一种多功能天文设备集线器

摘要

本发明公开了一种多功能天文设备集线器，包括输入接口、控制电路、USB扩展插口和电源插口，控制电路包括USB Hub芯片、MCU单片机、WiFi芯片、第一开关模块和第二开关模块，USB Hub芯片分别与USB上行接口和MCU单片机连接，WiFi芯片与MCU单片机连接，USB Hub芯片和MCU单片机与第二开关模块连接，第一开关模块与DC输入接口连接，MCU单片机与第一开关模块连接，MUC单片机可接受WiFi芯片远程输入的指令并分别控制第一开关模块和第二开关模块的通断。该集线器集DC直流供电和USB扩展插口于一体，能够对任意一个天文设备进行远程独立开关操作，其防尘效果更好，可防止各进灰而导致的接触不良问题，且散热效果更好，防止控制芯片温度过高而造成芯片损坏的问题。

权利要求

1.一种多功能天文设备集线器，其特征在于，包括：

输入接口，输入接口包括USB上行接口和DC输入接口，USB上行接口通过数据线与上位机连接并作为USB下行插口读取上位机指令的总窗口，USB上行接口驱动插接于USB下行插口上的天文设备做出相应的动作，DC输入接口与直流电源连接并为插接于电源插口的天文设备提供直流电源；

控制电路，包括USB Hub芯片、MCU单片机、WiFi芯片、第一开关模块和第二开关模块，USB Hub芯片分别与USB上行接口和MCU单片机连接，WiFi芯片与MCU单片机连接，USB Hub芯片和MCU单片机与第二开关模块连接，第一开关模块与DC输入接口连接，MCU单片机与第一开关模块连接，MCU单片机可接受WiFi芯片远程输入的指令并分别控制第一开关模块和第二开关模块的通断；

USB下行插口，包括USB Hub芯片引出的若干USB扩展插口，天文设备通过数据线接入USB扩展插口中；

电源插口，包括若干DC输出插口，DC输出插口对插接于其上的天文设备单独输出直流电。

2.根据权利要求1所述的一种多功能天文设备集线器，其特征在于，所述的控制电路，包括级联的第一USB Hub芯片和第二USB Hub芯片、MCU单片机、WiFi芯片、第一开关模块和第二开关模块，第一USB Hub芯片与USB上行接口连接，第二USB Hub芯片与MCU单片机连接，WiFi芯片与MCU单片机连接，第一USB Hub芯片、第二USB Hub芯片和MCU单片机与第二开关模块连接，第一开关模块与DC输入接口连接，MCU单片机与第一开关模块连接，MCU单片机可接受WiFi芯片远程输入的指令并分别控制第一开关模块和第二开关模块的通断。

3.根据权利要求2所述的一种多功能天文设备集线器，其特征在于，所述的第一USB Hub芯片和第二USB Hub芯片各引出3个USB扩张插口，电源插口引出6个并联的DC输出插口且每路DC输出插口的电路上设有独立的12V开关电路，12V开关电路均与MCU单片机连接，6个12V开关电路组成第一开关模块，每个USB扩张插口的电路上均设有5V开关电路，5V开关电路均与MCU单片机连接，6个5V开关电路组成第二开关模块。

4.根据权利要求1所述的一种多功能天文设备集线器，其特征在于，还包括多功能封装壳，多功能封装壳的外部设有三面包围的外壳且多功能封装壳的顶面露出，多功能封装壳由螺钉连接的壳体和封盖板组成，封盖板上固定有PCB电路板，第一USB Hub芯片、第二USB Hub芯片、MCU单片机、WiFi芯片、第一开关模块和第二开关模块固定于PCB电路板上，PCB电路板呈矩形，输入接口设置于PCB电路板短边的一侧，USB下行插口分列于PCB电路板长边一侧，电源插口分列于PCB电路板另一长边一侧，MCU单片机上固定有热管散热装置，所述热管散热装置由铜基板、U型热管和散热翅片组成，U型热管的底部埋设于铜基板的内部，散热翅片层叠固定于U型热管的U型臂上，所述壳体的顶部开有矩形散热带，壳体上对应USB输入接口的一侧开有USB上行接口插入洞口和DC输入接口插入洞口，壳体上对应USB下行插口的一侧开有若干USB扩展插口插入洞口，壳体上对应电源插口的一侧开有若干DC输出插口插入洞口，壳体顶部的两侧面上开有滑槽，外壳卡持于滑槽上并可沿滑槽滑动。

5.根据权利要求4所述的一种多功能天文设备集线器，其特征在于，所述的USB扩展插口插入洞口和DC输出插口插入洞口的数量均为6个。

6.根据权利要求5所述的一种多功能天文设备集线器，其特征在于，所述的外壳的截面呈“凵”型，外壳由底板和两个侧板一体成型，两个侧板的顶部设有相向的矩形滑块，矩形滑块与侧板为一体式结构，矩形滑块扣合于壳体的滑槽中且两个侧板分别对USB扩展插口和DC输出插口形成遮挡，底板上开有通长的弧形扣槽，封盖板的底部设有弧形扣条，弧形扣条与弧形扣槽的槽面贴合并可沿弧形扣槽滑动。

7.根据权利要求4所述的一种多功能天文设备集线器，其特征在于，所述的多功能封装壳和外壳选用阻燃PVC材料。

说明书

一种多功能天文设备集线器

技术领域

[0001] 本发明涉及天文设备电源及通信控制技术领域，具体涉及一种多功能天文设备集线器。

背景技术

[0002] 远程观测是高度自动化的天文观测模式，具有观测效率高、成本低等特点，在天文研究、天文选址、天文教学和科普教育等领域发挥了非常重要的作用。小型望远镜远程观测系统一般包括圆顶、赤道仪、照相机、调焦器、滤光片等天文设备，除了圆顶之外这些设备一般都用12V直流供电，通信接口基本都采用USB(或者USB转串口)，因此系统需要多个12V适配器，浪费适配器资源，布线也非常麻烦，控制电脑USB接口一般也需要集线器外置扩展；同时现有的集线器USB插口较多，在长时间的使用过程中容易发生USB插口进灰的问题，而USB插口进灰将会导致数据线针头接触不良的问题进而导致天文设备控制失灵的问题；现有的集线器无法对天文设备提供稳定的直流电，且无法利用移动设备对天文设备进行远程控制；现有的集线器的控制芯片控制的USB插口较多，在连接大量的设备后，芯片的工作温度将会急剧上升，而现有的集线器缺少芯片散热装置，过高的温度极易造成芯片的损坏进而降低集线器的使用寿命。

发明内容

[0003] 本发明为了解决上述问题，设计了一种多功能天文设备集线器，该集线器集DC直流供电和USB扩展插口于一体，能够对任意一个天文设备进行独立开关操作，且该开关操作可远程操作，提高使用者的体验质量，同时该集线器防尘效果更好，可防止各USB插口及电源插口进灰而导致的接触不良问题，且该集线器散热效果更好，防止控制芯片温度过高而造成芯片损坏的问题。

[0004] 为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：

[0005] 一种多功能天文设备集线器，其特征在于，包括：

[0006] 输入接口，输入接口包括USB上行接口和DC输入接口，USB上行接口通过数据线与上位机连接并作为USB下行插口读取上位机指令的总窗口，USB上行接口驱动插接于USB下行插口上的天文设备做出相应的动作，DC输入接口与直流电源连接并为插接于电源插口的天文设备提供直流电源；

[0007] 控制电路，包括USB Hub芯片、MCU单片机、WiFi芯片、第一开关模块和第二开关模块，USB Hub芯片分别与USB上行接口和MCU单片机连接，WiFi芯片与MCU单片机连接，USB Hub芯片和MCU单片机与第二开关模块连接，第一开关模块与DC输入接口连接，MCU单片机与第一开关模块连接，MCU单片机可接受WiFi芯片远程输入的指令并分别控制第一开关模块和第二开关模块的通断；

[0008] USB下行插口，包括USB Hub芯片引出的若干USB扩展插口，天文设备通过数据线接入USB扩展插口中并接收供电；

[0009] 电源插口，包括若干DC输出插口，DC输出插口对插接于其上的天文设备单独输出直流电。

[0010] 进一步的，所述的控制电路，包括级联的第一USB Hub芯片和第二USB Hub芯片、MCU单片机、WiFi芯片、第一开关模块和第二开关模块，第一USB Hub芯片与USB上行接口连接，第二USB Hub芯片与MCU单片机连接，WiFi芯片与MCU单片机连接，第一USB Hub芯片、第二USB Hub芯片和MCU单片机与第二开关模块连接，第一开关模块与DC输入接口连接，MCU单片机与第一开关模块连接，MCU单片机可接受WiFi芯片远程输入的指令并分别控制第一开关模块和第二开关模块的通断。

[0011] 进一步的，所述的第一USB Hub芯片和第二USB Hub芯片各引出3个USB扩张插口，电源插口引出6个并联的DC输出插口且每路DC输出插口的电路上设有独立的12V开关电路，12V开关电路均与MCU单片机连接，6个12V开关电路组成第一开关模块，每个USB扩张插口的电路上均设有5V开关电路，5V开关电路均与MCU单片机连接，6个5V开关电路组成第二开关模块。

[0012] 进一步的，还包括多功能封装壳，多功能封装壳的外部设有三面包围的外壳且多功能封装壳的顶面露出，多功能封装壳由螺钉连接的壳体和封盖板组成，封盖板上固定有PCB电路板，第一USB Hub芯片、第二USB Hub芯片、MCU单片机、WiFi芯片、第一开关模块和第二开关模块固定于PCB电路板上，PCB电路板呈矩形，输入接口设置于PCB电路板短边的一侧，USB下行插口分列于PCB电路板长边一侧，电源插口分列于PCB电路板另一长边一侧，MCU单片机上固定有热管散热装置，所述热管散热装置由铜基板、U型热管和散热翅片组成，U型热管的底部埋设于铜基板的内部，散热翅片层叠固定于U型热管的U型臂上，所述壳体的顶部开有矩形散热带，壳体上对应USB输入接口的一侧开有USB上行接口插入洞口和DC输入接口插入洞口，壳体上对应USB下行插口的一侧开有若干USB扩展插口插入洞口，壳体上对应电源插口的一侧开有若干DC输出插口插入洞口，壳体顶部的两侧面上开有滑槽，外壳卡持于滑槽上并可沿滑槽滑动。

[0013] 进一步的，所述的USB扩展插口插入洞口和DC输出插口插入洞口的数量均为6个。

[0014] 进一步的，所述的外壳的截面呈“凵”型，外壳由底板和两个侧板一体成型，两个侧板的顶部设有相向的矩形滑块，矩形滑块与侧板为一体式结构，矩形滑块扣合于壳体的滑槽中且两个侧板分别对USB扩展插口和DC输出插口形成遮挡，底板上开有通长的弧形扣槽，封盖板的底部设有弧形扣条，弧形扣条与弧形扣槽的槽面贴合并可沿弧形扣槽滑动。

[0015] 进一步的，所述的多功能封装壳和外壳选用阻燃PVC材料。

[0016] 进一步的，所述的MCU单片机选用STM32F103C8T6(LQFP48)型芯片，第一USB Hub芯片和第二USB Hub芯片选用VL813-Q7(QFN76)USB3.0芯片。

[0017] 本发明的有益效果是：该集线器集DC直流供电和USB扩展插口于一体，能够对任意一个天文设备进行独立开关操作，且该开关操作可远程操作，提高使用者的体验质量，同时该集线器防尘效果更好，可防止各USB插口及电源插口进灰而导致的接触不良问题，且该集线器散热效果更好，防止控制芯片温度过高而造成芯片损坏的问题。

附图说明

[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

[0019] 图1是所述多功能封装壳和外壳的装配结构示意图；

[0020] 图2是所述多功能封装壳和外壳拆分结构示意图；

[0021] 图3是所述多功能封装壳的后视结构示意图；

[0022] 图4是所述多功能封装壳的内部结构示意图；

[0023] 图5是一种多功能天文设备集线器的结构框图；

[0024] 图6是实施例中所述MCU单片机封装结构示意图；

[0025] 图7是实施例中所述MCU单片机的存储芯片示意图；

[0026] 图8是实施例中所述MCU单片机的电路结构示意图；

[0027] 图9是实施例中所述USB Hub芯片的封装结构示意图；

[0028] 图10是所述第一USB Hub芯片首端的USB扩展插口与第二开关模块的电路连接图；

[0029] 图11是所述第二USB Hub芯片末端的USB扩展插口与第二开关模块的电路连接图；

[0030] 图12是所述5V开关电路的电路结构图；

[0031] 图13是所述12V开关电路的电路结构图；

[0032] 图14是所述WiFi芯片电路结构示意图；

[0033] 图15是所示的MCU单片机的工作流程图。

[0034] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0035] 1-多功能封装壳，2-外壳，3-USB上行接口插入洞口，4-DC输入接口插入洞口，5-USB扩展插口，6-DC输出插口，7-铜基板，8-散热翅片，9-热管；11-壳体，12-封盖板，13-PCB电路板，21-矩形滑块，22-弧形扣槽，101-USB上行接口，102-DC输入接口，103-第一USB Hub芯片，104-第二USB Hub芯片，105-MCU单片机，106-WiFi芯片，107-12V开关电路，108-5V开关电路，111-散热带，112-滑槽，121-弧形扣条。

具体实施方式

[0036] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0037] 本实施例中，MCU单片机选用STM32F103C8T6(LQFP48)型芯片，第一USB Hub芯片和第二USB Hub芯片选用VL813-Q7(QFN76)USB3.0芯片，存储芯片选用AT24C02BN-SH-T型芯片。

[0038] 如图1-4所示，多功能封装壳1，多功能封装壳1的外部设有三面包围的外壳2且多功能封装壳1的顶面露出，多功能封装壳1由螺钉连接的壳体11和封盖板12组成，封盖板12上固定有PCB电路板13，第一USB Hub芯片103、第二USB Hub芯片104、MCU单片机105、WiFi芯片106、第一开关模块和第二开关模块固定于PCB电路板13上，PCB电路板13呈矩形，输入接口设置于PCB电路板13短边的一侧，USB下行插口分列于PCB电路板14长边一侧，电源插口分列于PCB电路板13另一长边一侧，MCU单片机105上固定有热管散热装置，所述热管散热装置由铜基板7、U型热管9和散热翅片8组成，U型热管9的底部埋设于铜基板7的内部，散热翅片8层叠固定于U型热管9的U型臂上，所述壳体11的顶部开有矩形散热带111，壳体11上对应USB输入接口的一侧开有USB上行接口插入洞口和DC输入接口插入洞口61，壳体11上对应USB下行插口的一侧开有若干USB扩展插口插入洞口，壳体11上对应电源插口的一侧开有若干DC输出插口插入洞口61，壳体顶部的两侧面上开有滑槽112，外壳2卡持于滑槽112上并可沿滑槽112滑动。

[0039] 其中的，所述的USB扩展插口插入洞口和DC输出插口插入洞口61的数量均为6个。

[0040] 其中的，所述的外壳2的截面呈“凵”型，外壳2由底板和两个侧板一体成型，两个侧板的顶部设有相向的矩形滑块21，矩形滑块21与侧板为一体式结构，矩形滑块21扣合于壳体11的滑槽112中且两个侧板分别对USB扩展插口5和DC输出插口6形成遮挡，底板上开有通长的弧形扣槽，封盖板的底部设有弧形扣条121，弧形扣条与弧形扣槽22的槽面贴合并可沿弧形扣槽22滑动。

[0041] 其中的，多功能封装壳1和外壳2选用阻燃PVC材料。

[0042] 如图5所示，一种多功能天文设备集线器，包括：

[0043] 输入接口，输入接口包括USB上行接口3和DC输入接口4，USB上行接口通过数据线与上位机连接并作为USB下行插口读取上位机指令的总窗口，USB上行接口驱动插接于USB下行插口上的天文设备做出相应的动作，DC输入接口与直流电源连接并为插接于电源插口的天文设备提供直流电源；

[0044] 所述的控制电路，包括级联的第一USB Hub芯片和第二USB Hub芯片、MCU单片机105、WiFi芯片106、第一开关模块和第二开关模块，第一USB Hub芯片与USB上下接口连接，第二USB Hub芯片与MCU单片机连接，WiFi芯片与MCU单片机连接，第一USB Hub芯片、第二USB Hub芯片和MCU单片机与第二开关模块连接，第一开关模块与DC输入接口连接，MCU单片机与第一开关模块连接，MCU单片机105可接受WiFi芯片106远程输入的指令并分别控制第一开关模块和第二开关模块的通断；

[0045] USB下行插口，包括第一USB Hub芯片103引出的3个USB扩展插口5和第二USB Hub芯片104引出的3个USB扩展插口5，天文设备通过数据线接入USB扩展插口5中；

[0046] 电源插口，包括6个DC输出插口6，DC输出插口对各个插接于其上的天文设备单独输出直流电。

[0047] 如图6-8所示，MCU单片机105采用STM32F103C8T6(LQFP48)，外接AT24C02存储器用于存储集线器配置信息，分别用12个管脚控制6路12V开关电路和6路5V开关电路的通断，DCSW1-DCSW6为12V开关电路107的开关信号，USBSW1-USBSW6为5V开关电路108的开关信号。

[0048] 如图9-11所示，第一USB Hub芯片103和第二USB Hub芯片104采用VL813-Q7(QFN76)USB3.0芯片，该芯片为一拖四USB Hub芯片，本集线器采用两片级联的方式，除了级联和MCU单片机105各占用1口，最终可用的有6口USB扩展接口5；此处MCU单片机105占用一口并可作为USB设备，该方式可确保WiFi芯片106不用时可通过电脑USB控制该集线器而不需要额外的数据接口。

[0049] 5V开关电路108和12V开关电路107分别用场效应管AOD403和SI232DS设计，各有6个模块。

[0050] WiFi芯片与MCU单片机连接，支持微信Airkiss等协议，WiFi芯片与路由器连接接后，移动设备可通过无线通信协议对MCU单片机进行远程控制。

[0051] 如图4所示，通过WiFi芯片106和USB扩展接口5分别与移动设备的微信客户端和控制电脑通信，实现对6个DC Out接口的开关控制和6个USB供电开关控制。软件流程如图15所示，单片机初始化后开始查询命令，收到命令判断命令来源，如果命令来自控制电脑USB接口，进一步判断命令类型，命令类型为查询状态则通过USB接口发送集线器开关状态到控制电脑端，命令类型为开关控制则进行相应的集线器开关操作；如果命令来自微信客户端WiFi接口，则做相应的操作，通过WiFi发送集线器开关状态到微信客户端。

[0052] 本装置的一个具体应用为：使用该集线器时，将外壳2从多功能封装壳1的左侧或者右侧拉出，此时USB扩展插口5和DC输出接口6将逐个露出，根据天文设备的数量，选择暴露出合适数量的USB扩展插口5和DC输出接口6；在拉动外壳时，其侧板顶部的矩形滑块21可沿滑槽112滑动，同时多功能封装壳1底部的弧形扣条121可沿外壳2底部的弧形扣槽22的槽面滑动以增加多功能封装壳1滑动的稳定性，外壳可封堵住USB扩展插口5和DC输出接口6，防止各接口进灰；将12V直流电源适配器插入集线器的DC输入接口4，此时各DC输出接口6均处于供电状态，将天文设备的电源线插入DC输出接口6中即可对各天文设备进行供电，将数据线的两端口分别插接于天文设备的通信接口和集线器的USB扩展插口5中；将WiFi芯片与路由器连接并打开路由器，将移动设备与路由器进行无线连接并匹配，移动设备可将控制指令通过WiFi芯片106传输至MCU单片机105，MCU单片机105将输出PWM脉冲控制信号至12V开关电路107以完成每一路12V开关电路107的通断，从而完成对插接于DC输出接口6上的天文设备的供电开关操作；MCU单片机105接收移动设备传输的指令后输出PWM脉冲至5V开关电路108，可完成插接于USB扩展插口5上的天文设备的数据传输的通断，同事MCU单片机105在接收移动设备发出的驱动指令后通过高低电平的变化驱动插接于USB扩展接口5上的天文设备，远程完成天文设备的驱动操作，从而提高操作体验效果。

[0053] 此外，MCU单片机105通过胶水固定于铜基板7的底面上，铜基板7将吸收MCU单片机105工作时散发的热量并传递至热管9中，热管9底部受热段的导热液吸收热量后汽化并变成蒸汽，蒸汽从热管底部上升至热管顶部，蒸汽在上升的过程中遇冷变成液体并释放热量，热量从热管上部的放热段传递至散热翅片8，散热翅片层叠设置于热管7上部的放热段，散热翅片8增加了散热面积，热量从壳体11的散热带111处逸出，从而实现对MCU单片机105的快速、有效地降温，防止MCU单片机105烧坏而降低集线器的使用寿命。

[0054] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0055] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。