CN108242824A - 一种usb安全充电保护监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种USB安全充电保护监测仪，包括：主机，主机是由壳体、主控PCB板、位于主控PCB板两端的输入USB公头和输出母头构成的，主控PCB板上设置有MCU可编程芯片；主控PCB板上还设置有数字显示屏、电压ADC采样线路、电流ADC采样线路、NTC温度传感器采样线路、功能轻触按键、可控电子开关、蜂鸣器报警喇叭、EEPROM断电记忆芯片、采样电路、电脑联机串口、蓝牙模块、输入USB公头、USB输出母头、高通快充协议触发器、LDO稳压电路；输入USB公头和所述USB输出母头均与电压ADC采样线路、电流ADC采样线路、可控电子开关、高通快充协议触发器、LDO稳压电路连接。本发明设计的监测仪不仅可以实时测量设备充电过程的各种参数，而且适合规模化生产，进行广泛的推广。

Description

一种USB安全充电保护监测仪

技术领域

本发明涉及生活用品技术领域，更具体的说是涉及一种USB安全充电保护监测仪。

背景技术

目前市场上各种数码产品不断普及，使得USB充电器、充电宝、充电数据线的需求量越来越大，而数码产品充电几乎是人们每天都要做的事情，但是数码产品充电的时候没有办法了解充电速度的快慢、充电时间的长短以及充电电流电压的大小、电量的容量的多少，现在没有相关的仪器或者设备让人们获知充电过程的真实参数；同时市场上各种充电宝质量参差不齐，标称的电流和容量大小无法判断其真实性，只能猜测其真假，由于这些因素，给用户带来了巨大的困扰和不便。

因此，如何能提供一种在充电过程中可以实时测量电压、电流、充电时间、容量等参数的监测仪是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种USB安全充电保护监测仪，不仅可以实时检测数码设备充电和USB供电过程中流过USB接口数据的电压、电流、功率、容量、电量、温度、内阻、充电时间、快充协议的D+D-电压测量显示、容量系数、充电时间、倒计设置时间、存储数据组数字编号、切换中英文、USB的数据线D+D-快充协议电压的数据显示，而且还具有充电时充满自动断电、设置充电定时断电、高压低压过流自定断电保护、鉴别其它USB充电器充电宝质量优劣等功能，功能全，使用安全，更能满足消费者的需求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种USB安全充电保护监测仪，包括：主机，所述主机是由壳体、设置在所述壳体内部的主控PCB板、位于所述主控PCB板两端的输入USB公头和USB输出母头构成的；所述主控PCB板上设置有带ADC采样单片机的MCU可编程芯片；所述主控PCB板上还设置有与所述MCU可编程芯片连接的数字显示屏、电压ADC采样线路、电流ADC采样线路、NTC温度传感器采样线路、功能轻触按键、可控电子开关、蜂鸣器报警喇叭、EEPROM断电记忆芯片、采样电路、电脑联机串口、蓝牙模块、输入USB公头、USB输出母头、高通快充协议触发器、LDO稳压电路；所述输入USB公头和所述USB输出母头均与所述电压ADC采样线路、所述电流ADC采样线路、所述可控电子开关、所述高通快充协议触发器、所述LDO稳压电路连接。

优选的，在上述一种USB安全充电保护监测仪中，其中所述输入USB公头和USB输出母头可以为Micro USB/MiNi USB/iPhone5/Type-C/大电流接线柱等新型USB公头母头兼容检测充电数据线接口。

优选的，在上述一种USB安全充电保护监测仪中，所述壳体是由面壳以及通过扣合的方式与所述面壳对接的机身底壳组合而成的。

优选的，在上述一种USB安全充电保护监测仪中，所述主控PCB板为PCB玻纤基板。

优选的，在上述一种USB安全充电保护监测仪中，所述主控PCB板的底端设置有海绵垫。

优选的，在上述一种USB安全充电保护监测仪中，所述MCU可编程芯片中设置有技术软件程序系统，所述技术软件程序系统设置有容量系数设定模块、充电计时、过流过压低压门限切断输出蜂鸣器声音与显示双重报警、定时充电输出保护模块、倒计时断电保护、过流过压切断保护、蜂鸣器喇叭报警功能、后台系统设置模块、快充协议的D+D-电压监测、数据清零与查看、以及多组电参数据保存并再次调用查看等逻辑程序。

优选的，在上述一种USB安全充电保护监测仪中，所述采样电路为USB数据D+和数据D采样电路。

优选的，在上述一种USB安全充电保护监测仪中，所述数字显示屏设置有电压、电流、容量、电量、功率、内阻、温度、快充协议的D+D-电压测量显示、容量系数、充电时间、倒计设置时间、存储数据组编号显示、切换中英文、USB的数据线D+D-快充协议电压数值显示界面。

优选的，在上述一种USB安全充电保护监测仪中，所述电脑联机串口设置有电脑联机串口芯片。

优选的，在上述一种USB安全充电保护监测仪中，所述蓝牙模块设置有无线蓝牙接口芯片。

优选的，在上述一种USB安全充电保护监测仪中，所述输入USB公头和所述USB输出母头均设置有LDO基准稳压芯片；并且所述输入USB公头和所述USB输出母头均是通过所述LDO基准稳压芯片与所述MCU可编程芯片连接的。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种USB安全充电保护监测仪，具有以下有益效果：

(1)主控PCB板两端设置的输入USB公头和USB输出母头，用于USB电压的输入，其中电压输入后经过ADC采样单片机和可控电子开关后通过USB输出母头给设备充电；

(2)本发明通过ADC采样的微小电能输送至单片机，并且利用技术软件程序系统的计算之后在数字显示屏上显示各种测量数据，更加直观和明确；

(3)使用本发明进行充电，可以将充电过程中的容量、电量、时间等数据通过I2C协议传输至EEPROM断电记忆芯片里面，一方面断电记忆数据下次通电时可以随时调用，另一方面用户可以自行清零；

(4)功能轻触按键的设置可以方面主机的校准、数据清零复位、界面切换等操作，使用更加方便快捷；

(5)可控电子开关的设置，可以在过压、低压、充满自行断电和倒计时到时间的时候，通过电子开关切断USB电能的输出，不仅使用更加安全，而且更加节约电能；

(6)NTC温度传感器采样电路的设置可以检测主机内由于温度变化产生的不同电阻值，并且将这些数据输送至ADC采样单片机并通过数字显示屏进行显示；

(7)采样电路内设置有USB数据D+/D-电压ADC采样器件，用于采样的电压值送往ADC采样单片机中进行模数转换后计算出数据线快充协议电压值，并通过数字显示屏进行显示；

(8)主机内设置了电流电压采样电阻器，通过电阻的分压和大功率分流采样将电流的电压值送往ADC采样单片机中，并通过技术软件程序系统的逻辑运算测量，在数字显示屏中显示电压、电流、功率、容量、电量、内阻等参数；

(9)LDO基准稳压芯片的设置可以使在采样过程中以这个基准进行比较和ADC计算，从而得出精确的数值，以达到更精准的测量结果；

(10)主机内设置的蜂鸣器报警喇叭，可以在高压、低压、过流或者充满断电、定时断电的情况下进行声音提示；

(11)主机内设备的电脑联机串口芯片以及无线蓝牙接口芯片进行连接线路，这样在电脑联机时通过ADC采样单片机送出的数据到电脑PC端或者手机无线蓝牙接收端的测量数据均可以进行显示，并且可以进行曲线的绘制；

(12)MCU可编程芯片带有ADC采样单片机，可以给MCU烧录逻辑程序，在运行的过程中接收各样数据并进行逻辑运算后，输送至数字显示屏显示电压、电流、功率、容量、电量、温度、内阻、充电时间、快充协议的D+D-电压测量显示、容量系数、充电时间、倒计设置时间、存储数据组编号、切换中英文、USB的数据线D+D-快充协议电压等数据的显示；

(13)主机内设置了高通快充协议电压控制比例电阻器，在ADC采样单片机MCU可编程芯片发出高通协议后再按高通QC2.0、3.0和MTK等快充协议规范的电压值，嵌位后触发诱骗相应协议的高压输出作为测量和老化的等用途；

(14)主机内设置了独特的软校准逻辑，可以学习大型标准仪器的各项精标准度到存储器，可以支持断电永久保留，从而让USB测试仪具有大型标准仪器相同等级的精准度，满足精确测量的需要。

除此之外，在本发明中我们设计了独特的软件校准技术，设计原理是以大型仪器的精准度数据存储到USB测试仪内部的EEPROM存储器为测量依据，实际的电压电流置零和精准度校准方法是：在USB没通电的时候按住按键不放开并且插入通电瞬间，电压电流的置零校准完成并存入数据到存储器以测量调用用途，然后短按按键各个校准与后台设置界面的界面切换；在电流模式下，插入恒流负载的指定电流值，双击按键，显示屏开始闪烁，并自动校准开始，当停止闪烁的时候表示数据存储成功电流校准完毕；在电压校准界面模式下，标准稳压源供给稳定的指定的电压值，然后双击按键，自动校准到指定电压精准值并存储数据到出厂默认值，以供给下次用户复位的调用，到此学习大型一起的软校准逻辑方法步骤完成并成功校准，延续这个模式也可对温度以及其它后台设置相同操作。

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为本发明的壳体示意图。

图2为本发明主机内部结构示意图；

图3为本发明机身底壳结构示意图；

图4为本发明的数字显示屏界面图集；

图5为本发明硬件线路逻辑连接图；

图6为本发明的结构框架图；

图7为本发明的扩展延伸产品图。

图8为本发明的扩展延伸产品图。

图9为本发明的扩展延伸产品图。

图10为本发明的扩展延伸产品图。

图11为本发明的扩展延伸产品图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种USB安全充电保护监测仪，图1-图3所示包括：主机20、主机是由壳体1、设置在壳体1内部的主控PCB板、位于主控PCB板两端的输入USB公头和输出母头16构成的；其中壳体1是由面壳111以及通过扣合的方式与面壳111对接的机身壳体112组合而成的；机身壳体112用螺丝固定有喇叭、LED灯、数字显示屏4、主机板等配件，把数字显示屏6、功能轻触按键8、蜂鸣器报警喇叭10、输入USB公头15、USB输出母头16通过焊接的方式焊接在主控PCB板2，并且把海绵垫19放置在数字显示屏4底端托起数字显示屏4，同时将焊接好的PCB基板放置在机身底壳112中，再把面壳111扣合在机身底壳112上并且用力按压下去，通过多个咬合柱扣位把面壳111和机身底壳112以及主控PCB板固定为一个整体，整个组装过程操作简单，节省时间，提高了工作效率。

在数字显示屏4中可以通过按键的方式切换出多种界面，不同排版方式来显示电压、电流、容量、电量、功率、内阻、温度、快充协议的D+D-电压、容量系数、充电时间、倒计设置时间、存储数据组编号显示、切换中英文、USB的数据线D+D-快充协议电压等数据的显示。

主控PCB板2上设置有带ADC采样单片机的MCU可编程芯片3；主控PCB板2上还设置有与MCU可编程芯片3连接的数字显示屏4、电压ADC采样线路5、电流ADC采样线路6、NTC温度传感器采样线路7、功能轻触按键8、可控电子开关9、蜂鸣器报警喇叭10、EEPROM断电记忆芯片11、采样电路12、电脑联机串口13、蓝牙模块14、输入USB公头15、USB输出母头16、高通快充协议触发器17、LDO稳压电路18；输入USB公头15和USB输出母头16均与电压ADC采样线路5、电流ADC采样线路6、可控电子开关9、高通快充协议触发器17、LDO稳压电路18连接。

为了进一步优化上述技术方案，MCU可编程芯片3内部设置有软件工程师编译的技术软件程序系统，技术软件程序系统内部有逻辑函数设计，通过ADC采样单片机采样回来的数据模拟转换成数字信号后植入函数设计中，在数字显示屏4中显示电压、电流、容量、电量、功率、内阻、温度等信息，以及容量系数的设置、充电计时、过流过压低压门限切断输出蜂鸣器声音与显示双重报警、定时充电关断输出设置保护、国外英文、国内中文测量等多功能数据显示功能；定时功能、倒计时设置断电功能、过流过压切断保护功能、后台系统设置功能、蜂鸣器喇叭报警功能、快充协议的D+D-电压监测、数据清零与查看、以及多组电参数据保存并再次调用查看等逻辑设计，通电后系统运行点亮从而使整个发明装置开始进入工作状态。

为了进一步优化上述技术方案，电压ADC采样线路5、电流ADC采样线路6、NTC温度传感器采样线路7，分别用于电压、电流、温度的模拟信号采样，并且将采样数据转换成数字信号显示在数字显示瓶4的上面。

为了进一步优化上述技术方案，功能轻触按键8用于容量、电量、时间、等数据清零以及后台设置的操作和存储数据组的调用等用途。

为了进一步优化上述技术方案，可控电子开关9具有充电充满自动断电、定时断电、倒计时以及高压低压过流门限报警的断开输出等功能。

为了进一步优化上述技术方案，EEPROM断电记忆芯片11具有累计容量、电量、时间、校准参数、存储数据组群、后台设置参数的断电存储功能，而且方便主控芯片单片机随时调用数据，使用更加方便。

为了进一步优化上述技术方案，蜂鸣器报警喇叭10具有通电提示、充满断电、定时倒计时、高压低压过流时发声报警的功能。

为了进一步优化上述技术方案，采样电路12为USB数据D+和数据D-采样电路，具有侦测USB数据线的电压以及高通触发协议的输入功能。

为了进一步优化上述技术方案，电脑联机串口13和蓝牙模块14，主要用于将MCU可编程芯片3运算出的结果通过串行数据、有线或者蓝牙无线的方式输送至电脑端的PC软件进行运算，然后进行各种参数的显示以及各种测量曲线的回执，以方便参数的截取以及曲线的截取和保存；电脑联机串口芯片以及无线蓝牙接口芯片主要用于与电脑联机的时候各种数据的通讯。

为了进一步优化上述技术方案，输入USB公头15和USB输出母头16均设置有LDO基准稳压芯片，通过LDO基准稳压芯片输出稳定电压再连接MCU可编程芯片3，具有让采样单片机更稳定电压基准进行模拟数字转换基准稳压比较采样的用途，让测量数据更加明确，数字显示更加稳定不跳动。

为了进一步优化上述技术方案，带ADC采样单片机的MCU可编程芯片3，MCU可编程芯片3内部有软件工程师编译的技术软件程序系统，内部有这些逻辑设计，将通过ADC采样回来的数据模拟转换成数字信号植入这些函数，测量显示电压、电流、容量、电量、功率、内阻、温度等信息，以及具有容量系数设置、充电计时、过流过压低压门限切断输出蜂鸣器声音与显示双重报警、定时充电关断输出设置保护、国外英文、国内中文测量界面等多功能多数据测量显示功能，定时功能、倒计时设置断电功能，过流过压切断保护功能，后台系统设置功能，蜂鸣器喇叭报警功能，快充协议的D+D-电压监测等等。

为了进一步优化上述技术方案，数字显示屏4可以显示多种测量界面，包括：电压、电流、容量、电量、功率、内阻、温度、快充协议的D+D-电压测量显示、容量系数、充电时间、倒计设置时间、存储数据组群编号数字、切换中英文、USB的数据线D+D-快充协议电压等数据的显示界面。

为了进一步优化上述技术方案，本发明采用自带ADC模数转换采样单片机的MCU可编程芯片3由微电脑以及RAM随机存储器组成的可编程微处理器单片机系统，所烧写的控制逻辑软件主要由机器C语言编写的智能软件程序控制；MCU连接的显示屏4可以显示测量过程中的各种电参数内容；MCU连接的电压ADC采样线路5的微小电压信号进行计算测量显示电压值；MCU连接的电流ADC采样线路6的微小电流信号进行计算测量显示电流值；MCU连接的NTC温度传感器7采样线路的温度电压信号进行计算测量当前的温度值；MCU连接的功能轻触按键8可接受使用者界面切换、数据清零、精度校准以及后台设置等操作用途；MCU连接的可控电子开关9用于在高压、低压、过流、充满断电、定时充电关断的输出USB电源的开启与关断；MCU连接的蜂鸣器喇叭10可以实现开机声音提示、高压低压过流声音提示、充满断电与定时等声音提示；MCU连接的EEPROM断电记忆芯片11，可以存储校准参数、容量电量时间参数，后台设置参数和存储数据群编号参数，方便使用者按键操作时的数据调用与查看；MCU连接的电脑联机串口芯片和蓝牙模块14，可以与电脑通讯并通过电脑PC软件或手机APP软件来控制和显示参数以及绘制电流电压的曲线等用途；MCU连接的LDO稳压基准源线路18可以稳定的给MCU供电的同时还提供采样时用到的基准稳压参考来做电压电流准确计算测量；MCU连接的高通快充协议分压电阻电路17可以发送模拟手机的快充协议逻辑而触发相应的快充高电压值进行测量；所有这些器件通过一块PCB线路基板相连接起来，在USB输入端供电后，MCU芯片先复位就开始运行，首选点亮显示屏并显示采样回来计算出来的各种数据，当接收到使用者的一些按键操作指令，MCU就按相应的按键逻辑进行界面切换、数据清零、后台设置，数值增减等相应功能，在实际测量使用中的容量(mAh)、电量(Wh)、时间(T)、数据存储组群等数据还会存入EEPROM存储器进行数据存储记忆(断电也能长时间记忆)，有这些功能器件之间通过线路板PCB连通和MCU内的逻辑软件计算测量，使整个系统启动工作后实现整个USB测试仪的各项功能。

图7-图11为本发明的外形设计扩展成品部分，根据本发明的设计可以延伸设计出多种外观和多种结构以及不同界面的相同功能的不同视觉的产品，满足更多消费者的需求，实现产品规模化生产，推向市场，更好的服务于人类。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种USB安全充电保护监测仪，其特征在于，包括：主机(20)，所述主机(20)是由壳体(1)、设置在所述壳体(1)内部的主控PCB板(2)、位于所述主控PCB板(2)两端的输入USB公头(15)和USB输出母头(16)构成的；所述主控PCB板(2)上设置有带ADC采样单片机的MCU可编程芯片(3)；所述主控PCB板(2)上还设置有与所述MCU可编程芯片(3)连接的数字显示屏(4)、电压ADC采样线路(5)、电流ADC采样线路(6)、NTC温度传感器采样线路(7)、功能轻触按键(8)、可控电子开关(9)、蜂鸣器报警喇叭(10)、EEPROM断电记忆芯片(11)、采样电路(12)、电脑联机串口(13)、蓝牙模块(14)、输入USB公头(15)、USB输出母头(16)、高通快充协议触发器(17)、LDO稳压电路(18)；所述输入USB公头(15)和所述USB输出母头(16)均与所述电压ADC采样线路(5)、所述电流ADC采样线路(6)、所述可控电子开关(9)、所述高通快充协议触发器(17)、所述LDO稳压电路(18)连接。

2.根据权利要求1所述的一种USB安全充电保护监测仪，其特征在于，所述壳体(1)是由面壳(111)以及通过扣合的方式与所述面壳(111)对接的机身底壳(112)组合而成的。

3.根据权利要求1所述的一种USB安全充电保护监测仪，其特征在于，所述主控PCB板(2)为PCB玻纤基板。

4.根据权利要求1所述的一种USB安全充电保护监测仪，其特征在于，所述主控PCB板(2)的底端设置有海绵垫(19)。

5.根据权利要求1所述的一种USB安全充电保护监测仪，其特征在于，所述MCU可编程芯片(3)中设置有技术软件程序系统，所述技术软件程序系统设置有容量系数设定模块、充电计时、过流过压低压门限切断输出蜂鸣器声音与显示双重报警、定时充电输出保护模块、倒计时断电保护、过流过压切断保护、蜂鸣器喇叭报警功能、后台系统设置模块、快充协议的D+D-电压监测、数据清零与查看、以及多组电参数据保存并再次调用查看的逻辑程序。

6.根据权利要求1所述的一种USB安全充电保护监测仪，其特征在于，所述采样电路(12)为USB数据D+和数据D采样电路。

7.根据权利要求1所述的一种USB安全充电保护监测仪，其特征在于，所述数字显示屏(4)设置有电压、电流、容量、电量、功率、内阻、温度、快充协议的D+D-电压测量显示、容量系数、充电时间、倒计设置时间、存储数据组数字编号显示、切换中英文、USB的数据线D+D-快充协议电压数值显示界面。

8.根据权利要求1所述的一种USB安全充电保护监测仪，其特征在于，所述电脑联机串口(13)设置有电脑联机串口芯片。

9.根据权利要求1所述的一种USB安全充电保护监测仪，其特征在于，所述蓝牙模块(14)设置有无线蓝牙接口芯片。

10.根据权利要求1所述的一种USB安全充电保护监测仪，其特征在于，所述输入USB公头(15)和所述USB输出母头(16)均设置有LDO基准稳压芯片；并且所述输入USB公头(15)和所述USB输出母头(16)均是通过所述LDO基准稳压芯片与所述MCU可编程芯片(3)连接的。