一种计算机USB通讯集线器的制作方法

本实用新型涉及家居网络的USB集线器领域，尤其是一种计算机USB通讯集线器。

背景技术：

智能家居通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等)连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金；其中的家庭网络也逐渐发展，在使用电子设备时，通常需要通过USB接口进行设备的外接，比如用平板电脑时，需要多个USB接口充电、插读卡器或者存储卡等，这是就需要对平板电脑的USB接口进行扩展。

USB(Universal Serial Bus)是连接计算机系统与外部设备的串行通讯技术标准，也是一种输入输出接口的技术规范。USB总线技术规范从最初的1.0、2.0发展到现在的3.0，最高理论通讯速率为全双工5Gbps，得益于良好的兼容性以及高速传输能力，USB总线技术被广泛应用于个人电脑以及移动设备的外部扩展接口；在这种背景下，通过USB总线连接到一个主控终端的外部设备越来越多，USB集线器应运而生，USB集线器又称为USB Hub，它使用星型拓扑结构可扩展出多个USB接口，USB Hub的芯片是主控芯片(又称桥接芯片)，通过软硬件算法将PC身上的某个USB接口(上游端口)资源分配给USB Hub扩展出来的USB接口(下游端口)使用，从而实现拓展。

在使用过程中，使用者需要在不同时刻选择性地使某些USB外部设备与主控设备建立或断开连接，这个过程连续的插拔导致设备卡顿，产生的原因在于接口处采用继电器驱动，在插拔过程中会出现电涌等现象，导致其安全性能不佳。因此，需要一种智能USB集线器可以克服以上问题，实现安全扩展。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：本实用新型提供了一种计算机USB通讯集线器，解决了现有USB集线器接口采用继电器驱动，长期插拔容易引起电涌，导致其安全性能低的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种计算机USB通讯集线器，包括电源电路和集线器控制电路，还包括驱动-检测电路和保护电路，所述电源电路为集线器控制电路、驱动-检测电路和保护电路供电，所述集线器控制电路一端与计算机连接，其另一端与驱动-检测电路控制输入端连接，所述驱动-检测电路控制输出端与保护电路输入端连接，所述驱动-检测电路检测端连接集线器控制电路，所述保护电路的输出端连接集线器控制电路。

优选地，所述保护电路与驱动-检测电路的电路连接如下：

驱动-检测电路的控制输出端分别连接二极管D65、二极管D66、二极管D67、二极管D68的阴极，二极管D65、二极管D66、二极管D67、二极管D68的阳极均连接开关管Q37源极，开关管Q37漏极接地，其栅极连接二极管D54后连接电源VCC，二极管D65、二极管D66、二极管D67、二极管D68的阴极还分别连接电容C55、电容C54、电容C53和电容C52后接地，二极管D54阴极还连接并联连接的电容C51和电阻R198后接地。

优选地，所述电源电路包括5V电源电路，其电路连接如下：所述5V电源电路包括电容C57、稳压芯片U16、电容C129和电容C130，其Vin引脚连接电池端和电容C57一端，电容C57另一端接大地，其GND引脚接大地，其+5V引脚连接并联连接的电容C129和电容C130的一端后连接输出接口，其输出接口为集线器各模块电路供电，并联连接的电容C129和电容C130的另一端接大地。

优选地，所述电源电路包括3.3V电源电路，所述3.3V电源电路包括降压芯片U11和并联连接的滤波电容C11-C15，所述降压芯片U11的IN引脚连接电池端，其BS、SW、FB端连接滤波电路后输出3.3V。

优选地，所述集线器控制电路包括CPU，驱动-检测电路包括驱动芯片，驱动芯片与CPU的电路连接如下：

驱动芯片3引脚和INPUT2引脚连接CPU的48引脚，其5和INPUT2引脚连接CPU的47引脚，其1、12引脚连接电源VCC，其11引脚连接主控计算机的片选信号；

其7和CURRENT SENSE1引脚连接电阻R149后连接CPU的46引脚，CPU的46引脚还连接串联连接的电容C43、电容C44后连接CPU的44引脚，电阻R149串联连接电阻R223后连接电阻R148，电阻R148连接电容C44，电阻R223还连接电阻R227后连接电容C47，其9和CURRENT SENSE2引脚连接电阻R150后连接CPU的45引脚，连接CPU的45引脚还连接电容C47后连接电容C44，连接CPU的45引脚还连接电阻R225、电阻R157后连接CPU的43引脚，电阻R225还连接电阻R229后连接电容C44。

优选地，还包括无线通信电路，所述无线通信电路和集线器控制电路连接，实现无线传输检测状态；无线通信方式采用WIFI方式或者4G无线数传方式或者NB-IoT方式。

优选地，还包括输出提醒电路，所述输出提醒电路和集线器控制电路连接，实现状态提醒。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型对USB集线器设置保护电路，从供电去除电源杂波，电压或者电流异常时通过保护电路进行限压、限流保护，保护驱动-检测电路，有效地解决了现有USB集线器接口采用继电器驱动，长期插拔容易引起电涌，导致其安全性能低的问题，达到了安全驱动、安全扩展接口的效果；

2.本实用新型的驱动-检测电路中采用驱动芯片进行驱动控制，驱动芯片的工作性能不会因为长时间使用降低，属于集成芯片，控制可靠性和使用寿命各方面优于单纯的继电器控制，因采用集成芯片进行控制，同时避免采用单纯继电器进行控制长期插拔导致电涌的问题，避免了采用继电器控制安全性低的缺点，达到了精确控制、简化电路、提高安全性的效果；

3.本实用新型采用的驱动芯片除了驱动控制功能，还能检测电流，根据检测的电流获取驱动对象的状态，将检测结果反馈至计算机并进行输出提醒，利于故障时快速排错；

4.本实用新型将检测结果通过无线通信电路反馈至用户移动设备，通过输出提醒电路进行蜂鸣提醒，利于及时知晓接口状态，预防电涌带来的故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型的保护电路和电源电路的部分电路图；

图2是本实用新型的控制框图；

图3是本实用新型的集线器控制电路和驱动-检测电路的部分电路图；

图4是本实用新型的电源电路的部分电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

一种计算机USB通讯集线器，包括电源电路和集线器控制电路，还包括驱动-检测电路和保护电路，电源电路为集线器控制电路、驱动-检测电路和保护电路供电，集线器控制电路一端与计算机连接，其另一端与驱动-检测电路控制输入端连接，驱动-检测电路控制输出端与保护电路输入端连接，驱动-检测电路检测端连接集线器控制电路，保护电路的输出端连接集线器控制电路。

保护电路与驱动-检测电路的电路连接如下：驱动-检测电路的控制输出端分别连接二极管D65、二极管D66、二极管D67、二极管D68的阴极，二极管D65、二极管D66、二极管D67、二极管D68的阳极均连接开关管Q37源极，开关管Q37漏极接地，其栅极连接二极管D54后连接电源VCC，二极管D65、二极管D66、二极管D67、二极管D68的阴极还分别连接电容C55、电容C54、电容C53和电容C52后接地，二极管D54阴极还连接并联连接的电容C51和电阻R198后接地。

电源电路包括5V电源电路，其电路连接如下：5V电源电路包括电容C57、稳压芯片U16、电容C129和电容C130，其Vin引脚连接电池端和电容C57一端，电容C57另一端接大地，其GND引脚接大地，其+5V引脚连接并联连接的电容C129和电容C130的一端后连接输出接口，其输出接口为集线器各模块电路供电，并联连接的电容C129和电容C130的另一端接大地。

电源电路包括3.3V电源电路，3.3V电源电路包括降压芯片U11和并联连接的滤波电容C11-C15，降压芯片U11的IN引脚连接电池端，其BS、SW、FB端连接滤波电路后输出3.3V。

工作原理：计算机发出指令，集线器控制电路接收指令，其中的CPU逻辑驱动-检测电路的控制输入端，驱动-检测电路的控制输出端连接保护电路输入端，去除驱动控制过程中的杂波或者异常，及时通过保护电路进行限压或者限流保护，具体如下：集线器控制电路通过高低电平控制驱动-检测电路输出端为高电平或者低电平，实现连接驱动对象或者断开驱动对象，出现异常时，比如电流异常，异常电流较小时通过二极管进行保护，异常电流较大时，通过MOS管进行保护；保护电路输出端连接集线器控制电路的端口，集线器控制电路还包括集线器协议控制芯片和USB设备控制芯片，集线器协议控制芯片通过上行端口和计算机端口连接，计算机的一个端口包括七个下行端口，集线器协议控制芯片通过一个下行端口连接USB设备控制芯片输入端，USB设备控制芯片输出端包括8个数据端口，集线器协议控制芯片和USB设备控制芯片通过与计算机连接实现接口扩展。

具体电路如图1、3、4所示，集线器控制电路中的集线器协议控制芯片采用的型号为Alcor Micro公司的AU9254A21；USB设备控制芯片采用的型号为Cypress公司的CY7C68013a；驱动芯片型号为VND5012AK；芯片的电源供电采用3.3V供电和5V供电，降压芯片型号为MP2403D，稳压芯片型号为PJ7805，CPU型号为STM32F030R8T6，开关管的型号为RU75N08S TO263，二极管型号为S3B(DO-214型)；本领域的技术人员可根据记载的型号和电路图清楚、完整地实现本申请的技术方案；

本实用新型对USB集线器设置保护电路，从供电和接口控制两方面进行保护，有效地解决了现有USB集线器接口采用继电器驱动，长期插拔容易引起电涌，导致其安全性能低的问题，达到了接口检测提醒时及时断开接口，去除电源带来的电涌，安全驱动和扩展接口的效果。

实施例2

基于实施例1，本实施例细化驱动-检测电路，细节如下：

集线器控制电路包括CPU，驱动-检测电路包括驱动芯片，驱动芯片与CPU的电路连接如下：

驱动芯片3引脚和INPUT2引脚连接CPU的48引脚，其5和INPUT2引脚连接CPU的47引脚，其1、12引脚连接电源VCC，其11引脚连接主控计算机的片选信号；

其7和CURRENT SENSE1引脚连接电阻R149后连接CPU的46引脚，CPU的46引脚还连接串联连接的电容C43、电容C44后连接CPU的44引脚，电阻R149串联连接电阻R223后连接电阻R148，电阻R148连接电容C44，电阻R223还连接电阻R227后连接电容C47，其9和CURRENT SENSE2引脚连接电阻R150后连接CPU的45引脚，连接CPU的45引脚还连接电容C47后连接电容C44，连接CPU的45引脚还连接电阻R225、电阻R157后连接CPU的43引脚，电阻R225还连接电阻R229后连接电容C44。

CPU连接驱动芯片的INPUT引脚，驱动芯片控制输出端连接保护电路后连接集线器控制电路端口，实现控制接口通断，驱动芯片的CURRT SENSE引脚反馈检测到的电流至CPU，CPU根据反馈数据判断接口是否异常，若异常则控制驱动芯片的输出端为低电平，断开端口，若未异常，则反之，实现检测接口状态并进行及时的安全控制。具体电路如图2所示，本领域的技术人员可根据记载的型号和电路图清楚、完整地实现本申请的技术方案；驱动-检测电路中采用驱动芯片进行驱动控制，驱动芯片的工作性能不会因为长时间使用降低，属于集成芯片，控制可靠性和使用寿命各方面优于单纯的继电器控制，因采用集成芯片进行控制，同时避免采用单纯继电器进行控制长期插拔导致电涌的问题，避免了采用继电器控制安全性低的缺点，达到了精确控制、简化电路、提高安全性的效果；同时采用的驱动芯片除了驱动控制功能，还能检测电流，根据检测的电流获取驱动端口的状态，将检测结果反馈至计算机，进行及时通断控制和输出提醒，防止故障，利于故障时快速排错。

实施例3

基于实施例1，本实施例细化通信和提醒电路，细节如下：

还包括无线通信电路，无线通信电路和集线器控制电路连接，实现无线传输检测状态；无线通信方式采用WIFI方式或者4G无线数传方式或者NB-IoT方式。NB-IoT方式采用NB-IoT无线模块，采用的型号为BC95-B5；4G无线数传方式采用4G无线数传模块，其型号为MG2639-GPRS-4G，WIFI方式采用WiFi模块，其型号为MLK-003A；本领域的技术人员可根据记载的型号和电路图清楚、完整地实现本申请的技术方案。

还包括输出提醒电路，输出提醒电路和集线器控制电路连接，实现状态提醒，具体电路如图1所示，蜂鸣器输出连接CPU的42引脚。

本实用新型将检测结果通过无线通信电路反馈至用户移动设备，通过输出提醒电路进行蜂鸣提醒，利于及时知晓接口状态或者状态异常信息，预防电涌带来的损坏，及时断开。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。