应用于深低温环境下的低温扫码控制电路

摘要

应用于深低温环境下的低温扫码控制电路属于扫码装置技术领域，尤其涉及一种应用于深低温环境下的低温扫码控制电路。本发明提供一种应用于深低温环境下的低温扫码控制电路。本发明包括微处理器电路、RS485电路、继电器端口输出电路、光耦引脚输出电路、电源变换电路、加热温度控制电路和RS232电路，微处理器电路的信号传输端口分别与RS485电路的信号传输端口、继电器端口输出电路的信号传输端口、光耦引脚输出电路的信号传输端口、输出接口电路的信号传输端口、加热温度控制电路的信号传输端口、RS232电路的信号传输端口相连，RS485电路的信号传输端口与扫码仪的信号传输端口相连。

说明书

技术领域

本发明属于扫码装置技术领域，尤其涉及一种应用于深低温环境下的低温扫码控制电路。

背景技术

现有扫描技术的应用环境都是在常温环境当中，现有扫码仪都无法在深低温环境下工作，本发明解决了深低温环境下扫码仪无法正常工作的难点，在极端低温环境中可以准确识别出条形码和二维码。而要设计一种应用于深低温环境下的低温扫码系统,则需要配套设计一种应用于深低温环境下的低温扫码控制电路。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种应用于深低温环境下的低温扫码控制电路。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括微处理器电路、RS485电路、继电器端口输出电路、光耦引脚输出电路、电源变换电路、加热温度控制电路和RS232电路，微处理器电路的信号传输端口分别与RS485电路的信号传输端口、继电器端口输出电路的信号传输端口、光耦引脚输出电路的信号传输端口、输出接口电路的信号传输端口、加热温度控制电路的信号传输端口、RS232电路的信号传输端口相连，RS485电路的信号传输端口与扫码仪的信号传输端口相连；电源变换电路的电能输出端口分别与微处理器电路的电源端口、RS485电路的电源端口、继电器端口输出电路的电源端口、光耦引脚输出电路的电源端口、加热温度控制电路的电源端口、RS232电路的电源端口、扫码仪的电源端口相连。

作为一种优选方案，本发明所述扫码仪采用HF800扫码仪M1, M1的RS485A端口接A1，M1的RS485B端口接B1。

作为另一种优选方案，本发明所述微处理器电路包括STM32H743IIT6芯片U1和W9825G6KH芯片U2，U1的137脚接JTCK，U1的124脚接JTMS，U1的31脚接RESET，U1的30脚接OSC_OUT，U1的29脚接OSC_IN，U1的10脚接OSC32_OUT，U1的9脚接OSC32_IN，U1的104、105 、142、143、68～70、73～78、96 ～98脚分别与PD14、PD15、PD0、PD1、PE7～PE15、PD8～PD10对应相连，U1的32、160、59、34脚分别与PC0、PG15、PF11、PC2对应相连，U1的170、169、112、35、109、108脚分别与PE1、PE0、PG8、PC3、PG5、PG4对应相连，U1的106、67、66、65～60、21～16脚分别与PG2～PG0、PF15～PF12、PF5～PF0对应相连，U1的47、69、42脚分别与PA3、PE8、PA2对应相连，U1的169脚接PE10, U1的74脚接PE11,U1的75脚接PE12，U1的76脚接PE13，U1的119脚接PA8，U1的79脚接PB10，U1的80脚接PB11；

接插件P5的1～5脚分别与GND、JTCK、JTMS、+3.3V、RESET对应相连；RESET分别与电阻R11一端、电容C44一端相连，R11另一端接+3.3V，C44另一端接GND；

晶振Y2的1脚接OSC_OUT，Y2的3脚接OSC_IN；

晶振Y3的一端接OSC32_IN，晶振Y3的一端接OSC32_OUT；

U2的2、4、5、7、8、10、11、13、42、44、45、47、48、50、51、53脚分别与PD14、PD15、PD0、PD1、PE7～PE15、PD8～PD10对应相连，U2的16～19脚分别与PC0、PG15、PF11、PC2对应相连，U2的39、15、38、37、21、20脚分别与PE1、PE0、PG8、PC3、PG5、PG4对应相连，U2的36、35、22、34、33、32、31、30、29、26～23脚分别与PG2～PG0、PF15～PF12、PF5～PF0对应相连。

作为另一种优选方案，本发明所述RS485电路包括SP3485EN-L/TR芯片U7，U7的1脚接PA3，U7的2、3脚接PE8，U7的4脚接PA2，U7的7、6脚分别与接插件P2的1、2脚对应相连。

作为另一种优选方案，本发明所述继电器端口输出电路包括继电器K1和继电器K5，K5的控制端一端分别与+12V、EL357芯片OP15输出端集电极相连，OP15输出端发射极接NPN三极管Q9的基极，Q9的集电极接K5的控制端另一端，OP15输入端阳极接+3.3V，OP15输入端阴极接PE10，K5受控端第一端接COM1，K5受控端第二端接S1_ON，K5受控端第三端接S1_OFF；

K1的控制端一端分别与+12V、EL357芯片OP16输出端集电极相连，OP16输出端发射极接NPN三极管Q1的基极，Q1的集电极接K1的控制端另一端，OP16输入端阳极接+3.3V，OP16输入端阴极接PE11，K1受控端第一端接COM2，K1受控端第二端接S2_ON，K1受控端第三端接S2_OFF。

作为另一种优选方案，本发明所述光耦引脚输出电路包括EL357N(B)(TA)-G芯片OP17和EL357N(B)(TA)-G芯片OP18，OP17的输入端阳极接PE12，OP17的输入端阴极和OP18的输入端阴极接GND，OP18的输入端阳极接PE13；OP17的输出端集电极接IO1，OP18的输出端集电极接IO2，OP17和OP18的输出端发射极接GND。

作为另一种优选方案，本发明所述电源变换电路包括YHT4S+12V/20W模块POW1，POW1的L端通过开关SK1B接L，POW1的N端接N，POW1的+12V端通过电感L3分别与+12V、LM2576-5.0芯片U4的1脚相连，POW1的GND端通过电感L6分别与U4的3脚、电感L7一端相连，L7另一端分别与U9的GND端、GND相连，U9的Vin端分别与+5V、电感L5一端相连，L5另一端分别与U4的2脚、U4的4脚相连；U9的Vout端接+3.3V。

作为另一种优选方案，本发明还包括输出接口电路，输出接口电路采用16脚接插件CH1，CH1的1、2、3～16脚分别与L、N、S2_OFF、S2_ON、COM2、S1_OFF、S1_ON、COM1、+5V、IO1、IO2、+12V、GND、A1、B1对应相连。

其次，本发明所述加热温度控制电路包括MOC3083芯片OP34和EL357芯片OP7，OP34的输入端阳极接+5V, OP34的输入端阴极接NPN三极管Q13的集电极, Q13的基极接PC13,Q13的发射极接GND; OP34输出端一端分别与加热带R97一端、SCR1管一端、继电器K8受控端一端相连，R97另一端接L，K8受控端另一端分别与N、SCR1管另一端相连，SCR1管控制端接OP34输出端另一端；

OP7输出端集电极分别与+12V、K8控制端一端相连，K8控制端另一端接NPN三极管Q7的集电极，Q7的基极接OP7输出端发射极，Q7的发射极接地；OP7输入端阳极接3.3V，OP7输入端阴极接PA8。

另外，本发明所述RS232电路包括SP3232芯片U3，U3的11～14脚分别与PB10、PB11、RS232_RX、RS232_TX对应相连。

本发明有益效果。

本发明通过各部分的配合,可实现根据扫码信号的输出控制、扫码装置的温度控制、扫码装置的供电，控制精确、效率高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1、2是本发明微处理器电路原理图。

图3是本发明RS485电路原理图。

图4是本发明温度采集电路原理图。

图5是本发明RS232电路原理图。

图6是本发明加热温度控制电路原理图。

图7是本发明扫码仪和网线接口电路原理图。

图8是本发明电源变换电路原理图。

图9是本发明继电器端口输出电路原理图。

图10是本发明剖视图。

图11是本发明轴测图。

图12、13是本发明镜头结构示意图。

图10-13中，1为密封接头、2为支架、3为扫码仪、4为保温层、5为密封垫、6为压环、7为镜头、8为控制板、9为电热带、10为内壁、11为外壁、12为后镜头、13为镜筒、14为前镜头。

具体实施方式

如图所示，本发明应用于深低温环境下的低温扫码控制电路可应用于应用于深低温环境下的低温扫码系统, 应用于深低温环境下的低温扫码系统包括外壳,外壳内设置有扫码仪和控制板(即本发明应用于深低温环境下的低温扫码控制电路)，外壳的上端设置有镜头，控制板的信号传输端口分别与扫码仪的信号传输端口相连。

扫码仪可采用霍尼韦尔HF800扫码仪。

所述外壳内部腔体截面的形状为倒T形，扫码仪设置在大尺寸腔体部分内，镜头设置在小尺寸腔体部分内。

所述镜头包括前镜头、后镜头和镜筒，前镜头设置在镜筒的前端，后镜头设置在镜筒的后端，前镜头与后镜头之间的镜筒区域为真空区。

本发明应用于深低温环境下的低温扫码系统的扫码仪设置在外壳内，扫码仪与外界隔离，提高装置的使用效果。

本发明应用于深低温环境下的低温扫码系统的真空镜头具有高透光率、低热导率的特点。

所述镜头表面覆盖防雾涂层。镜头表面覆盖防雾涂层，可防止细小水珠形成。

所述镜头上设置有加热层；使镜头再深低温环境下依然清晰透明。

所述镜筒的上下端相应于前镜头、后镜头设置有放置槽。

所述前镜头下端与镜筒上端之间、后镜头上端与镜筒下端之间通过粘接剂相连。

所述外壳采用金属外壳；避免强磁场干扰。

后镜头与镜筒的粘接剂可为环氧树脂胶，粘接处无气泡，空隙，灰尘等，固化完成后经超声波清洗、低温干燥，然后在真空环境下将前镜头粘接在镜筒上，前镜头与镜筒的粘接剂可采用耐低温真空硅脂。

低温环境下，空气中水分会在镜头上凝结，使镜头雾化，进而影响成像效果，本申请为一种真空镜头，可大幅降低低温环境与外界的传热效率，从而避免水分在镜头上凝结，实现清晰成像。

前镜头、后镜头、镜筒材质可为无色透明PMMA,密度≥1.19g/cm3,抗拉强度≥77MPa，透光率≥96%，导热系数≤0.18W/M.K，采用机加工成形及抛光工艺，表面硬化处理，具有水晶般透明质感。

反射涂层：镜筒外表面经脱脂处理后，采用化学热镀工艺，将外表面浸泡于聚酰亚胺溶液中，聚酰亚胺溶液温度保持在35-36℃，镜筒内通115～118℃干燥热氮气，在镜筒外表面产生约100μm聚酰亚胺薄膜，经高温干燥，精加工并抛光至10μm处理后，进行镀银处理，形成多层镀银聚合物复合反射膜，反射膜在-196℃深低温环境下具有牢固耐受性，可长期经受-196℃～100℃温差变化，无脱落变色变形等现象，反射膜具有极高反射比的反光表面，在400-1000nm波长范围内可见光的反射率≥98%。

防雾涂层：镜头外表面经脱脂处理后，可加工出0.6mm×0.6mm自热线圈沟槽，沟槽内放置电阻丝，将4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)和3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐(BPDA)按1：1.05的比例制成的溶液覆盖在镜头表面，经高温固化后，镜头外表面形成100μm聚酰亚胺薄膜，精加工并抛光至10μm，采用气相沉积法将纳米二氧化硅（SiO2）覆盖在镜头表面。亲水基团与纳米二氧化硅相结合，纳米二氧化硅与聚酰亚胺均能形成牢固的化学键。该防雾涂层耐低温耐擦洗、耐泡水、耐溶剂，该防雾涂层在-196℃深低温环境下具有牢固耐受性，可经受-196℃～100℃温差变化，无脱落变色变形等现象，涂层中的亲水基团对水进行亲和吸附，降低水的表面张力，减少水分子镜头表面的接触角，使水汽聚集成细小水珠前就会浸润扩散，在镜头表面形成一层超薄的透明水膜，不再对光线产生散射作用，从而达到防雾效果。聚酰亚胺薄层让涂层和PMMA母材结合更牢固，低温环境下涂层不被破坏。

聚酰亚胺真空加热固化工艺，升温至100℃，保温30min，再升温至160℃，保温40min，继续升温至270℃，保温30min，控制升温速度在1℃/min，升温过程中维持真空度为800～1000Pa，保温过程中维持真空度为200～500Pa。固化完成后，放在显微镜下观察，纯净无气泡为合格。

真空封装：前镜头与镜筒的粘接在真空环境下完成，封结真空度≤0.01Pa，真空漏率≤1×10

自紧功能：PMMA大分子主链上的甲基和甲酯基破坏了分子链的空间规整性，大分子链呈无规则铰链状，是一种典型的无定形聚合物，且具有一定的刚性，PMMA平均线膨胀系数为：7x10-5m/m.K，因镜筒两端为薄壁结构，相对圆盘状前镜头，低温环境下，镜筒端部收缩量相对较大，前镜头和镜筒间隙100μm时，可实现完美自紧；且外界大气压施加在前镜头上的压力可达25～45kg，正常状态下前镜头和镜筒的密封结构不会被破坏。

所述大尺寸腔体部分上端壁向内侧延伸形成凸台，镜头下端面周边与凸台上端面相接；小尺寸腔体部分上端壁向上延伸形成凸起，镜头上端面周边和凸起上端与压环下端面靠内侧部分相接，压环下端面靠外侧部分与外壳上端面之间设置有密封垫，密封垫内壁与凸起外壁相接，压环与外壳通过紧固件相连。嵌入式设计方便更换镜头，镜头的镜筒与包壳微隙配合，即使密封垫损坏，外界杂质也很难进入内腔。

所述外壳的内壁与外壁之间设置有保温层。保温层可采用硬质聚氨酯泡沫。聚氨酯泡沫导热系数≤0.0.022W/M.K，内腔填充干燥氮气至微正压状态，可避免外界空气进入内腔。

所述外壳内设置有L形支架，L形支架上部通过紧固件与扫码仪相连，L形支架下端通过紧固件与外壳相连。

所述外壳下端的线缆穿孔处采用密封接头。在线缆穿孔处接入线缆，将控制板的信号进行传输。

本发明通过压环、密封垫、密封接头提高外壳内的密封性，扫码仪与外界处于密闭隔热保温状态，灰尘、水汽等杂质无法污染扫码仪镜头，进一步提高装置的使用效果。

所述外壳的内壁设置有电热带。可设置温度采集电路, 感温元件CH101一端接+3.3V, CH101另一端接PA4。当温度低于-5℃时，加热带自动通电，当温度高于25℃时，加热带自动断电。

电热带也可与双金属感温元件串联，温度变化时双金属元件会自动断开或接通电路。

电热带可采用加热线圈：该加热线圈采用镍铬合金材料，合金材料成分如下：Fe33%，Gr 14%，Ni 48.5%，Mo 2.5%，Mg 2%，加热丝线径0.12mm，每米电阻108.6Ω/m（20℃），该加热线圈在低温下与聚酰亚胺有良好相容性。

所述电热带为环状。

所述电热带为多个，由上至下布置。

所述控制板竖向设置，控制板下端向横向弯折，该横向弯折部通过紧固件与外壳相连。

一般的扫码仪都在常温环境下使用，本发明利用真空绝热技术、泡沫隔热技术，防雾镀膜技术，使扫码仪在低至-196℃的环境中能够正常使用。

所述扫码仪采用HF800扫码仪M1, M1的RS485A端口接A1，M1的RS485B端口接B1。

所述控制板包括微处理器电路、RS485电路、继电器端口输出电路、光耦引脚输出电路、电源变换电路、加热温度控制电路和RS232电路，微处理器电路的信号传输端口分别与RS485电路的信号传输端口、继电器端口输出电路的信号传输端口、光耦引脚输出电路的信号传输端口、输出接口电路的信号传输端口、加热温度控制电路的信号传输端口、RS232电路的信号传输端口相连，RS485电路的信号传输端口与扫码仪的信号传输端口相连；电源变换电路的电能输出端口分别与微处理器电路的电源端口、RS485电路的电源端口、继电器端口输出电路的电源端口、光耦引脚输出电路的电源端口、加热温度控制电路的电源端口、RS232电路的电源端口、扫码仪的电源端口相连。

所述微处理器电路包括STM32H743IIT6芯片U1和W9825G6KH芯片U2，U1的137脚接JTCK，U1的124脚接JTMS，U1的31脚接RESET，U1的30脚接OSC_OUT，U1的29脚接OSC_IN，U1的10脚接OSC32_OUT，U1的9脚接OSC32_IN，U1的104、105 、142、143、68～70、73～78、96 ～98脚分别与PD14、PD15、PD0、PD1、PE7～PE15、PD8～PD10对应相连，U1的32、160、59、34脚分别与PC0、PG15、PF11、PC2对应相连，U1的170、169、112、35、109、108脚分别与PE1、PE0、PG8、PC3、PG5、PG4对应相连，U1的106、67、66、65～60、21～16脚分别与PG2～PG0、PF15～PF12、PF5～PF0对应相连，U1的47、69、42脚分别与PA3、PE8、PA2对应相连，U1的169脚接PE10, U1的74脚接PE11,U1的75脚接PE12，U1的76脚接PE13，U1的119脚接PA8，U1的79脚接PB10，U1的80脚接PB11；

接插件P5的1～5脚分别与GND、JTCK、JTMS、+3.3V、RESET对应相连；RESET分别与电阻R11一端、电容C44一端相连，R11另一端接+3.3V，C44另一端接GND；

晶振Y2的1脚接OSC_OUT，Y2的3脚接OSC_IN；

晶振Y3的一端接OSC32_IN，晶振Y3的一端接OSC32_OUT；

U2的2、4、5、7、8、10、11、13、42、44、45、47、48、50、51、53脚分别与PD14、PD15、PD0、PD1、PE7～PE15、PD8～PD10对应相连，U2的16～19脚分别与PC0、PG15、PF11、PC2对应相连，U2的39、15、38、37、21、20脚分别与PE1、PE0、PG8、PC3、PG5、PG4对应相连，U2的36、35、22、34、33、32、31、30、29、26～23脚分别与PG2～PG0、PF15～PF12、PF5～PF0对应相连。

所述RS485电路包括SP3485EN-L/TR芯片U7，U7的1脚接PA3，U7的2、3脚接PE8，U7的4脚接PA2，U7的7、6脚分别与接插件P2的1、2脚对应相连。

U1通过RS485电路接收扫码仪的信息。

所述继电器端口输出电路包括继电器K1和继电器K5，K5的控制端一端分别与+12V、EL357芯片OP15输出端集电极相连，OP15输出端发射极接NPN三极管Q9的基极，Q9的集电极接K5的控制端另一端，OP15输入端阳极接+3.3V，OP15输入端阴极接PE10，K5受控端第一端接COM1，K5受控端第二端接S1_ON，K5受控端第三端接S1_OFF；COM1、S1_ON、S1_OFF用于引出到外面配合其他设备使用，扫码成功后继电器吸合。

K1的控制端一端分别与+12V、EL357芯片OP16输出端集电极相连，OP16输出端发射极接NPN三极管Q1的基极，Q1的集电极接K1的控制端另一端，OP16输入端阳极接+3.3V，OP16输入端阴极接PE11，K1受控端第一端接COM2，K1受控端第二端接S2_ON，K1受控端第三端接S2_OFF。COM2、S2_ON、S2_OFF用于引出到外面配合其他设备使用，扫码成功后继电器吸合。

所述光耦引脚输出电路包括EL357N(B)(TA)-G芯片OP17和EL357N(B)(TA)-G芯片OP18，OP17的输入端阳极接PE12，OP17的输入端阴极和OP18的输入端阴极接GND，OP18的输入端阳极接PE13；OP17的输出端集电极接IO1，OP18的输出端集电极接IO2，OP17和OP18的输出端发射极接GND。IO1、IO2 对外输出信号；扫码成功后对外做下拉信号。

所述电源变换电路包括YHT4S+12V/20W模块POW1，POW1的L端通过开关SK1B接L，POW1的N端接N，POW1的+12V端通过电感L3分别与+12V、LM2576-5.0芯片U4的1脚相连；

POW1的GND端通过电感L6分别与U4的3脚、电感L7一端相连，L7另一端分别与U9的GND端、GND相连，U9的Vin端分别与+5V、电感L5一端相连，L5另一端分别与U4的2脚、U4的4脚相连；U9的Vout端接+3.3V。

还包括输出接口电路，输出接口电路采用16脚接插件CH1，CH1的1、2、3～16脚分别与L、N、S2_OFF、S2_ON、COM2、S1_OFF、S1_ON、COM1、+5V、IO1、IO2、+12V、GND、A1、B1对应相连。

所述加热温度控制电路包括MOC3083芯片OP34和EL357芯片OP7，OP34的输入端阳极接+5V, OP34的输入端阴极接NPN三极管Q13的集电极, Q13的基极接PC13,Q13的发射极接GND; OP34输出端一端分别与加热带R97一端、SCR1管一端、继电器K8受控端一端相连，R97另一端接L，K8受控端另一端分别与N、SCR1管另一端相连，SCR1管控制端接OP34输出端另一端；

OP7输出端集电极分别与+12V、K8控制端一端相连，K8控制端另一端接NPN三极管Q7的集电极，Q7的基极接OP7输出端发射极，Q7的发射极接地；OP7输入端阳极接3.3V，OP7输入端阴极接PA8。

U1通过温度采集电路检查装置温度，通过加热温度控制电路对加热带的工作进行控制。

所述RS232电路包括SP3232芯片U3，U3的11～14脚分别与PB10、PB11、RS232_RX、RS232_TX对应相连。U1通过RS232电路传输相关信息。

还包括加热层的加热控制电路, 加热控制电路包括MOC3083芯片OP40，OP40的输入端阳极接+5V, OP40的输入端阴极接NPN三极管Q19的集电极, Q19的基极接PC3, Q19的发射极接GND; OP40输出端一端分别与CH102（CH102为镜头上的加热层）一端、SCR2管一端相连，SCR2管另一端接N，SCR2管控制端接OP40输出端另一端, CH102另一端接L。U1通过加热控制电路对镜头上的加热层的工作进行控制。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。