CN113485170B - 一种工业级控制板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业级控制板，包括集成在同一块电路板上的主控单元、多路IO控制接口、多路通信接口，主控单元包括：主控芯片、与所述多路IO控制接口对应的多路IO隔离电路、与所述多路通信接口对应的多路通信隔离电路、主输入隔离电源、与所述多路通信接口对应的多路通信隔离电源，本发明从多方面改进，通讯稳定，控制可靠性高，电气隔离性能优越，保证了所有电路集成在一块电路板上的可行性，最终实现了高集成度、高稳定性和高可靠性，可以应用于自助通关闸机、工业逻辑控制、自助存储柜等工业级应用设备，以及应用于涉及RS232、RS485/422、CAN总线、高速数字IO等数据通讯的工业级应用设备。

Description

一种工业级控制板
技术领域
本发明涉及底层控制领域，尤其涉及一种工业级控制板。
背景技术
目前通关闸机的底层控制包括通讯、通道光幕尾随检测(PEBeam)、多路IO控制等多个控制环节，需要多块线路板，集成度不高。而且电子线路板在产品应用中普遍存在稳定性不好的问题，特别是在民用消费电子产品领域因为各种原因(主要是设计成熟度、成本等导致这些原因出现)，如：电气电磁场(EMI)、高低频信号、设备静电等电气干扰源，导致在使用过程中出现元器件或电路损坏、程序运行失控、通讯被干扰通信失败等问题，从而导致产品不能正常使用，增加了售后的运营成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述集成度低、可靠性差、稳定性差的缺陷，提供一种具有很好的集成度、可靠性、稳定性的工业级控制板。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种工业级控制板，包括集成在同一块电路板上的主控单元、多路IO控制接口、多路通信接口，其中，所述主控单元包括：
主控芯片；
与所述多路IO控制接口对应的多路IO隔离电路，每一路所述IO隔离电路连接于所述主控芯片和对应的一路所述IO控制接口之间以实现IO隔离；
与所述多路通信接口对应的多路通信隔离电路，每一路所述通信隔离电路连接于所述主控芯片和对应的一路所述通信接口之间以实现通信隔离；
主输入隔离电源，用于接入外部电源进行DCDC变压隔离后得到所述控制板所需的各种电源；
与所述多路通信接口对应的多路通信隔离电源，每一路所述通信隔离电源连接于所述主输入隔离电源和对应的一路所述通信接口之间，用于从所述主输入隔离电源获取所需的电源进行DCDC稳压隔离后给对应的一路所述通信接口供电以实现所述通信接口的电源隔离。
优选地，所述多路IO隔离电路包括连接于所述IO控制接口中的输入口和所述主控芯片之间的光耦隔离电路，以及连接于所述IO控制接口中的输出口和所述主控芯片之间的数字隔离电路。
优选地，所述多路通信接口包括第一高速CAN收发器、高速低功耗RS232芯片以及全双工RS485/422芯片，所述多路通信隔离电路包括：
第一数字隔离器，连接于所述主控芯片和所述第一高速CAN收发器之间；
第二数字隔离器，连接于所述主控芯片和所述高速低功耗RS232芯片之间；
第三数字隔离器，连接所述主控芯片和所述全双工RS485/422芯片之间。
优选地，所述主输入隔离电源包括12V转5V的第一隔离式DCDC电源模块；
所述多路通信隔离电源包括：
5V转5V的第二隔离式DCDC电源模块，连接所述第一高速CAN收发器的供电端；
5V转5V的第三隔离式DCDC电源模块，连接所述高速低功耗RS232芯片的供电端；
5V转5V的第四隔离式DCDC电源模块，连接所述全双工RS485/422芯片的供电端。
优选地，所述主控芯片采用AT91SAM7X256，所述第一高速CAN收发器采用TJA1050，所述高速低功耗RS232芯片采用SP3232，所述全双工RS485/422芯片采用MAX488ESA，所述第一数字隔离器、第二数字隔离器、第三数字隔离器均采用ADUM1201，所述第一隔离式DCDC电源模块采用HDW5-12S05，第二隔离式DCDC电源模块、第三隔离式DCDC电源模块、第四隔离式DCDC电源模块均采用B0505S-1WR2；
所述第二隔离式DCDC电源模块的1、2脚连接所述第一隔离式DCDC电源模块的5、3脚，所述第二隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间连接有互相并联的第一电容、第一电解电容、第一电阻，所述第二隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间还连接串联的第一发光二极管和第二电阻，所述第二隔离式DCDC电源模块的3、4脚连接所述第一高速CAN收发器的2、3脚，所述第一高速CAN收发器的6、7脚之间连接第三电阻，所述第一高速CAN收发器的8脚连接2脚，所述第一高速CAN收发器的2、3脚与所述第一数字隔离器的5、8脚连接，所述第一高速CAN收发器的1、4脚与所述第一数字隔离器的6、7脚，所述第一数字隔离器的1、4脚之间连接第二电容，所述第一数字隔离器的2、3脚连接分别经由第四电阻、第五电阻连接主控芯片的46、47脚；
所述第三隔离式DCDC电源模块的1、2脚连接所述第一隔离式DCDC电源模块的5、3脚，所述第三隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间连接有互相并联的第三电容、第二电解电容、第六电阻，所述第三隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间还连接串联的第二发光二极管和第七电阻，所述第三隔离式DCDC电源模块的3、4脚连接所述高速低功耗RS232芯片的15、16脚，所述高速低功耗RS232芯片的1、3引脚之间连接第四电容，所述高速低功耗RS232芯片的2、15引脚之间连接第五电容，所述高速低功耗RS232芯片的4、5引脚之间连接第六电容，所述高速低功耗RS232芯片的6、15引脚之间连接第七电容，所述高速低功耗RS232芯片的15、16脚之间连接第八电容，所述高速低功耗RS232芯片的15、16脚与所述第二数字隔离器的5、8脚连接，所述高速低功耗RS232芯片的10、9脚连接所述第二数字隔离器的6、7脚，所述第二数字隔离器的1、4脚之间连接第九电容，所述第二数字隔离器的2、3脚连接分别经由第八电阻、第九电阻连接主控芯片的89、90脚；
所述第四隔离式DCDC电源模块的1、2脚连接所述第一隔离式DCDC电源模块的5、3脚，所述第四隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间连接有互相并联的第十电容、第三电解电容、第十电阻，所述第四隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间还连接串联的第三发光二极管和第十一电阻，所述第四隔离式DCDC电源模块的3、4脚连接所述全双工RS485/422芯片的4、1脚，所述全双工RS485/422芯片的1、2、3、4脚分别连接第三数字隔离器的8、7、6、5脚，所述第三数字隔离器的2、3脚连接分别经由第十二电阻、第十三电阻连接主控芯片的81、82脚。
优选地，所述多路通信接口还包括：
用于与外部的CAN接口对接的第一接口，所述第一接口包括分别与所述第一高速CAN收发器的7、6、2引脚分别连接的三个引脚；
用于与外部的RS232接口对接的第二接口，所述第二接口包括分别与所述高速低功耗RS232芯片的8、7、15引脚分别连接的三个引脚；
用于与外部的RS485/422接口对接的第三接口，所述第三接口包括A_485、B_485、Z_485、Y_485、G_485引脚，A_485、B_485引脚之间连接十四电阻，A_485、B_485、G_485引脚分别连接所述全双工RS485/422芯片的8、7、4脚，Z_485、Y_485引脚分别经由十五电阻、十六电阻连接所述全双工RS485/422芯片的6、5引脚。
优选地，所述主输入隔离电源还包括外部电源接口，所述外部电源接口的电源正极引脚和电源负极引脚之间连接第十一电容，所述第一隔离式DCDC电源模块的1脚连接所述外部电源接口的电源负极引脚，所述第一隔离式DCDC电源模块的2脚经由保险丝连接所述外部电源接口的电源正极引脚，所述第一隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间连接有互相并联的第十二电容、第四电解电容，所述第一隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间还连接串联的第四发光二极管和第十七电阻，所述第一隔离式DCDC电源模块的1、2脚之间连接有互相并联的第十三电容、第五电解电容、稳压二极管，所述第一隔离式DCDC电源模块的1、2脚之间还连接串联的第五发光二极管和第十八电阻。
优选地，还包括集成在所述电路板上的光幕尾随检测电路，所述光幕尾随检测电路包括：
光幕采集及控制接口电路，与光幕的收发点连接；
第二高速CAN收发器，与所述第一高速CAN收发器连接；
光幕采集控制芯片，连接所述光幕采集及控制接口电路和第二高速CAN收发器，用于通过所述光幕采集及控制接口电路对光幕收发点进行扫描控制，以及通过所述光幕采集及控制接口电路采集光幕检测信号并进行初步分析，在初步分析出现变换信号时将检测信号通过CAN通信方式转给所述主控芯片进行进一步的分析处理。
优选地，还包括12V转5V的用于接入12V外部电源并将其转换为所述光幕尾随检测电路所需的各种电源的非隔离式DCDC电源模块；
所述第二高速CAN收发器采用TJA1050，所述光幕采集控制芯片采用STM32F103R6T6，所述光幕采集控制芯片的62、61脚连接分别经由第十九电阻、第二十电阻连接所述第二高速CAN收发器的1、4脚，所述第二高速CAN收发器的2、3脚连接非隔离式DCDC电源模块的接地端、5V输出端，所述第二高速CAN收发器的2、3脚之间连接第十六电容，所述第二高速CAN收发器的1、4脚分别经第二十一电阻、第二十二电阻连接非隔离式DCDC电源模块的5V输出端，所述第二高速CAN收发器的8脚接非隔离式DCDC电源模块的接地端，所述第二高速CAN收发器的6、7脚分别连接所述第一高速CAN收发器的6、7脚，所述第二高速CAN收发器的6、7脚之间连接第二十三电阻。
优选地，所述主控单元还包括外挂于所述主控芯片的晶振电路和看门狗电路。
优选地，所述主控芯片采用AT91SAM7X256，所述看门狗电路包括型号为SP706S的看门狗芯片和型号为SN74LVC1G125的单线驱动器，所述看门狗芯片的6脚连接与所述主控芯片的72脚连接以输出喂狗信号给所述主控芯片，所述看门狗芯片的7脚连接所述单线驱动器的2脚，所述单线驱动器的4脚连接所述主控芯片的57脚以提供复位信号给所述主控芯片。
优选地，所述电路板采用四层线路板设计，中间两层走电源相关的线路。
本发明的工业级控制板，具有以下有益效果：
本发明一方面，在每一路IO控制的路径中设计IO隔离电路实现隔离；二方面，在电源的供应方面，将外部电源进行DCDC变压隔离，既得到各种电源又实现了一次电源隔离，而且针对通信接口的电源供应，额外再进行DCDC稳压隔离，既保持电源稳定又实现了再一次的电源隔离；三方面，每一路通信路径中设计通信隔离电路实现隔离。如此，多方面改进，通讯稳定，控制可靠性高，电气隔离性能优越，保证了所有电路集成在一块电路板上的可行性，最终实现了高集成度、高稳定性和高可靠性，可以应用于自助通关闸机、工业逻辑控制、自助存储柜等工业级应用设备，以及应用于涉及RS232、RS485/422、CAN总线、高速数字IO等数据通讯的工业级应用设备。
进一步地，当将其控制板应用于通关闸机等需要进行红外检测的设备中时，还可以在同一电路板上集成光幕尾随检测电路，光幕尾随检测电路只负责对采集的光幕检测信号并进行初步分析，在初步分析出现变换信号时将检测信号通过CAN通信方式转给所述主控芯片进行进一步的分析处理，既帮主控芯片分担了一部分计算压力，而且CAN总线通信也可以增强数据传输的可靠稳定性；
进一步地，本发明还可以采用独立的外挂于所述主控芯片的晶振电路和看门狗电路，可以解决主控芯片“死机”或程序“跑飞”等问题，确保整个控制板正常运行使用；
进一步地，电路板采用四层线路板设计，中间两层走电源相关的线路，提高了电磁兼容性，减小噪声，具有更好的抗干扰效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是本发明工业级控制板的原理框图；
图2是一个具体实施例中晶振电路的电路图；
图3是一个具体实施例中看门狗电路的电路图；
图4是一个具体实施例中通信隔离电路以及通信隔离电源的电路图；
图5是一个具体实施例中的主输入隔离电源的电路图；
图6是一个具体实施例中的IO输入口的光耦隔离电路的电路图；
图7是一个具体实施例中的光幕尾随检测电路的电路图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。本文所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。
参考图1，本发明总的思路是：构造一种工业级控制板，包括集成在同一块电路板上的主控单元、多路IO控制接口、多路通信接口。
其中，所述主控单元包括：
主控芯片；
与所述多路IO控制接口对应的多路IO隔离电路，每一路所述IO隔离电路连接于所述主控芯片和对应的一路所述IO控制接口之间以实现IO隔离；
与所述多路通信接口对应的多路通信隔离电路，每一路所述通信隔离电路连接于所述主控芯片和对应的一路所述通信接口之间以实现通信隔离；
主输入隔离电源，用于接入外部电源进行DCDC变压隔离后得到所述控制板所需的各种电源；
与所述多路通信接口对应的多路通信隔离电源，每一路所述通信隔离电源连接于所述主输入隔离电源和对应的一路所述通信接口之间，用于从所述主输入隔离电源获取所需的电源进行DCDC稳压隔离后给对应的一路所述通信接口供电以实现所述通信接口的电源隔离。
以上从多方面改进，实现通讯稳定，控制可靠性高，电气隔离性能优越，保证了所有电路集成在一块电路板上的可行性，最终实现了高集成度、高稳定性和高可靠性，可以应用于自助通关闸机、工业逻辑控制、自助存储柜等工业级应用设备，以及应用于涉及RS232、RS485/422、CAN总线、高速数字IO等数据通讯的工业级应用设备。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参考图2-7，下面以通关闸机设备的工业级控制板为例进行更详细的阐述说明。电路板上的电路除了图1所示的主控单元、多路IO控制接口、多路通信接口外，还包括光幕尾随检测电路。本实施例为了实现所有电路集成在一个电路板上，着重从主控芯片***电路、电源隔离、通信隔离、IO隔离、光幕尾随检测等方面进行了改进。本实施例的主控芯片采用AT91SAM7X256，图2-7中的U1A、U1C、U1D分别仅展示了主控芯片的部分引脚。
(一)主控芯片***电路的改进
为了增强主控芯片对环境EMI的抗干扰性，保证程序的正常运行，本实施例提供包括外挂于主控芯片的晶振电路和看门狗电路。
参考图2主控芯片采用外部有源晶振，有源晶振芯片U12的输出脚经由电阻R22连接主控芯片的97脚以提供18.432MHz晶振信号。
参考图3，本实施例还同时通过外部独立硬件电路提供复位信号，具体的，看门狗电路包括型号为SP706S的看门狗芯片U23和型号为SN74LVC1G125的单线驱动器U24，所述看门狗芯片U23的6脚连接与所述主控芯片的72脚连接以输出喂狗信号给所述主控芯片，看门狗芯片U23的6脚还经电阻R61连接芯片电源VCC，看门狗芯片U23的7脚经由电阻R78接VCC，同时看门狗芯片U23的7脚还经由并联的电容C18和C19接电源VCC的地，所述看门狗芯片U23的7脚连接所述单线驱动器U24的2脚，所述看门狗芯片的1脚经由电阻R60连接芯片电源VCC，所述看门狗芯片的1脚还经由电容C16接电源VCC的地，电容C16并联一个开关SW1，看门狗芯片的3、4脚以及单线驱动器U24的1、3脚接电源VCC的地，所述单线驱动器U24的4脚连接所述主控芯片的57脚以提供复位信号给所述主控芯片，单线驱动器U24的5脚接电源VCC，单线驱动器U24的5脚还经电容C49接电源VCC的地。
本实施例中设计独立的晶振电路和看门狗电路，可以解决主控芯片“死机”或程序“跑飞”等问题，确保整个控制板正常运行使用。
(二)通信隔离
参考图4，本实施例的多路通信接口包括：第一高速CAN收发器U4、高速低功耗RS232芯片U2、全双工RS485/422芯片U8。
相应的，所述多路通信隔离电路包括：
第一数字隔离器U3，连接于主控芯片和所述第一高速CAN收发器U4之间；
第二数字隔离器U10，连接于主控芯片和所述高速低功耗RS232芯片U2之间；
第三数字隔离器U7，连接于主控芯片和所述全双工RS485/422芯片之间。
具体的，所述第一数字隔离器U3、第二数字隔离器U10、第三数字隔离器U7均采用ADUM1201，所述第一高速CAN收发器U4采用TJA1050，所述高速低功耗RS232芯片U2采用SP3232，所述全双工RS485/422芯片U8采用MAX488ESA。
其中，所述第一高速CAN收发器U4的6、7脚之间连接第三电阻R7，所述第一高速CAN收发器U4的8脚连接2脚，所述第一高速CAN收发器U4的2、3脚与所述第一数字隔离器U3的5、8脚连接，所述第一高速CAN收发器U4的1、4脚与所述第一数字隔离器U3的6、7脚，所述第一数字隔离器U3的1、4脚之间连接第二电容C15，所述第一数字隔离器U3的2、3脚连接分别经由第四电阻R29、第五电阻R21连接主控芯片的46、47脚。
其中，所述高速低功耗RS232芯片U2的1、3引脚之间连接第四电容C34，所述高速低功耗RS232芯片U2的2、15引脚之间连接第五电容C28，所述高速低功耗RS232芯片U2的4、5引脚之间连接第六电容C31，所述高速低功耗RS232芯片U2的6、15引脚之间连接第七电容C32，所述高速低功耗RS232芯片U2的15、16脚之间连接第八电容C25，所述高速低功耗RS232芯片U2的15、16脚与所述第二数字隔离器U10的5、8脚连接，所述高速低功耗RS232芯片U2的10、9脚连接所述第二数字隔离器U10的6、7脚，所述第二数字隔离器U10的1、4脚之间连接第九电容C23，所述第二数字隔离器U10的2、3脚连接分别经由第八电阻R19、第九电阻R18连接主控芯片的89、90脚；
其中，所述全双工RS485/422芯片U8的1、2、3、4脚分别连接第三数字隔离器U7的8、7、6、5脚，所述第三数字隔离器U7的2、3脚连接分别经由第十二电阻R42、第十三电阻R155连接主控芯片的81、82脚。
为了便于与外部设备连接，多路通信接口需要提供具体的机械接口，为此本实施例的多路通信接口还包括：用于与外部的CAN接口对接的第一接口，用于与外部的RS232接口对接的第二接口，用于与外部的RS485/422接口对接的第三接口。其中，所述第一接口包括分别与所述第一高速CAN收发器U4的7、6、2引脚分别连接的三个引脚，所述第二接口包括分别与所述高速低功耗RS232芯片U2的8、7、15引脚分别连接的三个引脚，所述第三接口包括A_485、B_485、Z_485、Y_485、G_485引脚，A_485、B_485引脚之间连接十四电阻R34，A_485、B_485、G_485引脚分别连接所述全双工RS485/422芯片U8的8、7、4脚，Z_485、Y_485引脚分别经由十五电阻R33、十六电阻R32连接所述全双工RS485/422芯片U8的6、5引脚。本实施例中将第一接口、第二接口集成为一个接口P12。
(三)电源隔离
参考图4，主输入隔离电源包括12V转5V的第一隔离式DCDC电源模块DC0和接入12V外部电源的外部电源接口P23。所述第一隔离式DCDC电源模块DC0采用HDW5-12S05。第一隔离式DCDC电源模块DC0不仅可以将输入的12V电源降压为5V，而且其是隔离式电源芯片，可以很好的保证输入输出电源的隔离性。
所述外部电源接口P23的电源正极引脚(即1脚)和电源负极引脚(即2脚)之间连接第十一电容C4，所述第一隔离式DCDC电源模块DC0的1脚连接所述外部电源接口P23的电源负极引脚，所述第一隔离式DCDC电源模块DC0的2脚经由保险丝F0连接所述外部电源接口P23的电源正极引脚，所述第一隔离式DCDC电源模块DC0的3、4脚之间连接有互相并联的第十二电容C6、第四电解电容C2，所述第一隔离式DCDC电源模块DC0的3、4脚之间还连接串联的第四发光二极管D1和第十七电阻R31，所述第一隔离式DCDC电源模块DC0的1、2脚之间连接有互相并联的第十三电容C5、第五电解电容C1、稳压二极管D27，所述第一隔离式DCDC电源模块DC0的1、2脚之间还连接串联的第五发光二极管D0和第十八电阻R30。
进一步地，因为电路板上的众多芯片还需要芯片电源VCC，主输入隔离电源还包括非隔离式DCDC电源芯片U9，U9采用LTC1117-3.3V，其是从第一隔离式DCDC电源模块DC0输出的5V电源获取电源输入，进行DCDC降压处理后得到3.3V的芯片电源VCC。
继续参考图4，本发明的多路通信隔离电源具体包括如下三个：5V转5V的第二隔离式DCDC电源模块DC1，连接所述第一高速CAN收发器U4的供电端；5V转5V的第三隔离式DCDC电源模块DC5，连接所述高速低功耗RS232芯片U2的供电端；5V转5V的第四隔离式DCDC电源模块DC3，连接所述全双工RS485/422芯片U8的供电端。本实施例中，第二隔离式DCDC电源模块DC1、第三隔离式DCDC电源模块DC5、第四隔离式DCDC电源模块DC3均采用B0505S-1WR2。
所述第二隔离式DCDC电源模块DC1的1、2脚连接所述第一隔离式DCDC电源模块的5、3脚，所述第二隔离式DCDC电源模块DC1的3、4脚之间连接有互相并联的第一电容C11、第一电解电容C9、第一电阻R2，所述第二隔离式DCDC电源模块DC1的3、4脚之间还连接串联的第一发光二极管D2和第二电阻R3，所述第二隔离式DCDC电源模块DC1的3、4脚连接所述第一高速CAN收发器U4的2、3脚。
所述第三隔离式DCDC电源模块DC5的1、2脚连接所述第一隔离式DCDC电源模块的5、3脚，所述第三隔离式DCDC电源模块DC5的3、4脚之间连接有互相并联的第三电容C27、第二电解电容C29、第六电阻R35，所述第三隔离式DCDC电源模块DC5的3、4脚之间还连接串联的第二发光二极管D7和第七电阻R36，所述第三隔离式DCDC电源模块DC5的3、4脚连接所述高速低功耗RS232芯片U2的15、16脚。
所述第四隔离式DCDC电源模块DC3的1、2脚连接所述第一隔离式DCDC电源模块的5、3脚，所述第四隔离式DCDC电源模块DC3的3、4脚之间连接有互相并联的第十电容C14、第三电解电容C13、第十电阻R9，所述第四隔离式DCDC电源模块DC3的3、4脚之间还连接串联的第三发光二极管D4和第十一电阻R6，所述第四隔离式DCDC电源模块DC3的3、4脚连接所述全双工RS485/422芯片U8的4、1脚。
(四)IO隔离
本实施例中的多路IO隔离电路包括连接于所述IO控制接口中的输入口和所述主控芯片之间的光耦隔离电路，以及连接于所述IO控制接口中的输出口和所述主控芯片之间的数字隔离电路。如图6中仅示意了四路IO输入口的光耦隔离电路，具体是采用四通道晶体管输出光电耦合器U14，型号是PS2801-4。输出口部分可以采用标准数字隔离器，比如ADUM1401。
(五)光幕尾随检测
也称PEBeam，是一种通道红外线对射(波长：940nm)阵列光幕检测装置。参考图7，光幕尾随检测电路包括：非隔离式DCDC电源模块，用于接入12V外部电源并将其转换为所述光幕尾随检测电路所需的各种电源；与光幕的收发点连接的光幕采集及控制接口电路，与所述第一高速CAN收发器U4连接的第二高速CAN收发器U36，连接所述光幕采集及控制接口电路和第二高速CAN收发器U36的光幕采集控制芯片U30。
例如，将接入12V外部电源转换为5V电源以及将5V电源转换为3.3V电源，比如利用BD9703实现12V转5V，再利用AMS1117-3.3实现5V转3.3V。通道内一般分为上下两条光幕，两条光幕高度50～70mm，上条光幕16对收发点，下条光幕20对收发点。，本实施例中所述第二高速CAN收发器U36采用TJA1050。
光幕采集控制芯片U30用于通过所述光幕采集及控制接口电路对光幕收发点进行扫描控制，以及通过所述光幕采集及控制接口电路采集光幕检测信号并进行初步分析，在初步分析出现变换信号时将检测信号通过CAN通信方式转给所述主控芯片进行进一步的分析处理，比如区分人与行李。
本实施例中，所述光幕采集控制芯片U30采用STM32F103R6T6，所述光幕采集控制芯片U30的62、61脚连接分别经由第十九电阻R217、第二十电阻R218连接所述第二高速CAN收发器U36的1、4脚，所述第二高速CAN收发器U36的2、3脚连接非隔离式DCDC电源模块的接地端、5V输出端，所述第二高速CAN收发器U36的2、3脚之间连接第十六电容C132，所述第二高速CAN收发器U36的1、4脚分别经第二十一电阻R176、第二十二电阻R177连接非隔离式DCDC电源模块的5V输出端，所述第二高速CAN收发器U36的8脚接非隔离式DCDC电源模块的接地端，所述第二高速CAN收发器U36的6、7脚分别连接所述第一高速CAN收发器U4的6、7脚，所述第二高速CAN收发器U36的6、7脚之间连接第二十三电阻R205。由于数据是通过AT91SAM7X256(U1)与STM32F103R6T6(U30)之间的CAN总线传输处理，增强数据传输的可靠稳定性。
光幕采集控制芯片U30既帮主控芯片分担了一部分计算压力，而且CAN总线通信也可以增强数据传输的可靠稳定性。
(六)其他改进
本实施例中电路板采用四层线路板设计，中间两层走电源相关的线路，提高了电磁兼容性，减小噪声，具有更好的抗干扰效果。
综上所述，本发明从多个方面进行改进，保证了通讯稳定，控制可靠性高，电气隔离性能优越，保证了所有电路集成在一块电路板上的可行性，最终实现了高集成度、高稳定性和高可靠性，可以应用于自助通关闸机、工业逻辑控制、自助存储柜等工业级应用设备，以及应用于涉及RS232、RS485/422、CAN总线、高速数字IO等数据通讯的工业级应用设备。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种工业级控制板，其特征在于，包括集成在同一块电路板上的主控单元、多路IO控制接口、多路通信接口，其中，所述主控单元包括：
主控芯片；
与所述多路IO控制接口对应的多路IO隔离电路，每一路所述IO隔离电路连接于所述主控芯片和对应的一路所述IO控制接口之间以实现IO隔离；
与所述多路通信接口对应的多路通信隔离电路，每一路所述通信隔离电路连接于所述主控芯片和对应的一路所述通信接口之间以实现通信隔离；
主输入隔离电源，用于接入外部电源进行DCDC变压隔离后得到所述控制板所需的各种电源；
与所述多路通信接口对应的多路通信隔离电源，每一路所述通信隔离电源连接于所述主输入隔离电源和对应的一路所述通信接口之间，用于从所述主输入隔离电源获取所需的电源进行DCDC稳压隔离后给对应的一路所述通信接口供电以实现所述通信接口的电源隔离。
2.根据权利要求1所述的工业级控制板，其特征在于，所述多路IO隔离电路包括连接于所述IO控制接口中的输入口和所述主控芯片之间的光耦隔离电路，以及连接于所述IO控制接口中的输出口和所述主控芯片之间的数字隔离电路。
3.根据权利要求1所述的工业级控制板，其特征在于，所述多路通信接口包括第一高速CAN收发器、高速低功耗RS232芯片以及全双工RS485/422芯片，所述多路通信隔离电路包括：
第一数字隔离器，连接于所述主控芯片和所述第一高速CAN收发器之间；
第二数字隔离器，连接于所述主控芯片和所述高速低功耗RS232芯片之间；
第三数字隔离器，连接于所述主控芯片和所述全双工RS485/422芯片之间。
4.根据权利要求3所述的工业级控制板，其特征在于，所述主输入隔离电源包括12V转5V的第一隔离式DCDC电源模块；
所述多路通信隔离电源包括：
5V转5V的第二隔离式DCDC电源模块，连接所述第一高速CAN收发器的供电端；
5V转5V的第三隔离式DCDC电源模块，连接所述高速低功耗RS232芯片的供电端；
5V转5V的第四隔离式DCDC电源模块，连接所述全双工RS485/422芯片的供电端。
5.根据权利要求4所述的工业级控制板，其特征在于，所述主控芯片采用AT91SAM7X256，所述第一高速CAN收发器采用TJA1050，所述高速低功耗RS232芯片采用SP3232，所述全双工RS485/422芯片采用MAX488ESA，所述第一数字隔离器、第二数字隔离器、第三数字隔离器均采用ADUM1201，所述第一隔离式DCDC电源模块采用HDW5-12S05，第二隔离式DCDC电源模块、第三隔离式DCDC电源模块、第四隔离式DCDC电源模块均采用B0505S-1WR2；
所述第二隔离式DCDC电源模块的1、2脚连接所述第一隔离式DCDC电源模块的5、3脚，所述第二隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间连接有互相并联的第一电容、第一电解电容、第一电阻，所述第二隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间还连接串联的第一发光二极管和第二电阻，所述第二隔离式DCDC电源模块的3、4脚连接所述第一高速CAN收发器的2、3脚，所述第一高速CAN收发器的6、7脚之间连接第三电阻，所述第一高速CAN收发器的8脚连接2脚，所述第一高速CAN收发器的2、3脚与所述第一数字隔离器的5、8脚连接，所述第一高速CAN收发器的1、4脚与所述第一数字隔离器的6、7脚，所述第一数字隔离器的1、4脚之间连接第二电容，所述第一数字隔离器的2、3脚连接分别经由第四电阻、第五电阻连接主控芯片的46、47脚；
所述第三隔离式DCDC电源模块的1、2脚连接所述第一隔离式DCDC电源模块的5、3脚，所述第三隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间连接有互相并联的第三电容、第二电解电容、第六电阻，所述第三隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间还连接串联的第二发光二极管和第七电阻，所述第三隔离式DCDC电源模块的3、4脚连接所述高速低功耗RS232芯片的15、16脚，所述高速低功耗RS232芯片的1、3引脚之间连接第四电容，所述高速低功耗RS232芯片的2、15引脚之间连接第五电容，所述高速低功耗RS232芯片的4、5引脚之间连接第六电容，所述高速低功耗RS232芯片的6、15引脚之间连接第七电容，所述高速低功耗RS232芯片的15、16脚之间连接第八电容，所述高速低功耗RS232芯片的15、16脚与所述第二数字隔离器的5、8脚连接，所述高速低功耗RS232芯片的10、9脚连接所述第二数字隔离器的6、7脚，所述第二数字隔离器的1、4脚之间连接第九电容，所述第二数字隔离器的2、3脚连接分别经由第八电阻、第九电阻连接主控芯片的89、90脚；
所述第四隔离式DCDC电源模块的1、2脚连接所述第一隔离式DCDC电源模块的5、3脚，所述第四隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间连接有互相并联的第十电容、第三电解电容、第十电阻，所述第四隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间还连接串联的第三发光二极管和第十一电阻，所述第四隔离式DCDC电源模块的3、4脚连接所述全双工RS485/422芯片的4、1脚，所述全双工RS485/422芯片的1、2、3、4脚分别连接第三数字隔离器的8、7、6、5脚，所述第三数字隔离器的2、3脚连接分别经由第十二电阻、第十三电阻连接主控芯片的81、82脚。
6.根据权利要求5所述的工业级控制板，其特征在于，所述主输入隔离电源还包括外部电源接口，所述外部电源接口的电源正极引脚和电源负极引脚之间连接第十一电容，所述第一隔离式DCDC电源模块的1脚连接所述外部电源接口的电源负极引脚，所述第一隔离式DCDC电源模块的2脚经由保险丝连接所述外部电源接口的电源正极引脚，所述第一隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间连接有互相并联的第十二电容、第四电解电容，所述第一隔离式DCDC电源模块的3、4脚之间还连接串联的第四发光二极管和第十七电阻，所述第一隔离式DCDC电源模块的1、2脚之间连接有互相并联的第十三电容、第五电解电容、稳压二极管，所述第一隔离式DCDC电源模块的1、2脚之间还连接串联的第五发光二极管和第十八电阻。
7.根据权利要求5所述的工业级控制板，其特征在于，还包括集成在所述电路板上的光幕尾随检测电路，所述光幕尾随检测电路包括：
光幕采集及控制接口电路，与光幕的收发点连接；
第二高速CAN收发器，与所述第一高速CAN收发器连接；
光幕采集控制芯片，连接所述光幕采集及控制接口电路和第二高速CAN收发器，用于通过所述光幕采集及控制接口电路对光幕收发点进行扫描控制，以及通过所述光幕采集及控制接口电路采集光幕检测信号并进行初步分析，在初步分析出现变换信号时将检测信号通过CAN通信方式转给所述主控芯片进行进一步的分析处理。
8.根据权利要求7所述的工业级控制板，其特征在于，还包括12V转5V的用于接入12V外部电源并将其转换为所述光幕尾随检测电路所需的各种电源的非隔离式DCDC电源模块；
所述第二高速CAN收发器采用TJA1050，所述光幕采集控制芯片采用STM32F103R6T6，所述光幕采集控制芯片的62、61脚连接分别经由第十九电阻、第二十电阻连接所述第二高速CAN收发器的1、4脚，所述第二高速CAN收发器的2、3脚连接非隔离式DCDC电源模块的接地端、5V输出端，所述第二高速CAN收发器的2、3脚之间连接第十六电容，所述第二高速CAN收发器的1、4脚分别经第二十一电阻、第二十二电阻连接非隔离式DCDC电源模块的5V输出端，所述第二高速CAN收发器的8脚接非隔离式DCDC电源模块的接地端，所述第二高速CAN收发器的6、7脚分别连接所述第一高速CAN收发器的6、7脚，所述第二高速CAN收发器的6、7脚之间连接第二十三电阻。
9.根据权利要求1所述的工业级控制板，其特征在于，所述主控单元还包括外挂于所述主控芯片的晶振电路和看门狗电路。
10.根据权利要求9所述的工业级控制板，其特征在于，所述主控芯片采用AT91SAM7X256，所述看门狗电路包括型号为SP706S的看门狗芯片和型号为SN74LVC1G125的单线驱动器，所述看门狗芯片的6脚连接与所述主控芯片的72脚连接以输出喂狗信号给所述主控芯片，所述看门狗芯片的7脚连接所述单线驱动器的2脚，所述单线驱动器的4脚连接所述主控芯片的57脚以提供复位信号给所述主控芯片。
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