CN210431812U - 一种单线多设备优先级通讯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单线多设备优先级通讯系统，MCU芯片，逻辑高电平选择电路，逻辑低电平选择电路，从端设备适配电路，所述MCU芯片引脚pin6‑pin14与逻辑高电平选择电路连接，所述MCU芯片引脚pin25‑pin31与逻辑低电平选择电路连接，所述的逻辑高电平选择电路和逻辑低电平选择电路通过电阻分压实现各阶梯电平偏置，所述的从端设备适配电路直接利用其GPIO口分压检测即可检拾输出数据。本申请通过电平阶梯作为状态检测，实现复位、充电或作为某状态标识，以及根据电平变化时序(逻辑)实现通讯，能够低成本的解决通讯与充电兼容的问题。

Description

一种单线多设备优先级通讯系统

技术领域

本实用新型涉及智能无线设备领域，具体涉及一种单线多设备优先级通讯系统。

背景技术

随着3G、4G、5G手机移动通讯设备的长足发展，与其配套的智能无线穿戴设备也越来越得到市场的青睐，例如：蓝牙耳机、TWS耳机、智能手环、智能遥控器、智能手柄、动感游戏控制器等等。

以蓝牙耳机为例，特别是TWS(true wireless stereo)蓝牙耳机，因其体积小到可以直接入耳佩戴，其电池就只能选择极小的体积，导致容量受限，仅能使用3-4小时，即需要随时充电。所以会再配置一款随身便携式充电盒。

现今市场上有的充电盒方法，充电盒有两只顶针(5V线，参考地线)。耳机入盒充电时，顶针顶到耳机两个触点，给耳机供给5V 实现充电。

因为充电盒本身也是电池，可能放完电后不能再给耳机充电，所以当充电盒电量不足时，需要提醒用户尽快充电。而用户只在使用耳机时，才会关注充电盒电量，故需要耳机使用时与充电盒通讯，以获知充电盒电量后，再通过语音或蓝牙通讯告知手机。

另一种情况是，TWS耳机使用时，首先需要左耳机与右耳机组对，再与手机配对连接，某时该仅能有一只耳机与手机连接，因某些原因，如用户只想用一只耳机，又恰巧不用那一只正在与手机联接，那么就需要将使用中的耳机切为主通讯耳机(主从切功能)，此时也需透过充电盒感知(盒内)状态，实现主从切后，充电盒才能给耳机充电，也是需要充电盒与耳机通讯。

充电盒与耳机通讯，目前市售充电盒方法有以下几种做法：

除充电线和参考地两根引线顶针外，再增加一根针，连接充电盒与耳机实现通讯(BOSS耳机等)，这种镀金弹针，工艺及材料的原因，会明显增加成本，且需要有位置空间摆放，耳机本身位置极小，增加弹针也会影响ID美感，以及占用射频空间而影响接收信号质量。

另一种做法是通过低功耗蓝牙芯片及协议，以空中无线通讯方式，实现与充电盒通讯，但成本会更高，同时还需要考虑RF射频质量。

还有一种做法，是通过在充电5V线上，脉冲开槽方式通讯。其直接消耗5V电能，且速度受5V电源滤波电容影响，高低电平不能快速反应，仅能实现极有限的几个指令功能。同时，TWS耳机是左右耳机一对，入盒充电时，不能区分是哪一只在与充电盒通讯。若用HALL器件识别，以区分是否入盒，其成本高及特殊位置放置，也不利于结构布局。

或者采用一种极端实现方法，是在左右耳机及充电盒上分别增加一颗逻辑芯片，对通讯信号进行调制解调。电路复杂，成本高昂，空间占用不利于耳机结构布局。

本市面上急需一种系统来解决仅使用2针实现充电与通讯兼容的问题；同时结构简单、占用空间小。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种采用阶梯电平传输数据、结构简单的单线多设备优先级通讯方法及系统。

为实现该技术目的，本实用新型的方案是：一种单线多设备优先级通讯系统，包括MCU芯片，逻辑高电平选择电路，逻辑低电平选择电路，从端设备适配电路，所述MCU芯片引脚pin6-pin14与逻辑高电平选择电路连接，所述MCU芯片引脚pin25-pin31与逻辑低电平选择电路连接，所述的逻辑高电平选择电路和逻辑低电平选择电路通过电阻分压实现各阶梯电平偏置，所述的从端设备适配电路直接利用其 GPIO口分压检测即可检拾输出数据。

作为优选，所述的从端设备适配电路包括从端主芯片CTR_IN,以其自身IO特性，即逻辑0.8V以下为低，1V以上为高，检测CTR_IN 端波形，可检拾到对端发来的数据，实现1V阶梯段高低逻辑数字接收，通过控制CTR_OUT电平，可输出期望的数据，实现收发。

作为优选，所述的从端设备适配电路还包括有电阻R23和电阻 R25，来至COMM_LINE波形电平，经R23分压后，实现1.5V阶梯段高低逻辑数字接收；通过控制CTR_OUT电平，及R25下偏电阻介入，可输出1.3V以下即为低的期望的数据，实现收发。

作为优选，所述的从端设备适配电路还包括有三极管Q4，电阻 R31和电阻R30，来至于COMM_LINE波形电平，经R29流入Q4，Q4经 R31、R30分压后，形成基极偏压，以设定导通门限，实现4.5V阶梯段高低逻辑数字接收；通过控制CTR_OUT电平，及R28下偏电阻介入，可输出4.3V以下即为低的期望的数据，实现收发。

作为优选，作为从端设备利用主端供电设备设定的电平阶梯，识别到中断，并利用该阶梯电平开槽实现通讯。

本实用新型的有益效果，采用单线复用原理，是以阶梯某电平，做为设备选择标识，以极简电阻分压方式，或三极管偏置而成的比较器，分别(发端)发送、(收端)检测各阶梯逻辑高低状态，根据电平阶梯作为状态检测，实现复位、充电或作为某状态标识，以及根据电平变化时序(逻辑)实现通讯。

附图说明

附图1为本实用新型的原理图；

附图2为9阶梯电平电路示意图；

附图3为MCU芯片IO口分布示意图；

附图4为从端设备的低档适配电路电路示意图；

附图5为从端设备的中档适配电路电路示意图；

附图6为从端设备的高档适配电路电路示意图；

附图7为通讯线上阶梯逻辑电平波形示意图；

附图8为充电盒端原理图；

附图9为耳机端原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1-9所示，本实用新型所述的具体实施例为一种单线多设备优先级通讯系统，包括MCU芯片，逻辑高电平选择电路，逻辑低电平选择电路，从端设备适配电路，所述MCU芯片引脚pin6-pin14与逻辑高电平选择电路连接，所述MCU芯片引脚pin25-pin31与逻辑低电平选择电路连接，所述的逻辑高电平选择电路和逻辑低电平选择电路通过电阻分压实现各阶梯电平偏置，所述的从端设备适配电路直接利用其GPIO口分压检测即可检拾输出数据。

所述的从端设备适配电路包括从端主芯片CTR_IN,以其自身IO 特性，即逻辑0.8V以下为低，1V以上为高，检测CTR_IN端波形，可检拾到对端发来的数据，实现1V阶梯段高低逻辑数字接收，通过控制CTR_OUT电平，可输出期望的数据，实现收发。利用电阻分压原理，实现了各阶梯高电平(上)偏置。利用电阻分压原理，实现了各阶梯低电平(下)偏置。利用高低电平偏置，实现跨阶梯合并，同时通讯(接受指令)。利用某电平阶梯，实现充电，复位，充满，欠电等状态标示，即利用状态实现通讯。能实现左右耳机信息交互，如盒内主从切换，组对等功能。能实现左右耳机与充电仓交互，如充电仓上报电量，通知耳机进入待机等功能。

所述的从端设备适配电路还包括有电阻R23和电阻R25，来至 COMM_LINE波形电平，经R23分压后，实现1.5V阶梯段高低逻辑数字接收；通过控制CTR_OUT电平，及R25下偏电阻介入，可输出1.3V 以下即为低的期望的数据，实现收发。

所述的从端设备适配电路还包括有三极管Q4，电阻R31和电阻 R30，来至于COMM_LINE波形电平，经R29流入Q4，Q4经R31、R30 分压后，形成基极偏压，以设定导通门限，实现4.5V阶梯段高低逻辑数字接收；通过控制CTR_OUT电平，及R28下偏电阻介入，可输出 4.3V以下即为低的期望的数据，实现收发。

作为从端设备利用主端供电设备设定的电平阶梯，识别到中断，并利用该阶梯电平开槽实现通讯。

如图1，一种单线多设备优先级通讯方法，将一个固定电压电平，通过若干电阻划分为N个阶梯电平，以阶梯电平来识别设备及标示状态，或以该阶梯电平优先级进行通讯。例如，将一个5V电平分成10 阶段，每一阶对应一个设备或一种状态，通过对每阶通讯定义(不需要复杂的编解码)，实现9个设备间通讯，或9个状态的传递。

如图2，以9阶梯电平举例，一种单线多设备优先级通讯电路，包括MCU芯片，逻辑高电平选择电路，逻辑低电平选择电路，从端设备适配电路，所述MCU芯片引脚pin6-pin14与逻辑高电平选择电路连接，所述MCU芯片引脚pin25-pin31与逻辑低电平选择电路连接，所述的逻辑高电平选择电路和逻辑低电平选择电路通过电阻分压实现各阶梯电平偏置，所述的从端设备适配电路直接利用其GPIO口分压检测即可检拾输出数据。

如图3，MCU芯片，系采用华大半导体公司的MCU，型号为 HC32F030，其低功耗，内置晶振电路，标准115200bps速率串口，方便用户联机调试。

如图4，从端主芯片CTR_IN,以其自身IO特性，即逻辑0.8V以下为低，1V以上为高，检测CTR_IN端波形，可检拾到对端发来的数据，实现1V阶梯段高低逻辑数字接收，通过控制CTR_OUT电平，可输出期望的数据，实现收发。

如图5，来至于COMM_LINE波形电平，经R26、R23分压后，从端主芯片CTR_IN,以其自身IO特性，即逻辑0.8V以下为低，1V以上为高，可检拾到对端发来的数据，实现1.5V阶梯段高低逻辑数字接收；通过控制CTR_OUT电平，及R25下偏电阻介入，可输出1.3V以下即为低的期望的数据，实现收发。

如图6，来至于COMM_LINE波形电平，经R29流入Q4，Q4经R31、 R30分压后，形成基极偏压，以设定导通门限(4.3V)，从端主芯片 CTR_IN,以其自身IO特性，即逻辑0.8V以下为低，1V以上为高，可检拾到对端发来的数据，实现4.5V阶梯段高低逻辑数字接收；通过控制CTR_OUT电平，及R28下偏电阻介入，可输出4.3V以下即为低的期望的数据，实现收发。

如图7所示，通讯线上(comm_line)阶梯逻辑电平波形：

电平阶梯i,101处波形，检测到高电平，即产生复位信号，使主芯片复位；

电平调整至h阶梯，102处波形，并保持高电平，可以进入充电状态。

电平在h阶梯g阶梯通讯，103处波形，此时h,g均识别到高和低，即可以得到数据。如发端实现与H设备，及G端备发送相同数据。

电平从g阶梯经f,e降至d阶梯，如104处波形，即e检测到低，可以作为充电满标志；

105处波形，实现了发端与D设备通讯过程。

106处波形，表示某状态。如耳机充电盒的耳机盒内标志(耳机端可见到b阶梯常高)。

I档，以4.5V为界，4.3V以下为低；4.7V以上为高，高以识别为某状态；同时跨h档，以4.0V为界，3.8V以下为低；4.2V以上为高；g档，以3.5V为界，3.3V以下为低；3.7V以上为高；d档，以 2.0V为界，1.8V以下为低；2.2V以上为高；b档，以1.0V为界，保持高电平，以某状态识别。

作为从端设备的耳机，利用主端充电盒设定的电平阶梯，识别到中断，并利用该阶梯电平开槽实现通讯。

如图8-9，本实用新型提供了一种蓝牙耳机单线多设备优先级通讯方法，USB口插AC充电器接入USB 5V电源，使充电管理芯片ETA9697 组成的充电电路，给充电盒内电池充电；左右耳机入盒并关盒，充电盒发通讯脉冲给耳机，使之进行主从切换功能，收到耳机完成回应后， MCU开充电芯片，升压5V给耳机复位充电；充电盒检测到耳机充电满时，关充电5V，切换为3V进行通讯，并将充电盒电量传给耳机，然后充电盒通知耳机，进入节能关机模式，收到回应即关机省电，此时，耳机关机，充电盒也关机，只有开盒动作被Hall器件检测到，再重开5V复位耳机开机。

本申请采用极简电路实现单线短距(10cm内)多设备间通讯系统，该方案可设置同时下发数据，并指定优先级设备进行通讯。本申请采用单线复用原理，是以阶梯某电平，做为设备选择标识。以极简电阻分压方式，或三极管偏置而成的比较器，分别(发端)发送、(收端)检测各阶梯逻辑高低状态，根据电平阶梯作为状态检测，实现复位、充电或作为某状态标识，以及根据电平变化时序(逻辑)实现通讯。本申请解决了充电与通讯兼容的问题；可应用于TWS蓝牙耳机，可且以指定哪一只耳机在通讯，或两只耳机同时接收充电盒指令；同时还能以电平方式标示各种状态，以使耳机及充电盒适时待机省电。而且本申请能实现了上述类似复杂功能，但成本与普通充电盒相同；与通讯功能的充电盒相比，成倍降低了成本及器件所占位置。又因其单线多状态、多阶梯逻辑通讯方式，以阶梯识别作为设备地址，可取代传统的USB，UART，IIC，RS485等协议，适用于更多短距接触式多联设备应用场合。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单线多设备优先级通讯系统，其特征在于：包括MCU芯片，逻辑高电平选择电路，逻辑低电平选择电路，从端设备适配电路，所述MCU芯片引脚pin6-pin14与逻辑高电平选择电路连接，所述MCU芯片引脚pin25-pin31与逻辑低电平选择电路连接，所述的逻辑高电平选择电路和逻辑低电平选择电路通过电阻分压实现各阶梯电平偏置，所述的从端设备适配电路直接利用其GPIO口分压检测即可检拾输出数据。

2.根据权利要求1所述的单线多设备优先级通讯系统，其特征在于：所述的从端设备适配电路包括从端主芯片CTR_IN,以其自身IO特性，即逻辑0.8V以下为低，1V以上为高，检测CTR_IN端波形，可检拾到对端发来的数据，实现1V阶梯段高低逻辑数字接收，通过控制CTR_OUT电平，可输出期望的数据，实现收发。

3.根据权利要求1所述的单线多设备优先级通讯系统，其特征在于：所述的从端设备适配电路还包括有电阻R23和电阻R25，来至COMM_LINE波形电平，经R23分压后，实现1.5V阶梯段高低逻辑数字接收；通过控制CTR_OUT电平，及R25下偏电阻介入，可输出1.3V以下即为低的期望的数据，实现收发。

4.根据权利要求1所述的单线多设备优先级通讯系统，其特征在于：所述的从端设备适配电路还包括有三极管Q4，电阻R31和电阻R30，来至于COMM_LINE波形电平，经R29流入Q4，Q4经R31、R30分压后，形成基极偏压，以设定导通门限，实现4.5V阶梯段高低逻辑数字接收；通过控制CTR_OUT电平，及R28下偏电阻介入，可输出4.3V以下即为低的期望的数据，实现收发。

5.根据权利要求1所述的单线多设备优先级通讯系统，其特征在于：作为从端设备利用主端供电设备设定的电平阶梯，识别到中断，并利用该阶梯电平开槽实现通讯。

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