带跌落保护的组合式手持维护终端的制作方法

1.本实用新型涉及装维测量领域，特别是指一种带跌落保护的组合式手持维护终端。


背景技术：

2.手持式维护终端是装维测试人员适用的综合性设备，具备光功、红光、wifi测速、hdmi、网卡测速、nfc、otdr、tdr测量等多功能。目前几乎所有的手持式维护终端都是集成了所有功能，这样就造成设备的体积很大携带不方便。有些设备只集成了经常使用的几个功能，或者设备上有些功能未集成，功能受限，此时还还需要携带其他设备，不方便携带，也不方便操作。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种带跌落保护的组合式手持维护终端，其体积较小，携带方便，使用便捷，降低了跌落时的损坏概率。
4.本实用新型提供技术方案如下：
5.一种带跌落保护的组合式手持维护终端，包括主机和至少一个分离式扩展模块，所述主机包括主机壳体，所述主机壳体内设置有cpu和电源模块，所述cpu连接有用于维护的基本功能模块，所述分离式扩展模块包括扩展模块壳体，所述扩展模块壳体内设置有用于维护的扩展功能模块；
6.所述主机壳体上设置有一对连接器中的一个，所述扩展模块壳体上设置有一对连接器中的另一个，所述主机与所述分离式扩展模块通过一对连接器可拔插的连接，一对连接器将所述主机与所述分离式扩展模块进行电源连接和信号连接；
7.所述cpu还连接有用于当所述组合式手持维护终端跌落时将所述主机与所述分离式扩展模块的电源连接切断的跌落保护模块。
8.进一步的，所述跌落保护模块包括跌落传感器、三极管和mos管，所述跌落传感器与所述cpu连接，所述cpu与所述三极管连接，所述三极管与所述mos管连接，所述电源模块与所述cpu和所述mos管连接，所述mos管通过所述连接器与所述分离式扩展模块连接。
9.进一步的，所述跌落保护模块还包括冗余电路，所述冗余电路包括冗余跌落传感器、冗余三极管和微处理器，所述冗余跌落传感器与所述微处理器连接，所述微处理器与所述冗余三极管和电源模块连接，所述冗余三极管与所述mos管连接。
10.进一步的，所述跌落传感器为重力加速度传感器和气压传感器中的一种，所述冗余跌落传感器为重力加速度传感器和气压传感器中的另一种；所述气压传感器的数量为两个，两个气压传感器分别设置在所述主机的顶部和底部。
11.进一步的，所述基本功能模块包括摄像头、sim卡、tf卡、传感器、扬声器、wifi测速模块、wifi分析模块、nfc模块、听筒和typec接口中的一种或多种。
12.进一步的，所述扩展功能模块包括光纤熔接模块、otdr模块、onu模块、xdsl模块、
条码扫描模块、对讲机、wifi7模块、tdr模块、dmm模块、寻迹模块、红外遥控模块、对线模块、光纤熔端模块、光功模块、红光模块、千兆测速模块、2.5g测速模块和hdmi功能模块中的一种或多种。
13.进一步的，所述连接器为fpc板对板连接器、板对板连接器或pogo pin连接器。
14.进一步的，所述pogo pin连接器包括连接器公端和连接器母端，所述连接器公端包括与所述pogo pin连接器的pin脚数量相同的弹簧式探针，所述连接器母端包括与所述弹簧式探针对应的触点，所述连接器母端设置在所述主机壳体上，所述连接器公端设置在所述扩展模块壳体上。
15.进一步的，所述弹簧式探针的弹力不小于30gf。
16.进一步的，所述pogo pin连接器的pin脚包括usb3.0信号pin脚、usb2.0信号pin脚、gpio信号pin脚、pcie信号pin脚、mipi信号pin脚、i2c信号pin脚、串口信号pin脚、供电电源pin脚和接地pin脚。
17.进一步的，所述usb3.0信号pin脚、usb2.0信号pin脚、gpio信号pin脚、pcie信号pin脚、mipi信号pin脚、i2c信号pin脚和串口信号pin脚的各个差分对之间通过接地pin脚隔离；
18.所述供电电源pin脚与所述usb3.0信号pin脚、usb2.0信号pin脚、gpio信号pin脚、pcie信号pin脚、mipi信号pin脚、i2c信号pin脚和串口信号pin脚之间通过接地pin脚隔离。
19.进一步的，所述pcie信号pin脚和mipi信号pin脚复用一组pin脚，并通过复用芯片进行切换。
20.进一步的，所述连接器母端设置在所述主机壳体背面上，所述主机壳体背面上在所述连接器母端两侧设置有第一组磁铁，所述扩展模块壳体上在所述连接器公端两侧设置有第二组磁铁，所述连接器母端和连接器公端插接后，所述第一组磁铁和第二组磁铁的磁极互相吸引。
21.本实用新型具有以下有益效果：
22.本实用新型设计了一种组合式手持式维护终端，其主机仅包含一些经常使用的基本业务功能模块，主机功能为装维人员最常用的业务功能，其体积较小，可以减小主机的尺寸的同时满足最常用的业务需求。不常用的功能和体积比较大的功能作为扩展功能模块，设计在分离式扩展模块内。一个主机可以配备一种或多种不同功能的分离式扩展模块，进而组合成一个带扩展功能的终端设备，提高了主机功能的扩展能力。分离式扩展模块平时放在仪器包内，装维人员只需要携带仪器包即可，需要使用扩展功能时，只需要将分离式扩展模块取出并通过连接器与主机连接即可，减少了装维人员携带的仪器设备，扩展了产品功能，使用便捷。并且在设备跌落时通过跌落保护模块切断分离式扩展模块的电源，降低了跌落时主机和分离式扩展模块的损坏概率。
附图说明
23.图1为带跌落保护的组合式手持维护终端的电路模块示意图；
24.图2为带跌落保护的组合式手持维护终端的结构示意图；
25.图3为主机的主视图；
26.图4为主机的侧视图；
27.图5为pogo pin连接器公端的示意图；
28.图6为pogo pin连接器母端的示意图；
29.图7为pcie与mipi复用的示意图；
30.图8为复用芯片的电路设计示意图；
31.图9为pogo pin连接器的39个pin脚的示意图；
32.图10为跌落保护模块的示意图。
具体实施方式
33.为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
34.本实用新型提供一种带跌落保护的组合式手持维护终端，如图1-10所示，其包括主机1和至少一个分离式扩展模块2，主机包括主机壳体3，主机壳体3内设置有cpu(central processing unit，中央处理器)4和电源模块18，cpu4连接有用于维护的基本功能模块7，分离式扩展模块2包括扩展模块壳体5，扩展模块壳体5内设置有用于维护的扩展功能模块8。
35.主机壳体3上设置有一对连接器6中的一个，扩展模块壳体5上设置有一对连接器6中的另一个，主机1与分离式扩展模块2通过一对连接器6可拔插的连接，一对连接器6将主机1与分离式扩展模块2进行电源连接和信号连接，主机1为分离式扩展模块2供电并进行信号传输。
36.因连接器6的连接方式在跌落时分离式扩展模块2容易与主机1分离，而造成连接器6的pin脚短路，损坏主机1或者分离式扩展模块2功能。为解决该问题，本实用新型的cpu4还连接有用于当组合式手持维护终端跌落时将主机1与分离式扩展模块2的电源连接切断的跌落保护模块，在跌落时切断分离式扩展模块2电源以及功能，起到保护主机1和分离式扩展模块2的作用。
37.本实用新型设计了一种组合式手持式维护终端，其主机仅包含一些经常使用的基本业务功能模块，主机功能为装维人员最常用的业务功能，其体积较小，可以减小主机的尺寸的同时满足最常用的业务需求。不常用的功能和体积比较大的功能作为扩展功能模块，设计在分离式扩展模块内。一个主机可以配备一种或多种不同功能的分离式扩展模块，进而组合成一个带扩展功能的终端设备，提高了主机功能的扩展能力。分离式扩展模块平时放在仪器包内，装维人员只需要携带仪器包即可，需要使用扩展功能时，只需要将分离式扩展模块取出并通过连接器与主机连接即可，减少了装维人员携带的仪器设备，扩展了产品功能，使用便捷。并且在设备跌落时通过跌落保护模块切断分离式扩展模块的电源，降低了跌落时主机和分离式扩展模块的损坏概率。
38.在其中一个示例中，如图10所示，跌落保护模块包括跌落传感器19、三极管20和mos管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,金氧半场效晶体管)21，跌落传感器19与cpu4连接，cpu4与三极管连接20，三极管20与mos管21连接，电源模块18与cpu4和mos管21连接，mos管21通过连接器6与分离式扩展模块2连接，即电源模块18经过mos管21通过连接器6为分离式扩展模块2供电。
39.当跌落传感器19判断为跌落状态时，通知cpu4对三极管20进行操作，三极管20状态的变化作用于mos管21，则mos管21关断，无电源输出到连接器6上，此时连接器6上无电
源，短路不会影响主机1和分离式扩展模块2的功能。
40.进一步的，跌落保护模块为双冗余设计，其还包括冗余电路，冗余电路包括冗余跌落传感器22、冗余三极管23和微处理器24，冗余跌落传感器22与微处理器24连接，微处理器24与冗余三极管23和电源模块18连接，冗余三极管23与mos管21连接。
41.当跌落传感器19检测到跌落时会自动切换到冗余跌落传感器22进行跌落检测，使用微处理器24进行处理，当跌落传感器19和冗余跌落传感器22均检测到处于跌落状态时，对分离式扩展模块2的电源进行断开处理，防止误判。
42.跌落传感器19为重力加速度传感器和气压传感器中的一种，冗余跌落传感器22为重力加速度传感器和气压传感器中的另一种。气压传感器的数量为两个，两个气压传感器分别设置在主机1的顶部和底部。
43.重力加速度传感器采集当前设备的加速度值，当该值接近自由落体的加速度时判断为设备处于跌落状态；两个气压传感器分别位于设备的顶端和底部，两个气压传感器采集设备的当前大气压值，计算设备的高度值，以及将两个气压传感器的数值进行对比，当设备处于跌落状态时，高度值会快速变化，并且两个气压传感器采集的数值的差异会变大，当差异超过某个阈值的时候，即判断设备处于跌落状态。例如：设备跌落时顶端朝下，因为速度的关系，顶部的气压传感器数值会变大，底部的气压传感器数值会变小，两者差值较大。
44.当重力传感器和气压传感器都判断为跌落状态时，则判断设备实际处于真实跌落状态，防止个别传感器误判，并通知cpu4或微处理24对三极管20或23进行操作，关断mos管21，切断连接器6以及分离式扩展模块2的电源。
45.前述的基本功能模块7主要包括摄像头、sim(subscriber identity module，用户识别模块)卡、tf(trans flash)卡、传感器、扬声器、wifi(wireless fidelity，无线保真)测速模块、wifi分析模块、nfc(near field communication，近场通信)模块、听筒和typec(usb type-c)接口中的一种或多种。
46.扩展功能模块8主要包括光纤熔接模块、otdr(optical time domain reflectometer，光时域反射)模块、onu(optical network unit，光网络单元)模块、xdsl(digital subscribe line，数字用户线路)模块、条码扫描模块、对讲机、wifi7模块、tdr(time domain reflectometry，时域反射技术)模块、dmm(digital multimate，数字万用表)模块、寻迹模块、红外遥控模块、对线模块、光纤熔端模块、光功模块、红光模块、千兆测速模块、2.5g测速模块和hdmi(high definition multimedia interface，高清多媒体接口)功能模块中的一种或多种。
47.扩展功能模块8是上述各个模块的组合，组合的方式可以为多种，例如光功模块+红光模块+千兆测速模块，或者光功模块+红光模块+otdr模块+tdr模块+dmm+模块对线模块，或者wifi7模块+2.5g测速模块+hdmi模块+红外遥控模块，以及其他组合方式。
48.本实用新型不限制连接器6的种类，例如可以为fpc板对板连接器、板对板连接器或pogo pin连接器。
49.使用fpc(flexible printed circuit，柔性电路板)板对板连接器时，主机1与分离式扩展模块2之间使用fpc连接，可以满足业务功能的需求。但是存在如下缺陷：无法做到ip65及以上的防护等级，而且接口处的主机外观感受较差。
50.板对板连接器分为公头和母头，尺寸比较大，主机1一端使用母头，分离式扩展模
块2一端使用公头，在使用时主机1与分离式扩展模块2使用螺丝固定，在不使用分离式扩展模块2的时候，主机1接口处使用密封盖密封，可以满足业务需求，同时不使用分离式扩展模块2的时候外观感受也较好。但是存在如下缺陷：在使用分离式扩展模块2的时候较不方便，需要使用螺丝刀安装后才可以使用，不方便拆卸。
51.pogo pin(弹簧接口)连接器包括连接器公端9和连接器母端10，如图5、6所示，pogo pin连接器具有多个pin脚(引脚、管脚)，连接器公端9包括与pogo pin连接器的pin脚数量相同的弹簧式探针11，连接器母端10包括与弹簧式探针11对应的触点12，连接器母端10设置在主机壳体3上，连接器公端9设置在扩展模块壳体5上。pogo pin连接器可以实现设备外观的美观，以及分离式扩展模块2安装和拆卸的便捷性。
52.经过反复多次模拟测试发现，普通常规式的pogo pin连接器无法传输高速信号，硬件信号速率无法满足业务需求，高速信号衰减以及干扰很严重。为解决该问题，对pogo pin的结构对信号速率的影响进行深入分析，经过多次仿真测试，发现信号在pogo pin的弹簧式探针11弹力比较大的情况下信号传输速率会提高。
53.基于此，为实现高速信号传输，本实用新型的弹簧式探针11的弹力设计为不小于30gf，优选为45gf。
54.因为背夹模块的不确定性，pogo pin连接器预留了行业内常用模块的通信接口，即pogo pin连接器的pin脚按照功能可以分为usb3.0信号pin脚、usb2.0信号pin脚、gpio(general purpose input/output port，通用输入输出端口)信号pin脚、pcie(peripheral component interconnect express，外围组件快速互连)信号pin脚、mipi(mobile industry processor interface，移动产业处理器接口)信号pin脚、i2c(inter-integrated circuit，集成电路总线)信号pin脚、串口信号pin脚、供电电源pin脚和接地pin脚，如图9所示。根据分离式扩展模块2的不同使用其中的一种或者几种信号pin脚，这样就可以只更换分离式扩展模块2实现手持终端的不同功能扩展，并且分离式扩展模块2模块与主机1连接方便。
55.因为高速差分信号的传输特性，为减少差分对之间的串扰，同时也为了高速信号的回流路径匹配，避免因为gnd的不匹配而造成高速差分信号质量差的问题，本实用新型在高速信号线之间以接地pin脚gnd隔离。
56.其中：
57.usb3.0信号pin脚、usb2.0信号pin脚、gpio信号pin脚、pcie信号pin脚、mipi信号pin脚、i2c信号pin脚和串口信号pin脚的各个差分对之间通过接地pin脚隔离。
58.供电电源pin脚与usb3.0信号pin脚、usb2.0信号pin脚、gpio信号pin脚、pcie信号pin脚、mipi信号pin脚、i2c信号pin脚和串口信号pin脚之间通过接地pin脚隔离。
59.具体的，如图9所示，差分对(pcie_tx1+、pcie_tx1-)、(pcie_rx1+、pcie_rx1-)、(pcie_tx2+、pcie_tx2-)、(pcie_rx2+、pcie_rx2-)的pin脚之间通过接地pin脚gnd隔离。差分对(usb2_dp、usb2_dm)、(usb3_tx1+、usb3_tx1-)、(usb3_rx1+、usb3_rx1-)、(pcie_clk_m、pcie_clk_n)的pin脚之间通过接地pin脚gnd隔离。供电电源pin脚pwr+、pwr-与其他pin脚通过接地pin脚gnd隔离。
60.前述各种信号的pin脚、供电电源pin脚连同接地pin脚的数量较多，而本实用新型为了提高高速信号的传输质量，需要增加pogo pin的弹力，当pin脚数量较多时，会导致整
个连接器压合的力增大，结构会有风险。为了减少pogo pin连接器的pin脚数量，同时也为了均衡成本与信号的种类，本实用新型将pcie信号pin脚和mipi信号pin脚复用一组pin脚，并通过复用芯片进行切换。
61.如图9中所述，所有与pcie有关的pin脚均与mipi复用，pcie与mipi这两组高速信号的信号数量多，使用的pin脚多，使用一个复用开关芯片就可以实现多个pin脚的复用，减少成本；而且pcie与mipi两个高速信号的阻抗匹配一致，不需要额外的做阻抗匹配的处理，实现方便。
62.复用芯片可以为高速信号切换开关，默认状态下为pcie信号与pogo pin连接器连接；当需要使用mipi总线时，gpio1控制高速信号切换开关，使pogo pin连接器和cpu的mipi总线相连，如图7所示。复用芯片的电路设计如图8所示。
63.在前述复用的基础上，gpio信号pin脚的数量为5个，其中4个pin脚用于与两个io扩展芯片连接，io扩展芯片接口为i2c接口，其i2c地址不相同，可以共用一个，每个io扩展芯片有一个复位信号和一个中断信号，这样就总共需要4个pin脚，2个io扩展芯片能够扩展至少30pin的普通gpio信号，可以用于分离式扩展模块2不同功能组合的配置。另外一个gpio信号pin脚是为了检测分离式扩展模块2是否插入。
64.通过前述的pcie与mipi复用，gpio信号pin脚与io扩展芯片的扩展，以及其他种类信号pin脚、供电电源pin脚和接地pin脚的设计，形成了如图9所示的39个pin脚的pogo pin连接器，使用较少的pin脚实现了行业内常用模块的通信接口。
65.前述的分离式扩展模块2可以是背夹的形式连接在主机壳体3的背面上，具体的：如图2-4所示，连接器母端10设置在主机壳体3背面上，主机壳体3背面上在连接器母端10两侧设置有第一组磁铁13，扩展模块壳体5上在连接器公端9两侧设置有第二组磁铁，连接器母端10和连接器公端9插接后，第一组磁铁13和第二组磁铁的磁极互相吸引，将分离式扩展模块2牢固连接在主机1背面。
66.摄像头14及其闪光灯15可以设置在主机壳体3背面上，音量键16和电源键17可以设置在主机壳体3侧面上。
67.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，包括主机和至少一个分离式扩展模块，所述主机包括主机壳体，所述主机壳体内设置有cpu和电源模块，所述cpu连接有用于维护的基本功能模块，所述分离式扩展模块包括扩展模块壳体，所述扩展模块壳体内设置有用于维护的扩展功能模块；所述主机壳体上设置有一对连接器中的一个，所述扩展模块壳体上设置有一对连接器中的另一个，所述主机与所述分离式扩展模块通过一对连接器可拔插的连接，一对连接器将所述主机与所述分离式扩展模块进行电源连接和信号连接；所述cpu还连接有用于当所述组合式手持维护终端跌落时将所述主机与所述分离式扩展模块的电源连接切断的跌落保护模块。2.根据权利要求1所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述跌落保护模块包括跌落传感器、三极管和mos管，所述跌落传感器与所述cpu连接，所述cpu与所述三极管连接，所述三极管与所述mos管连接，所述电源模块与所述cpu和所述mos管连接，所述mos管通过所述连接器与所述分离式扩展模块连接。3.根据权利要求2所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述跌落保护模块还包括冗余电路，所述冗余电路包括冗余跌落传感器、冗余三极管和微处理器，所述冗余跌落传感器与所述微处理器连接，所述微处理器与所述冗余三极管和电源模块连接，所述冗余三极管与所述mos管连接。4.根据权利要求3所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述跌落传感器为重力加速度传感器和气压传感器中的一种，所述冗余跌落传感器为重力加速度传感器和气压传感器中的另一种；所述气压传感器的数量为两个，两个气压传感器分别设置在所述主机的顶部和底部。5.根据权利要求1-4任一所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述基本功能模块包括摄像头、sim卡、tf卡、传感器、扬声器、wifi测速模块、wifi分析模块、nfc模块、听筒和typec接口中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述扩展功能模块包括光纤熔接模块、otdr模块、onu模块、xdsl模块、条码扫描模块、对讲机、wifi7模块、tdr模块、dmm模块、寻迹模块、红外遥控模块、对线模块、光纤熔端模块、光功模块、红光模块、千兆测速模块、2.5g测速模块和hdmi功能模块中的一种或多种。7.根据权利要求6所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述连接器为fpc板对板连接器、板对板连接器或pogo pin连接器。8.根据权利要求7所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述pogo pin连接器包括连接器公端和连接器母端，所述连接器公端包括与所述pogo pin连接器的pin脚数量相同的弹簧式探针，所述连接器母端包括与所述弹簧式探针对应的触点，所述连接器母端设置在所述主机壳体上，所述连接器公端设置在所述扩展模块壳体上。9.根据权利要求8所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述弹簧式探针的弹力不小于30gf。10.根据权利要求8所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述pogo pin连接器的pin脚包括usb3.0信号pin脚、usb2.0信号pin脚、gpio信号pin脚、pcie信号pin脚、mipi信号pin脚、i2c信号pin脚、串口信号pin脚、供电电源pin脚和接地pin脚。
11.根据权利要求10所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述usb3.0信号pin脚、usb2.0信号pin脚、gpio信号pin脚、pcie信号pin脚、mipi信号pin脚、i2c信号pin脚和串口信号pin脚的各个差分对之间通过接地pin脚隔离；所述供电电源pin脚与所述usb3.0信号pin脚、usb2.0信号pin脚、gpio信号pin脚、pcie信号pin脚、mipi信号pin脚、i2c信号pin脚和串口信号pin脚之间通过接地pin脚隔离。12.根据权利要求10所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述pcie信号pin脚和mipi信号pin脚复用一组pin脚，并通过复用芯片进行切换。13.根据权利要求8所述的带跌落保护的组合式手持维护终端，其特征在于，所述连接器母端设置在所述主机壳体背面上，所述主机壳体背面上在所述连接器母端两侧设置有第一组磁铁，所述扩展模块壳体上在所述连接器公端两侧设置有第二组磁铁，所述连接器母端和连接器公端插接后，所述第一组磁铁和第二组磁铁的磁极互相吸引。

技术总结
本实用新型公开了一种带跌落保护的组合式手持维护终端，属于装维测量领域，其主机仅包含一些装维人员最常用的基本业务功能模块，体积较小，减小主机的尺寸的同时满足最常用的业务需求。不常用的功能和体积比较大的功能设计在分离式扩展模块内。一个主机可以配备一种或多种不同功能的分离式扩展模块，进而组合成一个带扩展功能的终端设备，提高了主机功能的扩展能力。分离式扩展模块平时放在仪器包内，只需要携带仪器包即可，需要使用扩展功能时，只需要将分离式扩展模块取出并通过连接器与主机连接即可，减少了装维人员携带的仪器设备，扩展了产品功能，使用便捷。并且通过跌落保护模块降低了跌落时主机和分离式扩展模块的损坏概率。损坏概率。损坏概率。


技术研发人员：张艳鹏 孔志强 陈兵 张阳 陈德娟
受保护的技术使用者：山东信通电子股份有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/20