述电阻R30的另一端与电容C31一端连接，CAN1_L同时与ESD保护器件NUP2105LT1一端相连，ESD保护器件NUP2105LT1另一端接地。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其485通信驱动电路采用TTL与485隔离转换，实现电路匹配，从而可以实现通过485通信方式读取整个设备信息和工作状态。可根据设备数量自由设计485通信协议，通信效率高，成本低。485通信驱动电路采用SP3485的低功耗半双工收发器，该收发器在带负载时，通信数据的传输速率可高达10Mbps，还包含低功耗关断模式，传输效率高。所述电路通过提供网络失效保护、抑制回波干扰、反接保护的作用、防止静电，来确保SP3485的低功耗半双工收发器快速可靠工作。
(2)本发明的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其CAN通信驱动电路，在CAN总线上设计二极管DN501和NUP2105LT1采用ESD保护器件，起反接保护的作用，通过单向放电来防止静电，确保高速电平转换芯片MCP2558FD-H/TJ1040工作速度快，可用于8Mbps通信速度的高速CAN应用，还可同时驱动两台CAN总线协议参数不同的设备，实现CAN协议多参数配置。
(3)本发明的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其LCD显示屏接口应用电路主要采用IO控制MOS管的方式，从而可实现控制显示屏主电源供电，简单高效，无需另采用供电开关。
附图说明
图1为本发明中RS232接口电路芯片的选用示意图；
图2为本发明中LCD显示屏接口电路图；
图3为本发明中485通信驱动电路图；
图4为本发明中CAN总线驱动电路图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，包括型号为MAX3232IDR双线路驱动器和接收器的芯片U6，LCD显示屏接口电路，485通信驱动电路和CAN总线驱动电路。485通信驱动电路采集信息，转为TTL信号传入矿车主机板，通过已设计的参数安全值进行判断，将报警信号通过RS232接口传入LCD显示屏，并进行操作，最终完成对矿用柴油车的保护动作。芯片U6可以将单片机逻辑信号的电平转为RS232电平，LCD显示屏接口电路采用IO控制MOS管的方式完成对控制显示屏供电，485通信驱动电路采用TTL与485隔离转换，并配备专用供电电源。CAN总线驱动电路用于建立与柴油车ECU的硬件通信，可以在保证高速CAN通信下提高数据通信效率和可靠性。
参看图1，型号为MAX3232IDR的芯片U6为双线传输模式，其中MCU发送端与U6的逻辑数据输入端USART2_TX相连，U6的逻辑数据输出端USART2_RX与MCU的接收端相连，U6的RS232线路数据输入端RIN1和输出端DOUT1分别与LCD显示屏接口电路的J4端口处的LCD232_IN和LCD232_OUT相连。同时，芯片U6中预留一对逻辑数据端口和RS232线路数据端口，作为未来系统升级和扩展用，5V的电源通过电阻R202与芯片U6的电源电压VCC相连，电源电压VCC端通过电阻R202和电容C11与芯片U6的正电荷输出泵V+相连，VCC端口接电容C34接地。芯片U6的V+与V-是仅限电容器的正电荷泵和负电荷泵输出端，分别通过电容C35和C36接地。C1电容器的正引线端通过电容C32与负引线端相接，C2电容器的正引线端通过电容C33与负引线端相接。驱动电路通过使能端LCD_12V_EN接收信号激活电路正常工作。
本实施例中芯片MAX3232IDR的选择，由两个线路驱动器、两个线路接收器和一个双路电荷泵电路组成，其基本通讯方式为数据接收及数据传送双线传输模式，芯片内部设置了静电保护电路，可有效抑制静电电压，保护器件不受损害。该器件以高达250kbit/s的数据信号传输速率运行，驱动器输出压摆率最高为30V/μs。且本实施例中接口电路外围器件较少，结构简单，电容C35、C36提供MAX3232IDR内部倍压电荷泵使用。MAX3232IDR的2、6两脚分别为两倍正、负电压输出端。C32、C33则分别作为正、负输出电压的滤波电容。由于MAX3232IDR提升了内部升压电路的工作频率，所以升压、滤波工作仅需使用较小的电容即可完成，在降低电路成本的同时，更加节省了印刷电路占用的空间。
LCD显示屏接口电路保证显示屏正常工作。参看图2，本实施例的LCD显示屏接口电路中采用IO控制MOS管的方式，以达到控制显示屏主电源供电效果，供电电压选择12V，控制器的信号传入电路的使能端LCD_12V_EN，该端口高电平有效，电路激活，双极晶体管MMBT3904LT1G(也即图2中的Q11)的发射极接地，基极通过电阻R269与使能端相连，同时与电容C79相连接地，与电阻R270相连接。集电极依次经电阻R272、电阻R268、磁珠FB2与J4的2端口相连，2端口处还经电容C17和C21并联接地。低压MOS管AO3415(也即图2中的Q12)的漏极与J4的2端口相连，栅极通过电阻R272与双极晶体管Q11的集电极相连，源极接12V的电压源，J4的1端口接磁珠FB1并接地，J4连接LCD显示屏。
本实施例设置电容C17和C21并联接地以滤除高频干扰，电容C79接地起滤波作用，双极晶体管Q11的基极下拉电阻R270接地，以防止三极管受噪声信号的影响而产生误动作，使晶体管截止更可靠，三极管起放大器和开关的作用。PMOS管AO3415适用在低速、低频领域内，工艺简单，价格便宜。
485通信驱动电路可用来对采集的外界信号的转换和传输，同时为485信号供电。参看图3，本实施例的485通信驱动电路中芯片选择型号为SP3485的低功耗半双工收发器(也即图3中的U12)，TTL与485隔离转换，接收器的输出引脚RO通过电阻R37与信号接收端相连，驱动器输入引脚DI通过电阻R42与信号发送端相连，RE引脚为低电平有效的接收器输出使能，DE引脚为高电平有效的接收器输出使能。图3中圆圈部分电路为可选设计，可以接传感器的5V电源，也可接传感器的3.3V电源。本实施例电压电源选择3.3V，电源端接电容C101并接地，GND引脚接地。电源端连接至A引脚的上拉电阻R69，GND引脚连接至B引脚的下拉电阻R70，且A引脚与B引脚之间接电阻R25，A引脚和B引脚输出端反向二极管接地，防止静电。SP3485芯片的A和B引脚与485信号相连，采集信号，RO引脚和DI引脚分别连接MCU的发送端和接收端。12V的电源经过电阻R71与CO_CH4_12V相连，电容C102接地，达到给485信号供电的效果。
本实施例中，SP3485的驱动器输出是差分输出，DE引脚上的逻辑高电平将使能驱动器的差分输出，如果DE为低电平，则驱动器输出呈现三态；SP3485接收器的输入是差分输入，有一个三态使能控制脚，如果RE为低电平，接收器使能，反之接收器禁止。接收器有故障自动保护特性，该特性可以使得输出在输入悬空时为高电平状态。
所述电路中上拉电阻R69和下拉电阻R70为10K欧姆阻值，其作用是用于保证无连接的芯片处于空闲状态，提供网络失效保护，电阻R25阻值为120欧姆，接485输入信号CO_485_A和CO_485_B之间，其作用是抑制回波干扰，二极管TVS26和TVS29采用ESD保护器件，其阳极端接地，其作用是起反接保护的作用，通过单向放电来防止静电。电容C101和电容C102接地的作用是滤波。
参看图4，本实施例中CAN总线驱动电路中串口信号输入电路包括CAN控制器输出的CANTX信号的线与电路和CAN收发器电路：
CAN控制器输出的CANTX信号的线与电路包括MCU的CAN协议信号发送端CAN0_TX，电阻R27；所述的CAN协议信号发送端即为驱动电路输入端与所述电阻R27的一端连接，所述电阻R27另一端连接电平转换芯片U2(TJA1040)的TXD端；
CAN收发器电路包括MCU的CAN协议信号接收端CAN0_RX，电阻R28；所述的CAN协议信号接收端也是驱动电路输入端与所述电阻R28的一端连接，所述电R28另一端连接电平转换芯片U2(TJA1040)的RXD端。
CAN总线驱动电路输入端VCC_5V接5V电源，并连接电容C23一端，电容C23另一端接地，进行滤波。输入端收发信号CANO_TX，CANO_RX分别接电阻R27，R28进入芯片TXD，RXD收发端。输出为CAN总线发送端电路高电平信号端包括CAN总线发送端CAN1_H，电阻R31,电阻R26,ESD保护器件DN501，电容C31。所述CAN总线发送端CAN1_H一端作为引脚切换电路的输入端，与电平转换芯片CANH引脚连接；同时与所述电阻R26的一端连接，所述电阻R26的另一端与所述电容C31一端连接，所述电容C31另一端接地。CAN1_H同时与ESD保护器件DN501一端相连，ESD保护器件DN501另一端接地。输出为CAN总线发送端电路低电平信号端包括CAN总线接收端CAN1_L，电阻R32,电阻R30,ESD保护器件NUP2105LT1，电容C31。所述CAN总线接收端CAN1_L一端也作为引脚切换电路的输入端，与电平转换芯片CANL引脚连接；同时与电阻R32的一端连接，所述电阻R30的另一端与电容C31一端连接，CAN1_L同时与ESD保护器件NUP2105LT1一端相连，ESD保护器件NUP2105LT1另一端接地，电阻R26和电容C31连接接地。所述电阻R30和电容C31连接接地作用是防浪涌电压，所述接在CAN总线上的ESD保护器件管DN501，NUP2105LT1，其阳极接地，其作用是起反接保护的作用，通过单向放电来防止静电。
本实施例的通信驱动电路，可以完成数据的采集，双向传输和驱动，且本实施例从抗静电干扰、抑制回波干扰、防止浪涌电压和提高驱动电路通信速度的角度出发，提高了矿用车保护电路的工作性能。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其特征在于：包括RS232接口电路、LCD显示屏接口电路、485通信驱动电路和CAN总线驱动电路；RS232接口电路采用双线传输的芯片U6，芯片U6将单片机逻辑信号的电平转为RS232电平，LCD显示屏接口电路采用IO控制MOS管的方式完成对控制显示屏供电，485通信驱动电路采用TTL与485隔离转换，并配备专用供电电源；CAN总线驱动电路建立与柴油车ECU的硬件通信。
2.根据权利要求1所述的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其特征在于：MCU发送端与芯片U6的逻辑数据输入端USART2_TX相连，芯片U6的逻辑数据输出端USART2_RX与MCU的接收端相连；
芯片U6的RS232线路数据输入端RIN1、输出端DOUT1分别与LCD显示屏接口电路的J4端口的LCD232_IN、LCD232_OUT相连；
5V的电源通过电阻R202与芯片U6的电源电压端VCC相连，电源电压端VCC通过电阻R202、电容C11与芯片U6的正电荷输出泵V+相连，VCC端口接电容C34再接地；
芯片U6的正电荷泵输出端V+与负电荷泵输出端V-，分别通过电容C35和C36接地；
C1电容器的正引线端通过电容C32与负引线端相接，C2电容器的正引线端通过电容C33与负引线端相接；
驱动电路通过使能端LCD_12V_EN接收信号激活电路正常工作。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其特征在于：所述的芯片U6选用型号为MAX3232IDR的双线路驱动器和接收器芯片。
4.根据权利要求3所述的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其特征在于：所述的LCD显示屏接口电路中双极晶体管Q11的发射极接地，基极通过电阻R269与使能端LCD_12V_EN相连，同时双极晶体管Q11的基极与电容C79相连并接地，与电阻R270相连并接地；
双极晶体管Q11的集电极依次经电阻R272、电阻R268、磁珠FB2与J4的2端口相连；J4的2端口还经电容C17和C21并联接地；
低压MOS管Q12的漏极与J4的2端口相连，栅极通过电阻R272与双极晶体管Q11的集电极相连，源极接12V的电压源；
J4的1端口接磁珠FB1并接地，J4连接LCD显示屏。
5.根据权利要求4所述的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其特征在于：所述的双极晶体管Q11的型号为MMBT3904LT1G；所述低压MOS管Q12的型号为AO3415。
6.根据权利要求5所述的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其特征在于：所述的485通信驱动电路中芯片U12的输出引脚RO通过电阻R37与信号接收端相连，驱动器输入引脚DI通过电阻R42与信号发送端相连，RE引脚为低电平有效的接收器输出使能，DE引脚为高电平有效的接收器输出使能；
电源端接电容C101并接地；
电源端连接至A引脚的上拉电阻R69，GND引脚连接至B引脚的下拉电阻R70，且A引脚与B引脚之间接电阻R25，A引脚和B引脚输出端反向二极管接地；芯片U12的A和B引脚与485信号相连；
12V的电源经过电阻R71与CO_CH4_12V相连，电容C102接地。
7.根据权利要求6所述的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其特征在于：所述的芯片U12选择型号为SP3485的低功耗半双工收发器；A引脚和B引脚输出端接型号为TVS26、TVS29的反向二极管。
8.根据权利要求7所述的一种用于矿用柴油车保护装置的通信驱动电路，其特征在于：所述的CAN总线驱动电路输入端VCC接5V电源，并连接电容C23一端，电容C23另一端接地；
输入端收发信号CANO_TX，CANO_RX分别接电阻R27，R28进入芯片TXD，RXD收发端；
输出为CAN总线发送端电路高电平信号端包括CAN总线发送端CAN1_H，电阻R31,电阻R26,ESD保护器件DN501，电容C31；所述CAN总线发送端CAN1_H一端作为引脚切换电路的输入端，与电平转换芯片CANH引脚连接；同时与所述电阻R26的一端连接，所述电阻R26的另一端与电容C31一端连接，所述电容C31另一端接地；CAN1_H同时与ESD保护器件DN501一端相连，ESD保护器件DN501另一端接地；
输出为CAN总线发送端电路低电平信号端包括CAN总线接收端CAN1_L，电阻R32,电阻R30,ESD保护器件NUP2105LT1，电容C31；所述CAN总线接收端CAN1_L一端也作为引脚切换电路的输入端，与电平转换芯片CANL引脚连接；同时与电阻R32的一端连接，所述电阻R30的另一端与电容C31一端连接，CAN1_L同时与ESD保护器件NUP2105LT1一端相连，ESD保护器件NUP2105LT1另一端接地。
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