一种充电和通讯共线系统及耳机产品的制作方法

本发明属于直流充电技术领域，具体地说，是涉及一种充电装置与用电产品之间充电线路与通讯线路的共线电路设计以及基于所述共线电路设计的耳机产品。

背景技术：

随着耳机技术的快速发展，双耳无线式耳机和颈线式耳机日益普及，且体积越来越小。由于受耳机自身体积的限制，传统的充电接口（例如usb接口等）因体积较大，无法在双耳无线式耳机和颈线式耳机上安装使用，因此目前这类耳机通常采用触点式充电接口，并配合专门的适配器或者充电盒使用。

在利用适配器或者充电盒对双耳无线式耳机或颈线式耳机充电时，为了获得更好的充电控制效果，需要在耳机和适配器或充电盒上分别设计充电接口和通讯接口，利用充电接口传输充电电流，利用通讯接口交互控制指令，以提高充电过程的可靠性。但是，在耳机和适配器或充电盒上同时设置充电接口和通讯接口会导致触点数量的增多，而耳机的设计成本和可靠性风险会随着触点数量的增多而成倍增加，因此，如何在耳机产品上设计既能充电又能通讯的单一触点式接口具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种充电和通讯共线系统，可以实现充电电流和通讯信号在同一连线上传输，以减少充电装置与用电产品上布设的接口或触点的数量。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明在一个方面，提出了一种充电和通讯共线系统，包括充电装置和用电产品；所述充电装置包括主充电接口、电源输出电路和主控制器；所述电源输出电路用于产生充电电源，并通过第一开关连接主充电接口的正极；所述主控制器通过第二开关连接主充电接口的正极；所述用电产品包括从充电接口、充电电路和从控制器；所述充电电路通过第三开关连接从充电接口的正极，用于接收所述充电装置输出的充电电源，为用电产品中的电池充电；所述从控制器通过第四开关连接从充电接口的正极；在初始状态，所述第一开关和第三开关断开，第二开关和第四开关导通；在所述主充电接口与从充电接口接通时，主控制器与从控制器通讯，根据电池电量确定是否启动充电过程，若需要启动充电过程，则控制所述第一开关和第三开关导通，第二开关和第四开关断开，并启动定时通讯进程，直到电池电量已满。

优选的，所述定时通讯进程包括：设定定时通讯时间；当充电时间到达定时通讯时间时，控制第一开关和第三开关断开，第二开关和第四开关导通，传输电池的电量信息；若电池电量已满，则结束充电过程；若电池电量未满，则重新启动充电过程。

为了在电池的电量已满时，能够尽快地结束充电过程，所述定时通讯时间优选根据电池电量确定，且遵循电池电量越低、定时通讯时间越长，电池电量越高、定时通讯时间越短的设定原则。

优选的，在所述主控制器与从控制器通讯的过程中，从控制器将电池的电量信息通过所述通讯线路发送至主控制器，由主控制器判断是否启动充电过程；若需要启动充电过程，则主控制器向从控制器发送充电准备数据包，从控制器收到后回复应答信号，并控制第四开关断开，第三开关闭合；主控制器在接收到所述应答信号后，控制第二开关断开，第一开关闭合，进入充电过程。

优选的，所述充电装置在检测到有用电产品接入时，主控制器将接收到电池电量与充电设定阈值进行比较，若低于充电设定阈值，则判定需要启动充电过程；否则，判定无需启动充电过程。

进一步的，在所述电池充满电后，若所述主充电接口与从充电接口一直保持接通状态，则所述主控制器与从控制器定时通讯，并在电池电量下降到所述充电设定阈值以下时，重新启动充电过程。

优选的，所述充电设定阈值优选设定为电池满电量的90%。

为了实现充电装置与电子产品接入状态的准确检测，本发明在所述用电产品中还设置有检测电路，连接所述从充电接口的正极；所述检测电路在检测到从充电接口的正极出现电平变化时，通知从控制器生成中断信号发送至主控制器；主控制器进入中断后，向从控制器发送验证数据包；从控制器在接收到验证数据包后，向主控制器返回应答数据包，完成充电装置对用电产品的接入检测。

优选的，在所述定时通讯进程中，当主控制器控制第一开关断开，第二开关导通时，所述检测电路检测到从充电接口的正极出现电平变化，然后通知从控制器控制第三开关断开，第四开关导通，以切断充电线路，连通通讯线路。

本发明在另一个方面，还提出了一种耳机产品，包括耳机本体和与所述耳机本体配套使用的充电盒或适配器；在所述充电盒或适配器中包括主充电接口、电源输出电路和主控制器；所述电源输出电路用于产生充电电源，并通过第一开关连接主充电接口的正极；所述主控制器通过第二开关连接主充电接口的正极；所述耳机本体包括从充电接口、充电电路和从控制器；所述充电电路通过第三开关连接从充电接口的正极，用于接收所述充电盒或适配器输出的充电电源，为耳机本体中的电池充电；所述从控制器通过第四开关连接从充电接口的正极；在初始状态，所述第一开关和第三开关断开，第二开关和第四开关导通；在所述主充电接口与从充电接口接通时，主控制器与从控制器通讯，根据电池电量确定是否启动充电过程，若需要启动充电过程，则控制所述第一开关和第三开关导通，第二开关和第四开关断开，并启动定时通讯进程，直到电池电量已满。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明实现了在单一连接线上传输充电电流和通讯信号的双重功能。将该技术应用在耳机产品中，特别是采用触点式充电接口的双耳无线式耳机或颈线式耳机中，在满足充电盒或适配器对耳机的充电功能和通讯功能的同时，还可以显著减少耳机与充电盒或适配器之间的触点数量，不仅提高了耳机产品的可靠性，降低了耳机产品的设计成本，而且有助于减小产品体积，改善耳机产品的整体外观。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的充电和通讯共线系统的一种实施例的电路原理框图；

图2是基于图1所示的硬件电路提出的充电控制方法的一种实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例针对内置有可充电电池的用电产品，提出了一种可以在单一连接线上既传输充电电流，又传输通讯信号的共线电路设计，如图1所示。该共线电路涉及两部分，一部分布设在用电产品中，另一部分布设在为所述用电产品充电的充电装置中。具体来讲，在所述充电装置中设置有控制器、电源输出电路、第一开关s1、第二开关s2和充电接口。在所述用电产品中设置有控制器、充电电路、可充电的电池以及充电接口。为明确地区分充电装置与用电产品中的控制器和充电接口，本实施例将充电装置中的控制器和充电接口分别称之为主控制器和主充电接口，将用电产品中的控制器和充电接口分别称之为从控制器和从充电接口。在主充电接口与从充电接口中可以仅包括正极a+/b+和负极a-/b-两个插接端子或者触点，以减小接口体积。

在充电装置中，将电源输出电路通过第一开关s1连接至主充电接口的正极a+，通过改变第一开关s1的通断状态，以使通过电源输出电路输出的充电电源可以传输至主充电接口的正极a+或者阻断充电电源向主充电接口的正极a+的输送。将主控制器的通讯引脚通过第二开关s2连接主充电接口的正极a+，通过改变第二开关s2的通断状态，以连通或者切断主控制器与主充电接口的正极a+之间的通讯线路。

作为本实施实例的一种优选电路设计，主控制器可以选择其用于传输ttl电平信号的数据引脚作为所述通讯引脚，连接所述第二开关s2，具体包括数据接收引脚rx1和数据发送引脚tx1。主控制器利用其数据接收引脚rx1接收从控制器发送的数据，利用其数据发送引脚tx1向从控制器发送数据。优选将所述数据接收引脚rx1和数据发送引脚tx1通过串联的电阻r1连接至第二开关s2，再经由第二开关s2的开关通路连接至主充电接口的正极a+。

所述第一开关s1和第二开关s2优选采用可控开关，例如晶体管、场效应管或者可控硅等，分别接收主控制器发出的控制信号，在主控制器的控制作用下切换其通断状态。

在用电产品中，将从充电接口的正极b+通过第三开关s3连接至充电电路的正极输入端，通过改变第三开关s3的通断状态，以将充电装置提供的充电电源传输至充电电路，通过充电电路为用电产品中的电池充电蓄能，或者直接阻断充电电源向充电电路的输送，停止用电产品的充电过程。同时，将从控制器的通讯引脚通过第四开关s4也连接从充电接口的正极b+，通过改变第四开关s4的通断状态，以连通或者切断从控制器与从充电接口的正极b+之间的通讯线路。

作为本实施例的一种优选电路设计，当主控制器选择其用于传输ttl电平信号的数据引脚作为其用于与用电产品交互数据的通讯引脚时，从控制器也应选择其用于传输ttl电平信号的数据引脚作为其用于与充电装置交互数据的通讯引脚，分别连接所述的第四开关s4，具体包括数据接收引脚rx2和数据发送引脚tx2。从控制器利用其数据接收引脚rx2接收主控制器发送的数据，利用其数据发送引脚tx2向主控制器发送数据。在本实施例中，优选将所述数据接收引脚rx2和数据发送引脚tx2通过串联的电阻r2连接至第四开关s4，再经由第四开关s4的开关通路连接至从充电接口的正极b+。

同样的，所述第三开关s3和第四开关s4也优选采用可控开关，例如晶体管、场效应管或者可控硅等，分别接收从控制器发出的控制信号，在从控制器的控制作用下切换其通断状态。

为了在用电产品接入到充电装置上时，充电装置能够检测到有用电产品接入，本实施例在用电产品中还设置有检测电路，连接从充电接口的正极b+。当检测电路检测到从充电接口的正极b+上出现电平变化时，生成检测信号发送至从控制器，从控制器通过与主控制器通信，以进一步确定导致所述电平变化的原因是有用电产品接入到了充电装置上，还是发生了充电线路与通讯线路的切换，以进一步提高充电过程的可靠性。

在将用电产品接入到充电装置上时，主充电接口的正极a+与从充电接口的正极b+接通，主充电接口的负极a-与从充电接口的负极b-接通。

将图1所示的共线电路应用在耳机产品中，例如应用在双耳无线式耳机或颈线式耳机中，将耳机本体作为所述的用电产品，将为耳机本体充电的充电盒或者适配器作为所述的充电装置，由此在耳机本体和充电盒或适配器上只需设置一个充电接口（对于采用触点式充电接口的双耳无线式耳机或颈线式耳机来说，只需设置两个触点）即可实现充电和通讯控制功能，有助于耳机本体的小体积设计。

下面结合图1所示的充电和通讯共线电路，详细阐述其具体充电控制过程，如图2所示，包括以下步骤：

s201、初始状态下，第一开关s1和第三开关s3断开，第二开关s2和第四开关s4导通；

本实施例中，充电装置在默认状态下，其主控制器控制充电装置中的第一开关s1断开，第二开关s2导通，切断充电电源的输出通路，将主控制器的通讯引脚rx1、tx1与主充电接口的正极a+连通。同样的，用电产品在默认状态下，其从控制器控制用电产品中的第三开关s3断开，第四开关s4导通，切断充电电路的充电回路，将从控制器的通讯引脚rx2、tx2与从充电接口的正极b+连通。

s202、将用电产品接入到充电装置上；

将充电装置的主充电接口与用电产品的从充电接口接通，即两个充电接口的正极a+与b+接通，负极a-与b-接通，此时用电产品与充电装置之间的通讯线路处于连通状态，充电线路处于断开状态。

s203、检测用电产品的接入状态；

在将用电产品接入到充电装置上后，用电产品中的检测电路会检测到连接从充电接口的正极a+的线路上出现电平变化，例如从低电平跳变到某一高电平上，例如跳变到1.8v或3.3v等。此时，检测电路输出检测信号至从控制器，从控制器通过其数据发送引脚tx2向充电装置发送中断信号，以改变主控制器的数据接收引脚rx1的电平状态，使主控制器进入中断。当主控制器通过中断检测到有用电产品接入时，通过其数据发送引脚tx1发送验证数据包至从控制器。从控制器通过其数据接收引脚rx2接收到验证数据包后，根据通讯协议通过其数据发送引脚tx2向主控制器返回应答数据包。主控制器在通过其数据接收引脚rx1接收到所述应答数据包后，完成用电产品的接入检测过程。

在本实施例中，优选在所述应答数据包中写入电池的电量信息。

s204、根据电池电量，判断是否需要对用电产品充电；

在本实施例中，设置充电设定阈值，优选将所述充电设定阈值设置为电池满电量的90%或者以上。主控制器在接收到从控制器发送的应答数据包后，从应答数据包中提取出电池的电量信息，并与所述的充电设定阈值进行比较，若电池电量低于充电设定阈值，则执行后续的充电过程；若电池电量等于或者高于所述的充电设定阈值，则表示电池电量充足，无需对电池充电，直接跳转至步骤s207。

s205、切断通讯线路，连通充电线路，启动充电过程；

在主控制器判断出需要对用电产品充电时，首先向从控制器发送充电准备数据包；从控制器收到后向主控制器回复应答信号，并控制第四开关s4断开，第三开关s3闭合。主控制器在接收到应答信号后，控制第二开关s2断开，第一开关s1闭合。由此，充电装置与用电产品之间的充电线路连通，通讯线路断开，进入充电过程。在充电过程中，充电装置中的电源输出电路输出充电电源（例如+5v、+9v或其他所需幅值的直流电源）经由第一开关s1、主充电接口的正极a+、从充电接口的正极b+、第三开关s3传输至用电产品中的充电电路，经由充电电路对用电产品中的电池充电。

s206、启动定时通讯进程，直到电池电量已满；

在充电过程中，为了在电池充满电后能够及时地结束充电过程，避免电池过充，影响使用寿命，本实施例设计定时通讯进程，在充电过程中定时地切断充电装置与用电产品之间的充电线路，并连通二者之间的通讯线路，根据电池电量判断是否继续充电过程。

具体过程为：

（1）设定定时通讯时间；

所述定时通讯时间可以是固定值，在充电装置出厂前可以预先写入到装置中，以便于在后期的实际使用过程中调用。但是，考虑到电池的剩余电量不同，其所需要的充电时间亦不相同，因此为了能够设定出更加合适的定时通讯时间，本实施例优选根据电池电量来自适应地调节所述的定时通讯时间，且遵循电池电量越低、设定的定时通讯时间越长；电池电量越高、设定的定时通讯时间越短的原则。也就是说，在电池的充电过程中，随着电池电量的升高，定时通讯时间逐渐缩短，呈动态变化过程。在本实施例中，所述电池电量与定时通讯时间之间的对应关系可以采用公式计算法，也可以采用查找对照表的方式，本实施例并不仅限于以上举例。

（2）启动计时器计时，监测充电时间；

在本实施例中，优选利用充电装置中的主控制器启动计时器计时，以执行充电时间的监测任务。

（3）当充电时间到达定时通讯时间时，切断充电线路，接通通讯线路，传输电池的电量信息；

在本实施例中，主控制器在检测到充电时间到达设定的定时通讯时间时，首先控制第一开关s1断开，第二开关s2导通，阻断充电电源向主充电接口的传送。此时，用电产品中的检测电路会检测到充电线路上的电平发生了变化，例如从5v跳变到1.8v等，从而生成检测信号发送至从控制器，以通知从控制器控制第三开关s3断开，第四开关s4导通，从而连通充电装置与用电产品之间的通讯线路，由从控制器向主控制器发送电池电量数据包。

（4）根据电池电量，判断是否结束充电过程；

主控制器在接收到电池电量数据包后，对所述电池电量数据包进行解析，并判断电池电量是否已满。若电池电量已满，则结束充电过程。若电池电量未满，则根据目前的电池电量，重新确定定时通讯时间，并重启充电过程。即，主控制器首先向从控制器发送充电准备数据包；从控制器收到后向主控制器回复应答信号，并控制第四开关s4断开，第三开关s3闭合。主控制器在接收到应答信号后，控制第二开关s2断开，第一开关s1闭合，重新将充电装置与用电产品之间的充电线路连通，通讯线路断开，再次进入充电过程。然后，返回过程（2），重复执行过程（2）-（4），直到电池电量已满，充电过程结束。

s207、在用电产品与充电装置保持接通的状态下，运行定时查询进程，定时查询用电产品的电池电量；

考虑到用电产品在停止充电后，其电池电量会因产品功耗而逐渐下降。当电池电量下降到低于充电设定阈值时，例如下降到电池满电量的90%以下时，应重启充电过程为电池补充电量。为此，本实施例设计定时查询进程，充电装置在检测到有用电产品接入，且未启动充电过程的情况下，主控制器按照设定的时间定时要求从控制器反馈电池的电量信息，根据电池电量，判断是否需要启动充电过程，即，返回步骤s204执行。

当用电产品从充电装置上脱离后，结束整个充电控制过程。

将上述充电控制过程应用在双耳无线式耳机（或颈线式耳机）与充电盒（或适配器）中，通过单一连接线，既可以实现充电盒与耳机的充电功能，又可以实现二者的通讯功能。由此便可以显著减少耳机与充电盒的触点个数，解决了因触点增多而导致的耳机设计成本升高、可靠性降低的问题。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。