ТЕРМИНАЛ ДЛЯ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРОВ ПОРТАТИВНЫХ УСТРОЙСТВ

Настоящее изобретение относится к устройствам зарядки аккумуляторов портативных устройств (мобильных телефонов, ноутбуков, КПК), а именно, к терминалам, устанавливаемым в общественных местах.
В настоящее время известно множество терминалов, предназначенных, в основном, для оплаты услуг.
Терминалы моментальной оплаты размещают в местах с повышенной проходимостью (развлекательные центры, метро, супермаркеты и торговые центры, вокзалы, автозаправки, институты и т.д.).
Первые платежные терминалы появились в Москве в 2004 г. Кроме этого, активно развиваются банковские платежные системы. В Москве на декабрь 2008 г. было установлено более 10 тыс. платежных аппаратов.
Однако, до сих пор не известны не менее необходимые терминалы для зарядки аккумуляторов мобильных телефонов, ноутбуков, КПК и прочих портативных устройств, используемых практически каждым.
Портативные устройства имеют в своем составе аккумулятор, который обеспечивает их питанием и требует периодической подзарядки от внешнего источника электроэнергии.
Современные модели сотовых телефонов продаются совместно с блоком зарядки (преобразователем или адаптером), подключаемым к самому телефону через соответствующий разъем и обеспечивающим подачу требуемых напряжения и тока.
Одной из проблем, с которыми сталкиваются все пользователи мобильных телефонов, заключается в том, что батарея часто требует подзарядки. Пользователь вынужден носить с собой блок преобразователя и подключать его, например, в бытовую сеть электропитания для зарядки аккумулятора телефона. Несмотря на то, что размеры и вес блока преобразователя уменьшаются в связи с постоянным совершенствованием моделей телефонов, необходимость его носить с собой вызывает неудобства.
Кроме этого, бывают ситуации, когда телефон разряжается, необходимо сделать срочный звонок, а поблизости нет электросети.
Техническим результатом патентуемой полезной модели является упрощение и доступность зарядки аккумуляторов портативных устройств и расширение функциональных возможностей терминала за счет его установки в общественных местах, а также удобство пользования терминалом за счет независимости от наличия адаптера и электросети.
Заявленный технический результат достигается за счет использования терминала для зарядки аккумуляторов портативных устройств, включающего USB контроллер для управления многопортовой схемой выбора и подключения каналов портативных устройств, средство для оплаты услуг, по меньшей мере, один порт для подключения портативного устройства и, по меньшей мере, одну розетку для подключения адаптера, а также средства выбора модели портативного устройства.
Работа терминала основана на управлении через USB контроллер системного блока персонального компьютера многопортовой схемой выбора и подключения каналов, к которым, в свою очередь, по различным схемным вариантам могут быть подключены любые портативные устройства.
В комплектацию терминала для зарядки аккумуляторов портативных устройств, помимо указанных выше узлов, входит также монитор, устройство для оплаты услуг, персональный компьютер, печатающее устройство, средства выбора модели телефона, розетки или порта, при этом выбор дополнительных услуг осуществляется посредством сенсорного общения с программой управления терминалом.
Кроме этого, для блокирования терминала от несанкционированных действий со стороны третьих лиц, он дополнительно может быть снабжен электронным замком, блокирующим доступ к узлам устройства.
Для компактности устройства и удобства пользования средства выбора модели телефона, розетки или порта, представляют собой кнопки, выполненные непосредственно на терминале или сенсорные кнопки, отображаемые на мониторе.
Далее описание терминала поясняется со ссылками на фигуры.
На фиг.1 изображен терминал;
На фиг.2 - интерфейс основного меню;
На фиг.3 - интерфейс зарядки портативного устройства с 16-ю портами для подключения основных известных в РФ моделей портативных устройств;
На фиг.4 - принципиальная схема устройства;
На фиг.5 - структурная схема процессора, выполненного из расчета необходимости управления двадцатью каналами;
На фиг.6 - схема стабилизации одного из каналов;
На фиг.7 - схема управления электронным замком;
На фиг.8 - схема управления розетками;
На фиг.9 - симисторный выключатель;
На фиг.10 - схема питания платы зарядки;
На фиг.11 - схема кварцевого генератора тактовой частоты процессора atmega 16;
На фиг.12 - схема светодиодной панели.
Терминал, приведенный на фиг.1-3 содержит корпус 1 с встроенным в него устройством для оплаты услуги 2, монитором 3, портами 4 для подключения портативных устройств и розетками 5 для подключения адаптера. В приведенном примере экран монитора включает сенсорные кнопки 6.
Работает терминал следующим образом. Зарядка мобильных телефонов, а также переносных мобильных устройств, требующих периодической зарядки аккумуляторных батарей осуществляется посредством выбора соответствующего пункта меню.
Нажатием кнопки меню «Зарядка телефона» или «Розетка» (фиг.2), программа предлагает выбрать определенный порт (интерфейс) для подключения устройства (мобильный телефон, КПК, ноутбук и т.д.), чтобы зарядить аккумулятор, а также, используя имеющийся у пользователя адаптер зарядки, можно включить одну или несколько из предлагаемых розеток (220 В) (фиг.3).
Реализация данного решения основана на управлении через USB контроллер системного блока персонального компьютера многопортовой схемой выбора и подключения каналов, к которым, в свою очередь, по различным схемным вариантам могут быть подключены любые портативные устройства.
В рассматриваемом примере (фиг.4) использованы:
- первые 16 каналов - для подключения интерфейсных шнуров любых выбранных марок мобильных телефонов. Количество данных каналов может варьироваться до любого необходимого количества.
- 17 канал используется для управления электронной защелкой, блокирующей открывание двери терминала.
- 18-20 каналы адаптированы для управления электронными переключателями подачи питания на розетки (220 В), которыми оснащен терминал, с целью предоставления возможности подключения любого устройства мощностью до 700 Вт.
Количество каналов и их функциональное предназначение можно менять, дополнив тот или иной канал схемой, необходимой для управления любым периферийным устройством.
Формируемый программой определенный цифровой код, с контактов 2 и 3 разъема USB (J2, CON4) (фиг.4) через ограничивающие резисторы R6 и R7 поступает на контакты 9,11 процессора (РС0, РС2, соответственно) схемы декодирования, выполненный на чипе (микросхеме) ATMEL (atmega16), разработанным специально для выполнения описанных выше задач. На фигуре 5 приведена структурная схема процессора, выполненного из расчета необходимости управления двадцатью каналами (возможно расширение до любого их количества каналов).
После обработки и раскодирования команды с контактов PA n и PC n процессора (всего для данного исполнения их 16), управляющий сигнал поступает на схему стабилизации по току и напряжению того канала, который необходим для включения (с целью зарядки аккумуляторной батареи).
Например, программно, выбран первый порт зарядки.
После декодирования поступившей через USB порт команды, с выхода РАО процессора положительный потенциал +4.5 В через ограничивающий резистор 1R14 поступает на базу транзистора 1VT14 NPN ВЕС, выполняющего функции электронного ключа. В качестве ключа можно применить любой nрn транзистор с максимальным током ЭК=300 mA.
Далее при открывании транзистора 1VT14 падение напряжение на резисторе 1R15 позволяет открыть стабилизатор 1D4, на вход которого подано +12 В, выполненный на микросхеме LM2941C. Конденсаторы 1С14 на входе и 1С15 выполняют функции сглаживания напряжения. Делитель напряжения на резисторах 1R16, 1R17 подобран так, чтобы выходное стабилизированное напряжение на ножке 5 составляло 5,6 В.
Через сопротивление 1R18 (ограничитель по току) напряжение поступает на колодку J9 CОN16, посредством которой подключается светодиодная панель, индицирующая о том, что подано напряжение на порт №1.
Диод 1VD2 в схеме стабилизации предназначен для исключения разряда аккумуляторной батареи, подключенной к интерфейсному шнуру первого канала через колодку J8 CON24, а также для разрыва цепи индикации исправности цепи зарядки батареи перед использованием устройства. Другими словами, при подключении телефона к первому порту, плюс аккумуляторной батареи подается через сопротивление 1R19 на соответствующий контакт колодки J10 CON16, через которую включается светодиодная панель с красными светодиодами, индицирующие о том, что цепь исправна. Диод 1VD2 при этом закрыт. При включении стабилизатора напряжения 1D4, питающее напряжение 5,6 В через диод 1VD2 поступает на колодку J8 и через интерфейсный шнур на контакты мобильного телефона или другого устройства, на котором необходимо зарядить аккумуляторную батарею с данными характеристиками зарядки.
Схема стабилизации одного из каналов приведена на фиг.6.
Анализируя статистику использования наиболее распространенных марок мобильных телефонов, мы пришли к выводу, что оптимальное количество интерфейсных шнуров для зарядки аккумуляторов может быть равно 14-16 маркам. Поэтому, количество портов в рассматриваемом примере, выбрано именно исходя из этих данных. Схемное же решение позволяет изменить данные показатели.
Для реализации безопасности несанкционированного вскрытия терминала предусмотрен канал управления электронным замком (электронной защелкой) дверцы терминала или любого другого устройства. Фрагмент схемы приведен на фигуре 7.
При получении соответствующей команды через USB порт, на выходе РВО процессора atmega16 (ножка 40) появляется управляющий положительный потенциал, который поступает на вход 2 (ln1) микросхемы D3 (IPS042G). Это ключ с усилением напряжения на выходе до 50 В и максимальный пиковый ток нагрузки до 3А. При открывании ключа напряжение +12 В через нагрузку, подключенную к разъему J4 CON2, и через открытый ключ D1 (ножки 7 и 8) замыкается на земляную шину схемы. В качестве нагрузки можно использовать любое устройство с напряжением питания =12 В, сопротивлением до 500 Ом. Максимальный ток - до 3 А.
С целью предоставления возможности использования розеток 220 В в схеме предусмотрена возможность их включения. Представленный вариант изготовленной платы позволяет управлять питанием (вкл/выкл) трех розеток.
На фигурах 8 и 9 изображены фрагменты элементов схемы. В частности, на фиг.8 показана схема одного из трех электронных ключей. С процессора atmega16 (ножки 41, 42, 43, соответственно, они называются РВ1, РВ2 и РВ3, для управления тремя каналами) положительный потенциал через сопротивление R10 (R11, R12 соответственно для каждого канала) подается на базу транзистора VT1 (VT2, VT3 соответственно, для каждого канала) и открывает его (их), эммитерно-коллекторный переход. К коллектору каждого транзистора через разъемы J5 (J6, J7) CON2 подключается схема (фиг.9) симисторного включения нагрузки 220 В с подачей управления через оптическую пару VD1. Через подключенную к разъему J5 (J6, J7) CON2 оптическую пару VD1 (фиг.9, разъем J1 CON2) +12 В подается на коллектор транзисторного ключа фиг.8 и при открывании последнего происходит открытие симистора (фиг.9), через контакты J2 CON2 которого включены розетки 220 В.
Симисторный выключатель фиг.9 выполнен в виде отдельной платы для каждой розетки (управляемого устройства).
Питание (+5 В) процессора atmega16 осуществляется через USB порт (см. фрагмент схемы фиг.10). Далее через фильтр, собранный на конденсаторе С9 +5 В подается на вход стабилизатора напряжения с низким уровнем шума D2 (LP2985). Это устройство с настраиваемым конденсаторами С10, С11, С12 выходным напряжением. Емкость С13 - это сглаживающая емкость. С выхода 5 микросхемы D2 питающее высокостабилизированное напряжение подается на вход 5 (VCC) процессора.
Питание (+12 В) используется для питания схемы стабилизации по току и напряжению цепи заряда аккумуляторов мобильных телефонов, а также для управления переключателями нагрузки 220 В и схемы управления электронной защелкой (замком).
Для обеспечения работы процессора amtel16 на его входы XTAL1, XTAL2 (контакты 7 и 8) подается стабилизированная тактовая частота 12 МГц с кварцевого генератора Q1 (фиг.11).
Для визуального контроля состояния включенного порта предусмотрена схема подключения через разъемы, светодиодной панели, выполненной по технологии, так называемой, «гибкой клавиатуры».
В выключенном состоянии никакой индикации нет. При подключении к интерфейсному шнуру выбранной модели телефона, схемно выполнено так, что подсвечивается красный светодиод, что предупреждает пользователя об исправности интерфейсного концевика и правильности выбора в соответствие с маркой телефона.
При оплате за наличные деньги программно включается предварительно выбранный канал, а светодиодная схема индицирует зеленым свечением, что зарядка телефона включена.
Схема светодиодной панели приведена на фиг.12.
На приведенной фиг.12, для наглядности, разъединены две наложенные друг на друга части изделия. Верхняя часть - это лицевая сторона, нижняя - рабочая область с токопроводящими дорожками и светодиодами планарного исполнения. Каждому пронумерованному окну лицевой части соответствует светодиод на нижней части панели.
Индикация отображения состояния порта:
- бледно-красное свечение - телефон подключен;
- ярко-зеленое свечение - на порт подано стабилизированное питание зарядки;
- ярко-красное свечение - контакты порта короткозамкнуты (неисправны).
При короткозамкнутом состоянии порта, схема стабилизации сработает на отключение, т.к. будет превышен максимальный температурный режим. При понижении температуры произойдет обратное включение.
Напряжение питания на заряжаемом порту (рассчитано) - 5,5 В.
Ток зарядки варьируется в зависимости от состояния аккумулятора и находится в пределах от 200 до 800 мА, что соответствует заводским параметрам телефонов.
Программное обеспечение выполнено модульно, специально для управления данной схемой и позволяет включать одновременно все каналы в любой момент времени, кроме занятых. На мониторе при этом возможно наблюдать остаток времени до окончания времени зарядки по каждому порту (каналу). Во время зарядки, программно выполнено так, что мультимедийный терминал можно использовать и для использования других функций, отмеченных в описании работы самого терминала.
Мощность блока питания (12V) необходимо подбирать, исходя из того, сколько одновременно портов будет использоваться для зарядки. Если предположить, что эта цифра будет равна 10, то, соответственно, и блок питания необходимо подбирать не менее используемой для зарядки мощности (блок питания устанавливается отдельно). Можно использовать блок питания системного блока компьютера.