CN105138483A - 一种usb接口扩展装置及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种USB接口扩展装置，包括：电源单元、一个上行U口单元、至少两个下行U口单元、指示单元以及处理单元，其中，所述电源单元与所述至少两个下行U口单元、指示单元以及处理单元分别相连，以供电；所述处理单元与所述一个上行U口单元、至少两个下行U口单元以及指示单元分别相连；所述一个上行U口单元可以用于连接到外部的处理设备；所述至少两个下行U口单元可以用于分别连接到外部的至少两个外设部件；所述控制单元，用于检测每一个下行U口单元的连接状态，在检测到任意一个第一下行U口单元连接外部的外设部件时，控制所述指示单元提供对应于第一下行U口单元的连接指示信号。本方案能够扩展USB接口。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术，特别涉及一种USB接口扩展装置及其通信方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，处理设备比如计算机的处理能力越来越强大，其智能化和个性化也快速发展。相应地，在一个处理设备上需要外接各种外设部件，从而完成更多的业务应用。
为了满足在处理设备上外接外设部件的需求，出现了USB外部总线标准，用于规范处理设备与外设部件的连接和通信。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能，因此，得到了广泛的应用。通过USB接口，外设部件可以直接插接在处理设备上，处理设备则可以对外设部件进行识别和相互通信。比如，将U盘通过USB接口直接插接在电脑上，电脑则可以通过USB接口对U盘进行相应的读写操作。
然而，随着各种应用的发展，外设部件越来越多的使用USB口通信，这将导致处理设备的USB口资源越来越紧张，比如，一个处理设备上提供2个USB接口给外设部件，但是在实际业务中，需要同时进行多种比如4种甚至更多的应用，即需要同时在处理设备上使用多个USB口插接多个外设部件，往往会出现处理设备上USB接口不足的情况，导致业务无法实现。
发明内容
本发明提供一种USB接口扩展装置及其通信方法，能够扩展USB接口。
一种USB接口扩展装置，包括：
电源单元、一个上行U口单元、至少两个下行U口单元、指示单元以及控制单元，其中，
所述电源单元与所述至少两个下行U口单元、指示单元以及控制单元分别相连，以供电；
所述控制单元与所述一个上行U口单元、至少两个下行U口单元以及指示单元分别相连；
所述一个上行U口单元可以用于连接到外部的处理设备；
所述至少两个下行U口单元可以用于分别连接到外部的至少两个外设部件；
所述控制单元，用于检测每一个下行U口单元的连接状态，在检测到任意一个第一下行U口单元连接外部的外设部件时，控制所述指示单元提供对应于第一下行U口单元的连接指示信号。
所述指示单元包括：与所述下行U口单元个数相同且一一对应的至少两个LED灯；
所述控制单元，控制对应于第一下行U口单元的LED灯进行发光。
所述控制单元，还用于处理上行U口单元发来的下行数据，对下行数据进行识别，确定该下行数据对应的下行U口单元，将下行数据发送给所确定的对应的下行U口单元；以及，还用于接收任意一个下行U口单元发来的上行数据，在该上行数据中添加发来该上行数据的下行U口单元的标识，然后将该上行数据通过上行U口单元发送给外部的处理设备。
进一步包括：
连接在所述一个上行U口单元与所述控制单元之间的U口传输保护电路；
分别连接在每一个所述下行U口单元与所述控制单元之间的各U口传输保护电路；其中，
每一个U口传输保护电路中包括：电源线、数据负线、数据正线、地线、USB口、TVS管；其中，
所述USB口用于连接到上行U口单元或者下行U口单元，且每一个USB口中包括：电源管脚、两个数据管脚、3个接地管脚；
所述电源线连接到所述电源单元，以获取供电；
所述电源线连接有两个并联的电容，该两个并联的电容还接地；所述两个并联的电容与磁珠串联，之后连接到USB口的电源管脚；
所述数据正线、数据负线分别连接到所述控制单元，用于传输控制单元发来的数据到USB口，并且，所述数据正线、数据负线分别各自串接限流电阻，之后，再串接共模电感，之后再分别串接到所述两个数据管脚；
所述电源线、所述数据正线、所述数据负线与地之间连接有TVS管。
每一个U口传输保护电路进一步包括：
第一预留电容，一端连接在所述数据正线上且位于数据正线上的限流电阻与共模电感之间，另一端接地；
第二预留电容，一端连接在所述数据负线上且位于数据负线上的限流电阻与共模电感之间，另一端接地。
所述限流电阻的阻值为10欧姆；和/或，所述并联的电容为100UF。
进一步包括：电流保护电路，连接在所述电源单元与所述至少两个下行U口单元之间；
电流保护电路包括：保险管，一端连接到所述电源单元，另一端分别与至少两个连接线相连；所述至少两个连接线的个数与所述下行U口单元个数相同，所述至少两个连接线一一对应连接到所述至少两个下行U口单元；
所述保险管的所述另一端还依次串联两个电阻，之后接地；
所述串联的两个电阻之间引出有传输线，用于连接到所述控制单元。
所述至少两个为4个。
一种基于上述任意一种USB接口扩展装置的通信方法，包括：
控制单元检测到上行U口单元连接到处理设备，以及任意第一下行U口单元连接外设部件；
所述控制单元控制所述指示单元提供对应于第一下行U口单元的连接指示信号；
控制单元控制在所述上行U口单元与任意一个下行U口单元之间传输数据。
所述控制单元控制在所述上行U口单元与任意一个下行U口单元之间传输数据包括：
上行U口单元接收处理设备发来的下行数据，将该下行数据发送给所述控制单元；
所述控制单元对下行数据进行识别，确定该下行数据对应的下行U口单元，将下行数据发送给所确定的对应的下行U口单元；
所述控制单元在接收到任意一个下行U口单元发来的上行数据后，在该上行数据中添加发来该上行数据的下行U口单元的标识，然后将该上行数据通过上行U口单元发送给外部的处理设备。
可见，本发明实施例提供的USB接口扩展装置及其通信方法，能够在装置内部对应一个上行U口单元而集成出至少两个下行U口单元，这样，通过一个上行U口单元与外部处理设备的一个USB口相连，通过至少两个下行U口单元与外部至少两个外设部件相连，从而实现了占用处理设备一个USB口的情况下，能够连接多个外设部件，实现了USB接口的扩展。
附图说明
图1是本发明一个实施例中USB接口扩展装置的结构示意图。
图2是本发明另一个实施例中USB接口扩展装置的结构示意图。
图3是本发明一个实施例中U口传输保护电路的结构示意图。
图4A是本发明另一个实施例中U口传输保护电路的结构示意图。
图4B是本发明又一个实施例中U口传输保护电路的结构示意图。
图5是本发明的又一个实施例中USB接口扩展装置的结构示意图。
图6A是本发明一个实施例中电流保护电路的结构示意图。
图6B是本发明另一个实施例中电流保护电路的结构示意图。
图7是本发明一个实施例中基于USB接口扩展装置进行通信的方法流程图。
具体实施方式
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做出创造性劳动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。
本发明一个实施例提出了一种USB接口扩展装置，参见图1，包括：
电源单元101、一个上行U口单元102、至少两个下行U口单元103、指示单元104以及控制单元105，其中，
所述电源单元101与所述至少两个下行U口单元103、指示单元104以及控制单元105分别相连，以供电；
所述控制单元105与所述一个上行U口单元102、至少两个下行U口单元103以及指示单元104分别相连；
所述一个上行U口单元102可以用于连接到外部的处理设备；
所述至少两个下行U口单元103可以用于分别连接到外部的至少两个外设部件；
所述控制单元105，用于检测每一个下行U口单元103的连接状态，在检测到任意一个第一下行U口单元连接外部的外设部件时，控制所述指示单元104提供对应于第一下行U口单元的连接指示信号。
可见，在上述本发明实施例中，能够在装置内部对应一个上行U口单元而集成出至少两个下行U口单元，这样，通过一个上行U口单元与外部处理设备的一个USB口相连，通过至少两个下行U口单元与外部至少两个外设部件相连，从而实现了占用处理设备一个USB口的情况下，能够连接多个外设部件，实现了USB接口的扩展。
进一步地，上述本发明实施例中，不仅具有多个下行U口单元和一个上行U口单元，而且还具有控制单元，该控制单元具有数据处理能力，因此USB接口扩展装置具有独立的数据处理能力，增加了USB接口扩展装置的业务能力。
在本发明一个实施例中，可以通过LED灯来指示USB接口扩展装置通过其下行U口单元连接外设部件的情况。具体的实现包括：所述指示单元104包括：与所述下行U口单元103个数相同且一一对应的至少两个LED灯；
则所述控制单元105控制对应于第一下行U口单元的LED灯进行发光，从而提示当前第一下行U口单元连接有外设部件。
在本发明一个实施例中，控制单元具有控制USB接口数据传输的功能，具体可以包括：所述控制单元105，还用于处理上行U口单元102发来的下行数据，对下行数据进行识别，确定该下行数据对应的下行U口单元，将下行数据发送给所确定的对应的下行U口单元；以及，还用于接收任意一个下行U口单元103发来的上行数据，在该上行数据中添加发来该上行数据的下行U口单元的标识，然后将该上行数据通过上行U口单元102发送给外部的处理设备。
在本发明一个实施例中，为了增加USB接口扩展装置的性能，参见图2，可以进一步包括：
连接在所述一个上行U口单元与所述控制单元之间的U口传输保护电路201；
分别连接在每一个所述下行U口单元与所述控制单元之间的各U口传输保护电路202。
参见图2和图3，在本发明一个实施例中，图2所示的每一个U口传输保护电路中可以包括：电源线、数据负线DP、数据正线DM、地线、USB口、瞬变电压抑制二极管（TRANSIENTVOLTAGESUPPRESSOR，TVS）；其中，
所述USB口用于连接到上行U口单元或者下行U口单元，且每一个USB口中包括：电源管脚、两个数据管脚、3个接地管脚；
所述电源线连接到所述电源单元，以获取供电；
所述电源线连接有两个并联的电容，该两个并联的电容还接地；所述两个并联的电容与磁珠串联，之后连接到USB口的电源管脚；
所述数据正线、数据负线分别连接到所述控制单元，用于传输控制单元发来的数据到USB口，并且，所述数据正线、数据负线分别各自串接限流电阻，之后，再串接共模电感，之后再分别串接到所述两个数据管脚；
所述电源线、所述数据正线、所述数据负线与地之间连接有TVS管。
在上述图3所示的USB接口扩展装置中，使用了U口传输保护电路。在本发明一个实施例中，TVS管即U4可以使用SR05，从而起到防静电的作用。对于电源线连接的两个并联的电容，其中可以采用100UF的电容，从而有利于稳定电源电压。通过使用与并联电容串接的磁珠比如可以为FBMA-11-160808-500T，有利于去除电源线的高频噪声及起到限流比如限流500MA的作用。对于数据正线、数据负线分别各自串接的限流电阻，其阻值可以为10R，能够分别对数据正线和数据负线起到限流保护作用；同时，数据正线、数据负线再串接共模电感比如可以采用CM2-2012MCIN-121T，可以抑制高频干扰。
为了进一步增加USB接口扩展装置的应用性，参见图4，每一个U口传输保护电路进一步包括：
第一预留电容，一端连接在所述数据正线上且位于数据正线上的限流电阻与共模电感之间，另一端接地；
第二预留电容，一端连接在所述数据负线上且位于数据负线上的限流电阻与共模电感之间，另一端接地。
在本发明的一个实施例中，限流电阻的阻值为10欧姆。
在本发明一个实施例中，并联的电容为100UF。
需说明的是，在上述图2所示的本发明实施例中，在上行U口单元与控制单元之间，以及每一个下行U口单元与控制单元之间，均包括有U口传输保护电路。在本发明的其他实施例中，也可以只在上行U口单元与控制单元之间设置U口传输保护电路。或者，在本发明的又一些实施例中，可以只在部分或全部下行U口单元与控制单元之间设置U口传输保护电路等。
在本发明一个实施例中，参见图5，为了进一步对电源电流进行保护，USB接口扩展装置可以进一步包括：电流保护电路501，连接在所述电源单元101与所述至少两个下行U口单元103之间。
参见图5和图6，在本发明一个实施例中，电流保护电路501具体可以包括：保险管，一端连接到所述电源单元，另一端分别与至少两个连接线相连；所述至少两个连接线的个数与所述下行U口单元个数相同，所述至少两个连接线一一对应连接到所述至少两个下行U口单元；
所述保险管的所述另一端还依次串联两个电阻，之后接地；
所述串联的两个电阻之间引出有传输线，用于连接到所述控制单元。
通过图5所示的电流保护电路，能够在电源单元与下行U口单元之间进行过流保护。比如，USB2.0每个U口电流一般在500mA，4个下行U口合起来的电流不超过2A，在4个下行U口单元的总电源线的输入端家保险管比如可以为MF-MSMF200，这样，下行U口单元的总输入电流如果超过2A，则保险管熔断，对下行U口单元所连接的外设部件起到保护作用。
在本发明的一个实施例中，可以包括4个下行U口单元。
在本发明的实施例中，电源部分可以采用LM2596芯片，该芯片具有宽电压入，高电流出（最大电流输出可达3A），满足四个下行U口单元最大输出电流2A的需求。
在本发明的一个实施例中，控制单元可以是微程序控制器（MicroprogrammedControlUnit，MCU）比如AU6259微处理器，并且，可以在MCU点电流检测管脚做电流检测处理及超过限流阈值，MCU便进入自我保护状态，对MCU芯片起到保护作用。
本发明一个实施例还提出了一种基于本发明实施例的任意一种USB接口扩展装置的通信方法，参见图1和图7，包括：
步骤701：控制单元检测到上行U口单元连接到处理设备，以及任意第一下行U口单元连接外设部件；
步骤702：所述控制单元控制所述指示单元提供对应于第一下行U口单元的连接指示信号；
步骤703：控制单元控制在所述上行U口单元与任意一个下行U口单元之间传输数据。
在本发明一个实施例中，步骤703中所述控制单元控制在所述上行U口单元与任意一个下行U口单元之间传输数据包括：
上行U口单元接收处理设备发来的下行数据，将该下行数据发送给所述控制单元；
所述控制单元对下行数据进行识别，确定该下行数据对应的下行U口单元，将下行数据发送给所确定的对应的下行U口单元；
所述控制单元在接收到任意一个下行U口单元发来的上行数据后，在该上行数据中添加发来该上行数据的下行U口单元的标识，然后将该上行数据通过上行U口单元发送给外部的处理设备。
需要说明的是，在本发明的各个实施例中，USB接口扩展装置通过上行U口单元连接的处理设备可以是计算机，也可以是自助终端设备，比如银行营业厅里的自助机。也就是说，可以使用USB接口扩展装置对计算机的USB接口进行扩展，也可以对各个网点的自助终端设备进行USB接口的扩展。
下面以本发明实施例的USB接口扩展装置中包括4个下行U口单元，并且指示单元中包括4个LED灯，每一个LED灯对应一个下行U口单元为例，说明使用该USB接口扩展装置的工作过程，可以参见图1：将USB接口扩展装置通过其上行U口单元插入自助终端设备的一个USB接口，将需要通过自助终端设备进行业务处理的多个外设部件比如包括银行U盾、U盘、手机分别插入USB接口扩展装置的3个下行U口单元；USB接口扩展装置中的控制单元比如MCU检测到3个下行U口单元分别连接了外设部件，则控制对应该3个下行U口单元的3个LED灯进行发光，以便指示；自助终端设备将对银行U盾的下行业务处理数据发送到上行U口单元，并传输给MCU，MCU接收该下行业务处理数据并进行识别，确定该下行业务处理数据对应的下行U口单元，将下行业务处理数据发送给所确定的对应的下行U口单元，从而传输到银行U盾；在上行方向上，比如以手机为例，手机将上行处理数据通过下行U口单元1发送给MCU；MCU在接收到该上行处理数据后，在该上行数据中添加发来该上行处理数据的下行U口单元1的标识，然后将该上行处理数据通过上行U口单元发送给自助终端设备，自助终端设备进行相应的处理。
本发明各个实施例至少具有如下的有益效果：
1、本发明实施例中，能够在装置内部对应一个上行U口单元而集成出至少两个下行U口单元，这样，通过一个上行U口单元与外部处理设备的一个USB口相连，通过至少两个下行U口单元与外部至少两个外设部件相连，从而实现了占用处理设备一个USB口的情况下，能够连接多个外设部件，实现了USB接口的扩展。
2、本发明实施例中，不仅具有多个下行U口单元和一个上行U口单元，而且还具有控制单元，该控制单元具有数据处理能力，因此USB接口扩展装置具有独立的数据处理能力，增加了USB接口扩展装置的业务应用。
3、本发明实施例中，USB接口扩展装置中具有指示单元，通过该指示单元的指示信号，能够指示出连接了外设部件的下行U口单元，比如，当一个下行U口单元连接到一个外设部件时，指示单元中对应于该下行U口单元的LED灯会发光，起到辅助提示作用，也因此有利于USB接口扩展装置的后续应用及维护。
4、本发明实施例中，上行U口单元与控制单元之间以及每一个下行U口单元与控制单元之间都可以包括U口传输保护电路比如可以是一种电磁兼容性（Electromagneticcompatibility，EMC）电路，从而抑制高频干扰，并还具有防静电的功能。
5、本发明实施例中，电源单元与所述至少两个下行U口单元之间可以包括电流保护电路，能够起到过流保护的作用，增加USB接口扩展装置的稳定性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二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因素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种USB接口扩展装置，其特征在于，包括：
电源单元、一个上行U口单元、至少两个下行U口单元、指示单元以及处理单元，其中，
所述电源单元与所述至少两个下行U口单元、指示单元以及处理单元分别相连，以供电；
所述处理单元与所述一个上行U口单元、至少两个下行U口单元以及指示单元分别相连；
所述一个上行U口单元可以用于连接到外部的处理设备；
所述至少两个下行U口单元可以用于分别连接到外部的至少两个外设部件；
所述控制单元，用于检测每一个下行U口单元的连接状态，在检测到任意一个第一下行U口单元连接外部的外设部件时，控制所述指示单元提供对应于第一下行U口单元的连接指示信号。
2.根据权利要求1所述的USB接口扩展装置，其特征在于，所述指示单元包括：与所述下行U口单元个数相同且一一对应的至少两个LED灯；
所述控制单元，控制对应于第一下行U口单元的LED灯进行发光。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制单元，还用于处理上下U口单元发来的下行数据，对下行数据进行识别，确定该下行数据对应的下行U口单元，将下行数据发送给所确定的对应的下行U口单元；以及，还用于接收任意一个下行U口单元发来的上行数据，在该上行数据中添加发来该上行数据的下行U口单元的标识，然后将该上行数据通过上行U口单元发送给外部的处理设备。
4.根据权利要求1至3中任一所述的USB接口扩展装置，其特征在于，进一步包括：
连接在所述一个上行U口单元与所述控制单元之间的U口传输保护电路；
分别连接在每一个所述下行U口单元与所述控制单元之间的各U口传输保护电路；其中，
每一个U口传输保护电路中包括：电源线、数据负线、数据正线、地线、USB口、TVS管；其中，
所述USB口用于连接到上行U口单元或者下行U口单元，且每一个USB口中包括：电源管脚、两个数据管脚、3个接地管脚；
所述电源线连接到所述电源单元，以获取供电；
所述电源线连接有两个并联的电容，该两个并联的电容还接地；所述两个并联的电容与磁珠串联，之后连接到USB口的电源管脚；
所述数据正线、数据负线分别连接到所述控制单元，用于传输控制单元发来的数据到USB口，并且，所述数据正线、数据负线分别各自串接限流电阻，之后，再串接共模电感，之后再分别串接到所述两个数据管脚；
所述电源线、所述数据正线、所述数据负线与地之间连接有TVS管。
5.根据权利要求4所述的USB接口扩展装置，其特征在于，每一个U口传输保护电路进一步包括：
第一预留电容，一端连接在所述数据正线上且位于数据正线上的限流电阻与共模电感之间，另一端接地；
第二预留电容，一端连接在所述数据负线上且位于数据负线上的限流电阻与共模电感之间，另一端接地。
6.根据权利要求4所述的USB接口扩展装置，其特征在于，
所述限流电阻的阻值为10欧姆；和/或，所述并联的电容为100UF。
7.根据权利要求1至6中任一所述的USB接口扩展装置，其特征在于，进一步包括：电流保护电路，连接在所述电源单元与所述至少两个下行U口单元之间；
电流保护电路包括：保险管，一端连接到所述电源单元，另一端分别与至少两个连接线相连；所述至少两个连接线的个数与所述下行U口单元个数相同，所述至少两个连接线一一对应连接到所述至少两个下行U口单元；
所述保险管的所述另一端还依次串联两个电阻，之后接地；
所述串联的两个电阻之间引出有传输线，用于连接到所述控制单元。
8.根据权利要求1所述的USB接口扩展装置，其特征在于，所述至少两个为4个。
9.一种基于权利要求1至8中任一所述的USB接口扩展装置的通信方法，其特征在于，包括：
控制单元检测到上行U口单元连接到处理设备，以及任意第一下行U口单元连接外设部件；
所述控制单元控制所述指示单元提供对应于第一下行U口单元的连接指示信号；
控制单元控制在所述上行U口单元与任意一个下行U口单元之间传输数据。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述控制单元控制在所述上行U口单元与任意一个下行U口单元之间传输数据包括：
上行U口单元接收处理设备发来的下行数据，将该下行数据发送给所述控制单元；
所述控制单元对下行数据进行识别，确定该下行数据对应的下行U口单元，将下行数据发送给所确定的对应的下行U口单元；
所述控制单元在接收到任意一个下行U口单元发来的上行数据后，在该上行数据中添加发来该上行数据的下行U口单元的标识，然后将该上行数据通过上行U口单元发送给外部的处理设备。
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