一种USB设备保护电路的制作方法

一种usb设备保护电路
技术领域
1.本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种usb设备保护电路。


背景技术：

2.现有电子设备或电路板的usb接口功能检测一般是通过直接接入u盘、读卡器等usb设备，查看usb设备是否可以正常接入，从而判断usb接口是否故障。在测试电子设备或电路板的usb接口功能时，当电路板因某种原因或故障出现usb接口电压偏大时，测试工作人员无法察觉，这时若仍插入usb设备进行测试，往往会对usb设备造成肉眼难以察觉的损害。如果仍未察觉电压偏大，继续插入usb设备，往往会造成多个usb设备损坏。
3.更为危险的是，若电子设备或电路板的usb接口电路存在电路故障导致短路的情况，本身没有故障的usb设备在接入此类usb接口时候容易被直接烧毁，此时测试工作人员才能发现usb接口的故障，但检测的usb设备已经被损坏，无法循环使用。现有的usb接口检测方式无法对usb设备进行较好的保护，在造成安全隐患的同时存在因usb设备故障带来的检测成本高昂的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种usb设备保护电路，用于在进行usb接口功能测试的过程中保护usb测试设备。
5.第一方面，本技术提供了一种usb设备保护电路，包括：第一连接设备、第二连接设备、电压采值模块、单片机模块和继电器模块；
6.所述电压采值模块与所述第一连接设备连接；
7.所述单片机模块分别与所述电压采值模块和所述继电器模块连接；
8.所述继电器模块与所述第二连接设备连接；
9.所述第二连接设备为待测试usb功能的设备，且所述第二连接设备上接有外部usb设备；
10.所述电压采值模块用于获取所述第一连接设备的输出电压并发送至所述单片机模块；其中，所述第二连接设备上插入所述第一连接设备；
11.所述单片机模块用于分析来自所述电压采值模块发送的电压信号，并根据分析结果发送对应的控制信号至所述继电器模块；其中，当所述电压信号的分析结果正常时，所述单片机模块发送高电平指令至所述继电器模块以使所述继电器模块为所述第二连接设备提供驱动电源。
12.不同于现有技术中直接将usb设备插入待测试设备的usb连接开展usb功能测试，本技术中设置电压采集模块和单片机模块，由电压采值模块获取第一连接设备即待测试usb功能设备的输出电压信号并发送至单片机模块，由单片机模块对获取的电压信号进行分析处理并发送对应的控制信号给继电器模块，若电压信号分析正常则单片机模块发送高电平指令给继电器模块，以使继电器模块可以供电至第二连接设备，继而第二连接设备连
接的usb设备可以正常工作开展测试。即，只有当第一连接设备的输出电压处于正常工作范围内，外接在第二连接设备上的usb设备才能接收驱动电源从而开展usb功能测试。本技术提供的一种usb设备保护电路可以避免因usb连接故障产生的电压过大甚至是短路等情况对usb测试设备造成不可挽回的损坏，在usb连接测试过程中对usb设备进行较好的保护。
13.在一种实现方式中，所述电压采值模块包括第三电阻、第四电阻、第一电容和第一稳压二极管，具体为：
14.所述第四电阻的第一端与所述第一连接设备的供电端连接；
15.所述第四电阻的第二端与所述第一稳压二极管的负极、所述第一电容的第一端、所述第三电阻的第一端和所述单片机模块的第十六引脚连接；
16.所述第一稳压二极管的正极、所述第一电容的第二端和所述第三电阻的第二端接地。
17.在一种实现方式中，所述继电器模块包括第五电阻、第一二极管、第一三极管和继电器；
18.所述第五电阻的第一端与所述单片机模块的第十五引脚连接；
19.所述第五电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接；
20.所述第一三极管的集电极与所述第一二极管的正极和所述继电器的第二引脚连接；
21.所述第一二极管的负极与所述供电端和所述继电器的第一引脚连接；
22.所述第一三极管的发射极接地；
23.所述继电器的第四引脚与所述第一连接设备的供电脚连接；
24.所述继电器的第五引脚与所述第二连接设备的供电脚连接。
25.在一种实现方式中，所述usb设备保护电路还包括指示灯模块，具体为：
26.所述指示灯模块包括第一电阻、第二电阻、第一发光二极管和第二发光二极管；
27.所述第一电阻的第一端与所述第二电阻的第一端和所述供电端连接；
28.所述第一电阻的第二端与所述第一发光二极管的正极连接；
29.所述第一发光二极管的负极与所述单片机模块的第二引脚连接；
30.所述第二电阻的第二端与所述第二发光二极管的正极连接；
31.所述第二发光二极管的负极与所述单片机模块的第一引脚连接。
32.在一种实现方式中，所述usb设备保护电路还包括语音模块，具体为：
33.所述语音模块包括第四电容、第五电容、第二二极管、第七电阻、第八电阻、第二三极管和蜂鸣器；
34.所述第七电阻的第一端与所述单片机模块的第十四引脚连接；
35.所述第七电阻的第二端与所述第二三极管的基极和所述第五电容的第一端连接；
36.所述第五电容的第二端接地；
37.所述第二三极管的发射极与所述第八电阻的第一端连接；
38.所述第八电阻的第二端与所述第五电容的第二端连接；
39.所述第二三极管的集电极与所述第四电容的第一端、所述第二二极管的正极、所述蜂鸣器的负极输入端连接；
40.所述第四电容的第二端与所述第二二极管的负极、所述蜂鸣器的正极输入端和所
述供电端连接。
41.在一种实现方式中，所述usb设备保护电路还包括程序烧写接口，具体为：
42.所述单片机模块的rxd引脚与所述程序烧写接口的第二接入端连接；
43.所述单片机模块的txd引脚与所述程序烧写接口的第三接入端连接；
44.所述程序烧写接口的第一接入端接地；
45.所述程序烧写接口的第四接入端与所述供电端连接。
46.在一种实现方式中，所述usb设备保护电路还包括电源模块，具体为：
47.所述电源模块包括dc座、第二电容和第三电容；
48.所述dc座的第一引脚与所述供电端、所述第二电容的第一端、所述第三电容的第一端、所述单片机模块的供电引脚连接；
49.所述dc座的第二引脚和第三引脚与所述第二电容的第二端、所述第三电容的第二端、所述单片机模块的接地引脚连接；
50.所述dc座的第二引脚和第三引脚接地。
51.在一种实现方式中，所述单片机模块用于分析来自所述电压采值模块发送的电压信号，并根据分析结果发送对应的控制信号至所述继电器模块，还包括：当所述分析结果为欠压或过压时，所述单片机模块发送低电平指令至所述继电器模块无法为所述第二连接设备提供驱动电源。
52.在一种实现方式中，所述单片机模块用于分析来自所述电压采值模块发送的电压信号，并根据分析结果发送对应的控制信号至所述继电器模块时，还包括：所述单片机模块根据分析结果发送对应预设时间间隔的高低电平指令至所述语音模块，以使所述语音模块输出对应的提示音。
附图说明
53.图1是本发明实施例提供的一种usb设备保护电路的模块连接图；
54.图2是本发明实施例提供的一种usb设备保护电路的连接关系示意图。
具体实施方式
55.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
56.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
57.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
58.首先，对本技术中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。
59.(1)公座：一般来讲，接插件部分，被焊在pcb板上的被称为母座(带孔)，而带线端插入母座的插头称为公座。示例性的，手机上的micro usb可以理解为母座，而带线端插入母座充电的插头是公座。
60.(2)继电器：继电器主要用于控制电路，通过继电器可实现用一路控制信号控制另一路或几路信号的功能，完成启动、停止、联动等控制。
61.(3)rxd：全称receive external data，即接收外部设备传来的数据，也称为接收数据的引脚。
62.(4)txd：全称transmit a external data，即发送数据引脚。
63.实施例1
64.参见图1，参见图1，图1是本发明实施例提供的一种usb设备保护电路的模块连接图。本发明实施例提供一种usb保护电路。包括：第一连接设备101、第二连接设备102、电压采值模块103、单片机模块104和继电器模块105。电压采值模块103与第一连接设备101连接；单片机模块分别104与电压采值模块103和继电器模块105连接；继电器模块105与第二连接设备102连接。
65.第二连接设备102为待测试usb功能的设备，且所述第二连接设备102上接有外部usb设备；电压采值模块103用于获取第一连接设备101的输出电压并发送至单片机模块104；其中，第二连接设备102上插入所述第一连接设备101；
66.单片机模块104用于分析来自电压采值模块103发送的电压信号，并根据分析结果发送对应的控制信号至继电器模块105；其中，当所述电压信号的分析结果正常时，单片机模块104发送高电平指令至继电器模块105以使继电器模块105为所述第二连接设备102提供驱动电源。
67.参见图2，图2是本发明实施例提供的一种usb设备保护电路的连接关系示意图。本发明实施例中，电压采值模块103包括第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1和第一稳压二极管dw1，具体为：第四电阻r4的第一端与第一连接设备101的供电端vcc连接；第四电阻r4的第二端与第一稳压二极管dw1的负极、第一电容c1的第一端、第三电阻r3的第一端和单片机模块104的第十六引脚16连接；第一稳压二极管dw1的正极、第一电容c1的第二端和第三电阻r3的第二端接地。
68.本发明实施例中，继电器模块105包括第五电阻r5、第一二极管d1、第一三极管q1和继电器re1；本发明实施例中采用5v5脚的继电器，具体为：第五电阻r5的第一端与单片机模块的第十五引脚15连接；第五电阻r5的第二端与第一三极管q1的基极连接；第一三极管q1的集电极与第一二极管d1的正极和继电器re1的第二引脚2连接；第一二极管d1的负极与+5v供电端和继电器re1的第一引脚1连接；第一三极管q1的发射极接地；继电器re1的第二引脚与第一三极管q1的发射极连接；继电器re1的第四引脚4与第一连接设备的供电脚vcc连接；继电器re1的第五引脚5与第二连接设备102的供电脚vcc连接。其中，第一二极管d1起稳压作用。
69.本发明实施例提供的一种usb设备保护电路还包括指示灯模块106，指示灯模块106包括第一电阻r1、第二电阻r2、第一发光二极管led1和第二发光二极管led2；第一电阻r1的第一端与第二电阻r2的第一端和+5v供电端连接；第一电阻r1的第二端与第一发光二极管led的正极连接；第一发光二极管led1的负极与单片机模块的第二引脚2连接；第二电
阻r2的第二端与第二发光二极管led2的正极连接；第二发光二极管led2的负极与单片机模块的第一引脚1连接。
70.本发明实施例提供的一种usb设备保护电路还包括语音模块107，语音模块107包括第四电容c4、第五电容cc5、第二二极管d2、第七电阻r7、第八电阻r8、第二三极管q2和蜂鸣器b1；第七电阻r7的第一端与单片机模块104的第十四引脚14连接；第七电阻第二三极管q2的基极和第五电容c5的第一端连接；第五电容c5的第二端接地；第二三极管q2的发射极与第八电阻r8的第一端连接；第八电阻r8的第二端与第五电容c5的第二端连接；第二三极管q2的集电极与第四电容c4的第一端、第二二极管d2的正极、蜂鸣器b1的负极输入端连接；第四电容c4的第二端与第二二极管d2的负蜂鸣器b1的正极输入端和+5v供电端连接。
71.本发明实施例还包括程序烧写接口xs1，程序烧写接口xs1用于外界离线烧写器。具体的，单片机模块104的rxd引脚与程序烧写接口xs1的第二接入端连接；单片机模块104的txd引脚与程序烧写接口xs1的第三接入端连接；程序烧写接口xs1的第一接入端接地；程序烧写接口xs1的第四接入端与+5v供电端连接。在本实施例中，程序烧写接口xs1可用于外接stc－u8w离线烧写器，程序烧写接口xs1同时连接到单片机模块104，即可通过stc－u8w离线烧写器对单片机模块104进行程序烧写。在stc－u8w离线烧写器对单片机模块104进行程序烧写前，单片机模块104发送低电平指令到指示灯模块106的第二发光二极管led2，指示灯模块106的第二发光二极管led2接收到低电平指令后，不驱动第二发光二极管led2发亮，第二发光二极管led2不亮。即向工作人员示明单片机模块104在程序烧写前的状态。stc－u8w离线烧写器对单片机模块104进行程序烧写过程时，单片机模块104发送高低电平指令到指示灯模块106的第二发光二极管led2，指示灯模块106的第二发光二极管led2接收到高低电平指令后，驱动第二发光二极管led2闪亮，第二发光二极管led2呈现闪亮状态。即向工作人员示明单片机模块203在程序烧写时的状态。stc－u8w离线烧写器对单片机模块104进行程序烧写成功后，单片机模块104发送高电平指令到指示灯模块106的第二发光二极管led2，指示灯模块106的第二发光二极管led2收到高电平指令后，驱动led2常亮，第二发光二极管led2呈现常亮状态。即向工作人员示明单片机模块203在程序烧写成功的状态。
72.本发明实施例提供的一种usb设备保护电路还包括电源模块109，电源模块109用于接入外部电源，为本实施例提供的一种usb设备保护电路的工作运行提供电能，同时供电给指示灯模块106、单片机模块104，程序烧写接口108、继电器模块105、语音模块107。电源模块109包括dc座、第二电容c2和第三电容c3；dc座的第一引脚1与+5v供电端、第二电容c2的第一端、第三电容c3的第一端、单片机模块104的供电引脚vcc连接；dc座的第二引脚和第三引脚与第二电容c2的第二端、第三电容c3的第二端、单片机模块104的接地引脚gnd连接；dc座的第二引脚2和第三引脚3接地。
73.本发明实施例中，第一连接设备101为usb公座，第二连接设备102为usb母座。usb公座的正极输入端d+与第二连接设备102的正极输入端d+连接；usb公座的负极输入端d－与usn母座的负极输入端d－连接。usb公座和usb母座的接地端引脚接地连接。本实施例中单片机模块104采用stc15w408as单片机，其内部含内含a/d数模转换功能，可以把电压大小值转换成数字信号，为程序分析提供原始数据使用，无需额外在系统中接入a/d转换器。本技术中，usb母座可用于插入u盘、读卡器以及鼠标等外部设备，工作电压在4.5v－5.5v之间。作为本发明实施例的一个案例，将usb公座插入至待测usb功能的usb母座，由电压采值
模块103获取usb母座的输出电压，并发送至单片机模块104。单片机模块104对接收到的电压信号进行数模转换，再根据预先烧录的程序进行分析，当电压信号在usb母座工作电压范围之间时，单片机模块104发送时长为1秒的高低电平指令到语音模块107，语音模块107接收到高电平交替的命令后经内部功放电路放大，传至蜂鸣器发出“嘟...嘟”两声时间长度为1秒钟的语音提示，以提示工作人员，感知到这是被测试设备/电路板上的usb母座是电压正常现象。同时，单片机模块104还发送高电平指令至继电器模块105，以使继电器模块处于导通状态，为usb母座提供驱动电源。即，连接在usb母座上的usb外部设备可以正常工作运行，工作人员可以通过usb外部设备直接对usb母座进行数据读取，从而判定测试设备即usb母座的usb功能是否合格。
74.作为本发明实施例的又一方案，将usb公座插入至待测usb功能的usb母座，由电压采值模块103获取usb母公座的输出电压，并发送至单片机模块104。单片机模块104对接收到的电压信号进行数模转换，再根据预先烧录的程序进行分析，当电压信号低于usb母座最小工作电压，即0－4.4v之间时，单片机模块104不断发送高电平与低电平时间间隔为2秒钟的高低电平指令至语音模块107，语音模块107收到该高低电平交替的命令后，经内部功放电路放大，传至蜂鸣器，蜂鸣器不断发出“嘟...嘟...嘟...”嘟跟嘟之间时间间隔为2秒钟的语音提示，此时称为缠绵声音，给人一种有气无力的听觉，进而使测试的工作人员，感知到这是被测试设备/电路板上的usb母座是欠电压现象，进一步判定此电压不合格；在单片机模块104不断产生高低电平交替(高电平跟低电平之间时间间隔为2秒钟)的指令到语音模块107的同一时间，单片机模块104同时发送低电平指令到继电器模块105，继电器模块105收到低电平指令后，继电器模块105内的继电器re1处于断开状态，使usb母座的供电端口vcc处于非接通状态，即把插到usb母座上的外部设备，如u盘，读卡器、鼠标等的电源切断了，从电源上阻碍了usb外部设备的工作运行，让工作人员无法测试设备/电路板上的usb功能，即可判定usb母座的usb接口功能不合格。
75.作为本发明实施例的另一发明实施例，将usb公座插入至待测usb功能的usb母座，由电压采值模块103获取usb母公座的输出电压，并发送至单片机模块104。单片机模块104对接收到的电压信号进行数模转换，再根据预先烧录的程序进行分析，当电压信号大于usb母座最大工作电压，即大于5.5v时，单片机模块104不断发送高电平与低电平时间间隔为0.5秒钟的高低电平指令至语音模块107，语音模块107收到该高低电平交替的命令后，经内部功放电路放大，传至蜂鸣器，蜂鸣器不断发出“嘟.嘟.嘟.”嘟跟嘟之间时间间隔0.5秒时间的急促声音，提示工作人员，这是被测试设备/电路板上的usb母座是电压值过大现象，电压值不合格的现象。在单片机模块104不断产生高低电平交替(高电平跟低电平之间时间间隔为0.5秒钟)的指令到语音模块107的同一时间，单片机模块104同时发送低电平指令到继电器模块105，继电器模块105收到低电平指令后，继电器模块105内的继电器re1处于断开状态，使usb母座的供电端口vcc处于非接通状态，即把插到usb母座上的外部设备，如u盘，读卡器、鼠标等的电源切断了，从电源上阻碍了usb外部设备的工作运行，让工作人员无法测试设备/电路板上的usb功能，即可判定usb母座的usb接口功能不合格。
76.本发明实施例提供一种usb设备保护电路，不同于现有技术中直接将usb设备插入待测试设备的usb接口开展usb功能测试，本技术中设置电压采集模块和单片机模块。由电压采值模块获取第一连接设备即待测试usb功能设备的输出电压信号并发送至单片机模
块，由单片机模块对获取的电压信号进行分析处理并发送对应的控制信号给继电器模块，若电压信号分析正常则单片机模块发送高电平指令给继电器模块，以使继电器模块可以供电至第二连接设备，继而第二连接设备连接的usb设备可以正常工作开展测试。即，只有当第一连接设备的输出电压处于正常工作范围内，外接在第二连接设备上的usb设备才能接收驱动电源从而开展usb功能测试。本发明实施例提供的一种usb设备保护电路可以避免因usb接口故障产生的电压过大甚至是短路等情况对usb测试设备造成不可挽回的损坏，在usb接口测试过程中对usb设备进行较好的保护。
77.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。