CN108767926A - 耳机充电系统中的充电盒、耳机、计算机存储介质和耳机上传电量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耳机充电领域，尤其涉及耳机充电系统的充电盒、耳机，充电盒充电管理电路给COM公共线供电，充电盒MCU的普通引脚与COM公共线连接，充电盒MCU的GND脚与GND线连接；耳机充电管理电路从COM'公共线取电，耳机MCU的普通引脚与COM'公共线连接，耳机MCU的GND脚与GND'线连接，耳机充电管理电路的输入端还经电容C2连接至COM'公共线上，当耳机插入充电盒时，耳机上的受电端子和充电盒上的供电端子对接，使COM公共线导通COM'公共线，GND线导通GND'线；充电盒和耳机之间通过COM公共线和COM'公共线进行正常供电和数据交互，当COM'公共线的电平被拉低时，电容C2缓慢放电给耳机充电管理电路，为耳机充电管理电路短暂充电，保证充电盒和耳机进行数据交互时供电不间断。
Description
技术领域
本发明涉及耳机充电领域，尤其涉及耳机充电系统的充电盒、耳机，充电盒、耳机中各有计算机存储介质，每个计算机存储介质中均有可被MCU执行的程序。
背景技术
TWS耳机，也即真无线耳机，指的是两个耳机之间及耳机与移动设备之间，全是通过无线连接的方式，没有任何有线通信。TWS耳机，是未来耳机的主流发展趋势，目前包括华为、哈曼国际、苹果等巨头，纷纷加入TWS耳机的研发设计当中。
TWS耳机的趋势为尺寸、结构、外观尽可能简洁小巧，成本也要求越低越好。传统的TWS耳机，当进行充电时，充电盒与左右两个耳机之间的连接端子，一般只有两个Pin点，也即VCC/GND(其中位于充电盒上的连接端子称为供电端子，位于耳机上的连接端子称为受电端子)。该种设计是没有办法进行通信交互的，充电盒没有办法知道当前每个耳机的电量百分比是多少，也就没有办法进行电量显示，使得UI交互不太友好。现有技术中为了进行充电盒与耳机的通信，往往需要增加额外的Pin点，比如4个Pin点，除了供电的两根线外，额外添加两根线进行通信设计，但这种结构设计，很影响结构的美观性，而且材料成本也会提高。
发明内容
本发明的目的在于通过两个连接端子来实现充电盒和耳机之间的正常供电和数据交互，且充电盒和耳机进行数据交互时供电不间断。
为此，提供一种耳机充电系统，耳机充电系统中有充电盒和耳机。
所述充电盒充电盒的外壳中设有两个供电端子，外壳内藏有充电控制模块，该充电控制模块包括充电盒充电管理电路、充电盒MCU，充电控制模块还包括分别与其中两个供电端子连接的COM公共线和GND线，充电盒充电管理电路从充电盒的电源处取电，并给COM公共线供电，充电盒MCU的普通引脚与COM公共线连接，充电盒MCU的GND脚与GND线连接。
进一步地，充电盒充电管理电路与COM公共线的连接线路上串接有阴极连接COM公共线的二极管D1。
充电盒存储有用于查电的计算机存储介质，该计算机存储介质中的程序被充电盒MCU执行时实现以下步骤：
最先执行的启动步骤.将COM公共线拉至低电平；
下行传输确定步骤.将COM公共线拉至高电平；
在下行传输确定步骤之后执行的查询对象确定步骤.根据预设的数据定义表控制COM公共线的电平变化情况；
数据下行步骤.其在执行期间，充电盒MCU不对COM公共线进行控制；
在最后执行的结束步骤.将COM公共线拉回高电平。
进一步地，查询对象确定步骤具体为仅将COM公共线的电平拉高/低。
所述耳机是TWS耳机，耳机的外壳中设有两个受电端子，外壳内藏有储电控制模块，该储电控制模块包括耳机充电管理电路、耳机MCU，储电控制模块还包括分别与其中两个供电端子连接的COM'公共线和GND'线，耳机充电管理电路从COM'公共线取电，并给耳机中的电源供电，耳机MCU的普通引脚与COM'公共线连接，耳机MCU的GND脚与GND'线连接，耳机充电管理电路的输入端还经电容C2连接至COM'公共线上。
进一步地，在耳机充电管理电路的输入端与COM'公共线之间的连接线路上串接有二极管D2，二极管D2的阳极连接COM'公共线，二极管D2的阴极连接电容C2。
TWS耳机存储有用于上传电量的计算机存储介质，该计算机存储介质中的程序被耳机MCU执行时实现以下步骤：
最先执行的启动步骤.将COM'公共线拉至低电平；
上行传输确定步骤.将COM'公共线拉至低电平；
在上行传输确定步骤之后执行的耳机身份表明步骤.根据预设的数据定义表控制COM'公共线的电平变化情况；
数据上传步骤.按设定的次数，将COM'公共线连续变换，从而上传耳机的充电状态和/或电量百分比；
在最后执行的结束步骤.将COM'公共线拉回高电平。
进一步地，身份表明步骤中仅将COM'公共线的电平拉高/低。
进一步地，充电盒MCU和/或耳机MCU执行每项步骤的持续时间相同。
有益效果：
本发明的充电盒充电管理电路给COM公共线供电，充电盒MCU的普通引脚与COM公共线连接，充电盒MCU的GND脚与GND线连接；
耳机充电管理电路从COM'公共线取电，耳机MCU的普通引脚与COM'公共线连接，耳机MCU的GND脚与GND'线连接，耳机充电管理电路的输入端还经电容C2连接至COM'公共线上，当耳机插入充电盒时，耳机上的受电端子和充电盒上的供电端子对接，使COM公共线导通COM'公共线，GND线导通GND'线；
充电盒和耳机之间通过COM公共线和COM'公共线进行正常供电和数据交互，当COM'公共线的电平被拉低时，电容C2缓慢放电给耳机充电管理电路，为耳机充电管理电路短暂充电，保证充电盒和耳机进行数据交互时供电不间断。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是左耳机和右耳机分别插入充电盒后的电路连接示意图。
图2是当充电盒向左耳机发送查电请求时COM公共线的波形图。
图3是当左耳上传电量时COM'公共线的波形图。
具体实施方式
见图1，图1为左/右耳机插入充电盒后的电路连接示意图，图中左侧为充电盒的充电控制模块，左耳机和右耳机均为TWS耳机。
在充电控制模块中，充电盒充电管理电路为现有技术，其从充电盒电池中取电，并将电流的功率进行变换后输送至COM公共线中。为了保证单向导通充电及降压保护，在充电盒充电管理电路与COM公共线的连接线路上串接一个二极管D1，其中二极管的阴极连接COM公共线。
充电控制模块中设有一个充电盒MCU，其是进行充电控制及通信控制的发起端。充电盒MCU经由充电盒电压转换电路从充电盒电池处取电，其中充电盒电压转换电路具体为LDO电路/DC-DC转换电路，其用于进行电压转换，从而给充电盒MCU提供正常工作时所需的电压。
通电后，充电盒MCU用一个普通引脚来与COM公共线连接，通过该普通引脚来控制/感应COM公共线的电平。充电盒MCU用其GND脚来与GND线连接，从而确保对地基准电压。充电盒MCU还与充电盒充电管理电路进行I2C/SPI/UART通信，从而对充电盒充电管理电路的功率转换过程进行控制。
见图1，充电盒的外壳外侧裸露有四个供电端子A1、A2、B1、B2，供电端子A1、B1共同连接充电控制模块的COM公共线，供电端子A2、B2共同连接充电控制模块的GND线。左耳机的外壳上有两个受电端子A1'、A2'，左耳机插入充电盒上充电时，受电端子A1'、A2'分别对接供电端子A1、A2。右耳机的外壳上也有受电端子B1'、B2'，右耳机插入充电盒上充电时，受电端子B1'、B2'分别对接供电端子B1、B2。
左耳机和右耳机插入充电盒上充电时，左耳机和右耳机分别与充电盒建立电气连接关系，其电路连接示意图如图1所示。图1中，右侧分别为左耳机和右耳机的储电控制模块，其中左耳机和右耳机的储电控制模块在电路组成和连接方式上均相同，为简化说明，下文仅对左耳机的储电控制模块的电路组成和连接方式进行描述，右耳机类同。
在左耳机的储电控制模块中，左耳机MCU经由左耳机电压转换电路从左耳机电池处取电，其中左耳机电压转换电路为LDO电路/DC-DC转换电路。将左耳机的受电端子A1'经由COM'公共线连接至左耳机MCU的普通引脚，将左耳机的受电端子A2'经由GND'线连接至左耳机MCU的GND脚，在左耳机插入充电盒后，COM公共线与COM'公共线连通，GND线与GND'线连通。储电控制模块中还设有左耳机充电管理电路，该左耳机充电管理电路的输入端从COM'公共线上取电，并给左耳机电池充电。
左耳机充电管理电路的输入端还经电容C2连接至COM'公共线上，COM'公共线为高电平时给电容C2充电。当COM'公共线的电平被拉低时，电容C2缓慢放电给左耳机充电管理电路，为左耳机充电管理电路短暂充电。此外，当COM'公共线的电平由低突然被拉高时，电容C2可降低COM'公共线的电压突变波动，避免尖端毛刺的产生。一旦COM'公共线的电平回高，则电容C2恢复被充电。在左耳机充电管理电路的输入端与COM'公共线之间的连接线路上串接一个二极管D2，该二极管D2的阳极连接COM'公共线，二极管D2的阴极连接电容C2，利用二极管D2来阻断电容C2的放电电流倒灌回COM'公共线，保证电容C2不会立马放电结束。
左耳机充电管理电路经由I2C/SPI/UART来与左耳机MCU进行通信，以接收左耳机MCU的控制指令。
左耳机和右耳机插入充电盒时，充电的过程如下所示：
常态下，充电盒充电管理电路给COM公共线供电，使COM公共线和COM'公共线均高电平，电容C2、电容C2'被充电。
若充电盒想获知左耳机的电量，则见图2，执行下列步骤以向左耳机发送查电请求：
S11：首先，充电盒MCU将COM公共线的电平拉低1ms，此时所有耳机检测到低电平跳变后，知道启动信号发生，就开始接收数据；
S12：然后，充电盒MCU将COM公共线持续1ms，表示充电盒准备查询耳机数据，数据传输方向为下行；
S13：接着，充电盒MCU将COM公共线再持续1ms，表示充电盒准备查询的是左耳机的数据，则左耳机继续接收数据，右耳机停止接收数据(右耳机也可不停止接收数据，只需接收完数据后不理会即可，只是稍微耗电而已)；
S14：充电盒MCU连续将COM公共线的电平拉高/拉低6次，每次持续时间1ms，从而实现6bit数据的下行，其中这6bit数据并无特定意义，故优选地，在S14中，充电盒MCU不对COM公共线进行控制从而省电，使这6bit数据均为1或0；
S15：6bit数据发完后，充电盒MCU将COM公共线拉回高电平，表示结束通信。
左耳机收到充电盒的查电请求后，见图3，执行下列步骤以完成用于上传电量的应答：
S21：首先，左耳机MCU将COM'公共线的电平拉低1ms，此时充电盒和右耳机检测到低电平跳变后，知道启动信号发生，就开始接收数据；
S22：然后，左耳机MCU将COM'公共线持续1ms，表示数据传输方向为上行，则充电盒继续接收数据，右耳机停止接收数据；
S23：接着，左耳机MCU再将COM'公共线再持续1ms，使充电盒知道该数据为左耳机所发送；
S24：左耳机MCU连续将COM公共线'的电平拉高/拉低6次，每次持续时间1ms，表示6bit数据，其中这6bit数据表征充电状态和电量百分比；
S25：6bit数据发完后，左耳机MCU将COM'公共线的电平拉回高电平，表示结束通信。
在S11～S15、S21～S25这些步骤中，当COM公共线/COM'公共线上的电平为低电平时，电容C2就会自动给耳机充电管理电路短暂充电。
若充电盒想获知右耳机的电量，则参照步骤S1执行，但需将步骤S13中的COM公共线由高电平变成低电平，使左耳机停止接收数据，右耳机继续接收数据。
若右耳机想要应答，则参照步骤S2，但需将步骤S23中的COM'公共线由低电平变成高电平，使充电盒知道该数据为右耳机所发送。
需要说明的是，应答需要在10ms内完成，否则充电盒认为数据传输失败，进而再次发送数据/无动作。若应答在10ms内完成，则充电盒重新开始启动新的一帧数据。
从上文可见，本实施例中，COM公共线/COM'公共线上的一帧数据的长度为1bit起始位+8bit数据位，此结构适用于充电盒同时为双耳机充电。为方便理解，提供8bit数据位的数据定义表供人阅读，详见下表1，其中，B0可以概述为方向位，B1代表地址位。
表1
若充电盒想同时为更多的耳机充电，则充电盒可设置更多数量的供电端子，并增加COM公共线/COM'公共线上的一帧数据的长度，扩展十分方便。如若充电盒想同时为三个耳机充电，则将COM公共线/COM'公共线上的一帧数据的长度变为1bit起始位+9bit数据位，其中9bit数据位的数据定义表如下表2所示。
表2
需要说明的是，上文中的1ms为持续时间，可根据需要对该持续时间进行调整。通过控制各个电平的持续时间相同，若COM公共线/COM'公共线上的某个电平的持续时间与其他电平不同，不为1ms，则可认为该帧数据出错。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.充电盒，设有充电控制模块和两个用于外接的供电端子，充电控制模块包括充电盒充电管理电路、充电盒MCU，
其特征是：
充电控制模块还包括分别与上述两个供电端子连接的COM公共线和GND线，充电盒充电管理电路从充电盒的电源处取电，并给COM公共线供电，充电盒MCU的普通引脚与COM公共线连接，充电盒MCU的GND脚与GND线连接；
充电盒有用于查电的计算机存储介质，计算机存储介质内有程序，该程序被充电盒中的充电盒MCU执行时实现以下步骤：
最先执行的启动步骤.将COM公共线拉至低电平；
下行传输确定步骤.将COM公共线拉至高电平；
在下行传输确定步骤之后执行的查询对象确定步骤.经COM公共线确定充电盒准备查询的对象；
在最后执行的结束步骤.将COM公共线拉回高电平。
2.根据权利要求1所述的充电盒，其特征是：充电盒充电管理电路与COM公共线的连接线路上串接有二极管D1，二极管D1的阴极连接COM公共线。
3.耳机，设有储电控制模块和两个用于外接的受电端子，储电控制模块包括耳机充电管理电路、耳机MCU，
其特征是：
储电控制模块还包括分别与上述两个供电端子连接的COM'公共线和GND'线，耳机充电管理电路的输入端从COM'公共线取电，并给耳机中的电源充电，耳机MCU的普通引脚与COM'公共线连接，耳机MCU的GND脚与GND'线连接，耳机充电管理电路的输入端经电容C2连接至COM'公共线上。
4.根据权利要求3所述的耳机，其特征是：在耳机充电管理电路的输入端与COM'公共线之间的连接线路上串接有二极管D2，二极管D2的阳极连接COM'公共线，二极管D2的阴极连接电容C2。
5.根据权利要求3所述的耳机，其特征是：所述耳机是TWS耳机。
6.耳机上传电量的方法，所述耳机为权利要求3～5任一项所述的耳机，所述方法包括以下步骤：
最先执行的启动步骤.将COM'公共线拉至低电平；
上行传输确定步骤.使COM'公共线为低电平；
在上行传输确定步骤之后执行的耳机身份表明步骤.根据预设的数据定义表控制COM'公共线的电平变化情况；
数据上传步骤.经COM'公共线上传耳机的充电状态和/或电量百分比；
最后执行的结束步骤.将COM'公共线拉回至高电平。
7.根据权利要求6所述的耳机上传电量的方法，其特征是身份表明步骤具体为：仅将COM'公共线的电平拉高/低。
8.用于上传电量的计算机存储介质，计算机存储介质内有程序，其特征是该程序被权利要求3～5任一项所述的耳机中的耳机MCU执行时，实现权利要求6或7所述的方法。
9.耳机充电系统，其特征是包括权利要求1～3任一项所述的充电盒和权利要求3～5任一项所述的耳机，当耳机插入充电盒时，受电端子和供电端子对接。
10.根据权利要求9所述的耳机充电系统，其特征是：耳机中的耳机MCU执行时实现权利要求6或7所述的方法。
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