CN105653483B - 串联式大规模usb扩展装置及工作方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种串联式大规模USB扩展装置及工作方法、系统，本串联式大规模USB扩展装置包括：若干USB扩展板，各USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口，且通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各USB扩展板之间还适于通过主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各USB扩展板之间的数据传送及通信连接；本发明能减少反复插拔设备所需的人力及设备损耗，有利于实现高效的办公自动化，操作简单、使用方便，维护成本低。

Description

串联式大规模USB扩展装置及工作方法、系统

技术领域

本发明涉及一种USB扩展装置，尤其涉及一种串联式大规模USB扩展装置及工作方法、系统。

背景技术

目前某些行业越来越追求高效的办公自动化，在具有若干外部USB设备的情况下，如果能高效并准确地对每一个设备进行控制，将大大地提高工作效率。而传统的USB扩展器依旧需要人工手动开关，消耗了大量的人力物力，同时反复插拔也会对设备造成损耗，一段时间便要更新某些硬件设备。传统的USB扩展装置扩展数量较少，且无法对每个USB端口进行很好的控制，不能满足设备的大规模扩展。

发明内容

本发明的目的是提供一种串联式大规模USB扩展装置及工作方法、系统，以实现对USB设备有效管理，提高办公自动化程度，降低人力工作量及设备损耗成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种串联式大规模USB扩展装置，包括：若干USB扩展板，各USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口，且通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各USB扩展板之间的数据传送及通信连接。

进一步，所述USB扩展板包括：带有若干USB端口的扩展单元、处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令通过逻辑控制电路控制位于USB端口上的相应USB设备进行接入。

进一步，所述扩展单元为若干个，且采用串行连接方式构成USB总线；所述扩展单元包括：与各USB端口相连的USB扩展芯片，所述USB扩展芯片通过一继电器与USB总线相连；所述逻辑控制电路适于分别控制各扩展单元中继电器的选通、USB扩展芯片触发和各USB端口开启。

进一步，所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至USB扩展板。

进一步，针对各USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；当若干USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。

又一方面，本发明还提供了一种基于USB总线的串联式大规模扩展系统，其包括：所述的串联式大规模USB扩展装置。

第三方面，本发明还提供了一种串联式大规模USB扩展装置的工作方法。

所述串联式大规模USB扩展装置包括：若干USB扩展板，各USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口；以及所述工作方法包括：通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各USB扩展板之间的数据传送及通信连接。

进一步，所述USB扩展板包括：带有若干USB端口的扩展单元、处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令通过逻辑控制电路控制位于USB端口上的相应USB设备进行接入。

进一步，所述扩展单元为若干个，且采用串行连接方式构成USB总线；所述扩展单元包括：与各USB端口相连的USB扩展芯片，所述USB扩展芯片通过一继电器与USB总线相连；所述逻辑控制电路适于分别控制各扩展单元中继电器的选通、USB扩展芯片触发和各USB端口开启。

进一步，所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至USB扩展板；并且，针对各USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；当若干USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。

本发明的有益效果是，本发明的串联式大规模USB扩展装置中各USB扩展板采用同样的结构，具有良好的互换性，能够扩展出若干USB端口，每个USB端口都有一个固定编号，可由上位机控制相应USB端口或者USB设备选通或关闭；一次性扩展了若干外部设备，这些设备可长时间安装在扩展板上，减少反复插拔设备所需的人力及设备损耗，有利于实现高效的办公自动化，操作简单、使用方便，维护成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明扩展板的原理框图；

图2是本发明扩展单元的具体示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例1提供了一种串联式大规模USB扩展装置，包括：若干USB扩展板，各USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口，且通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各USB扩展板之间还适于通过主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各USB扩展板之间的数据传送及通信连接。

为了便于理解本实施例1，见图1中，将主、从USB总线接口和主、从通信接口分别表示为主、从USB总线接口和主、从通信接口。其中主、从USB总线接口分别从USB扩展板内部的USB总线引出，并且主、从通信接口分别连接通信模块。

第一USB扩展板通过主USB总线接口、主通信接口分别与上位机相连，从USB总线接口、从通信接口与第二USB扩展板的主USB总线接口、主通信接口相连，依次类推，完成N块USB扩展板连接；各USB扩展板的电源模块的供电也可以采用类似的方式从电源引入。

所述USB扩展板包括：带有若干USB端口的扩展单元、处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令通过逻辑控制电路控制位于USB端口上的相应USB设备进行接入。

所述扩展单元为若干个，且采用串行连接方式构成USB总线；所述扩展单元包括：与各USB端口相连的USB扩展芯片，所述USB扩展芯片通过一继电器与USB总线相连；所述逻辑控制电路适于分别控制各扩展单元中继电器的选通、USB扩展芯片触发和各USB端口开启。作为逻辑控制电路的一种可选的实施方式，所述逻辑控制电路例如但不限于采用38译码器作为处理器模块的IO扩展，并且控制继电器、USB扩展芯片及USB端口的供电部分。

其中继电器位于USB扩展芯片的数据线上，通过可靠的机械关断与接通保证信号的稳定性；并且芯片电源线上的电子开关与继电器同步开闭，减少了装置的电源损耗。

所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至USB扩展板。

针对各USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；当若干USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。

实施例2

在实施例1基础上，本实施例2还提供了一种串联式大规模USB扩展装置的工作方法，所述串联式大规模USB扩展装置包括：若干USB扩展板，各USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口；所述工作方法包括：通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各USB扩展板之间的数据传送及通信连接。

所述USB扩展板包括：带有若干USB端口的扩展单元、处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令通过逻辑控制电路控制位于USB端口上的相应USB设备进行接入。

所述扩展单元为若干个，且采用串行连接方式构成USB总线(从图1所示，各扩展单元构成扩展模块)；所述扩展单元包括：与各USB端口相连的USB扩展芯片，所述USB扩展芯片通过一继电器与USB总线相连；所述逻辑控制电路适于分别控制各扩展单元中继电器的选通、USB扩展芯片触发和各USB端口开启。

所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至USB扩展板。

并且，针对各USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；当若干USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。

本发明的具体操作步骤如下：

1、在整个串联式大规模USB扩展装置上电前，可以将所有外部USB设备连接到各USB端口上，每个USB设备对应一个编号，存储在上位机的USB管理数据库中。

2、上电后，电源模块为扩展单元、通信模块及CPU模块提供稳定的直流电源；通信模块与CPU模块复位，等待上位机发出指令，默认所有设备都不接入上位机。

3、当某个USB设备需要接入上位机时，上位机下发带有这一USB设备的设备编码的接入指令，与上位机直接连接的第一USB扩展板中的通信模块接收到该接入指令，或由该第一USB扩展板通过各自的通信模块将该接入指令发送到与第一USB扩展板依次连接的各USB扩展板。

4、各USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码(例如针对各处理器模块设置编码)，上位机发送的接入指令中也包括扩展板编码，处理器模块从接入指令中判断是否包含自己的编号，若包括，立即对相应扩展板进行控制；若不包括，不做任何反应。

5、处理器模块获得指令后，读取接入指令中的编号对扩展模块进行控制。该接入指令还包括校验码、设备编码及终止码组成，增强了指令的可靠性，以达到对设备的准确控制。

本具体实施方式在USB总线信号稳定的情况下，能够扩展几块到十几块扩展板，外部USB设备数量可以多达到几百个，且硬件具有良好的互换性。上位机上以USB管理数据库的形式存储所有设备的编号，并包含对应的扩展板编码，可根据实际情况对数据库进行管理，增删或修改设备编号。上位机软件采用C#编写，兼容性强，操作稳定。通信模块采用RS485总线连接在一起，能够实现数据共享且被准确读取。

实施例3

在实施例1基础上，本实施例3提供了一种基于USB总线的串联式大规模扩展系统，包括：所述的串联式大规模USB扩展装置，该串联式大规模USB扩展装置与所述上位机互联，并且进行USB端口选通及USB数据传输控制。

具体的，所述上位机参见实施例1或实施例2的相关论述。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种串联式大规模USB扩展装置，其特征在于，包括：若干USB扩展板，各USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口，且通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且

各USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各USB扩展板之间的数据传送及通信连接；

所述USB扩展板包括：带有若干USB端口的扩展单元、处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；

所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令通过逻辑控制电路控制位于USB端口上的相应USB设备进行接入；

所述扩展单元为若干个，且采用串行连接方式构成USB总线；

所述扩展单元包括：与各USB端口相连的USB扩展芯片，所述USB扩展芯片通过一继电器与USB总线相连；

所述逻辑控制电路适于分别控制各扩展单元中继电器的选通、USB扩展芯片触发和各USB端口开启。

2.根据权利要求1所述的串联式大规模USB扩展装置，其特征在于，

所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及

将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；

使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至USB扩展板。

3.根据权利要求2所述的串联式大规模USB扩展装置，其特征在于，针对各USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；

所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；

当若干USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。

4.一种基于USB总线的串联式大规模扩展系统，其特征在于，包括：如权利要求1-3任一项所述的串联式大规模USB扩展装置。

5.一种串联式大规模USB扩展装置的工作方法，其特征在于，所述串联式大规模USB扩展装置包括：

若干USB扩展板，各USB扩展板均设有主、从USB总线接口和主、从通信接口；

所述工作方法包括：通过主USB总线接口及主通信接口与上位机相连；并且各USB扩展板之间还适于通过相应主、从USB总线接口互联及主、从通信接口互联，以实现各USB扩展板之间的数据传送及通信连接；

所述USB扩展板包括：带有若干USB端口的扩展单元、处理器模块、逻辑控制电路、与该处理器模块相连的通信模块；

所述处理器模块通过通信模块从上位机获得相应USB设备的接入指令，并根据该接入指令通过逻辑控制电路控制位于USB端口上的相应USB设备进行接入；

所述扩展单元为若干个，且采用串行连接方式构成USB总线；

所述扩展单元包括：与各USB端口相连的USB扩展芯片，所述USB扩展芯片通过一继电器与USB总线相连；

所述逻辑控制电路适于分别控制各扩展单元中继电器的选通、USB扩展芯片触发和各USB端口开启。

6.根据权利要求5的工作方法，其特征在于，

所述处理器模块对各USB端口均进行相应编码，即获得与各USB端口相对应的端口编码；并且对USB端口所插接的USB设备进行编码，即获得相应设备编码；以及

将各端口编码、设备编码通过通信模块发送至上位机中的USB管理数据库进行存储；

使用相应USB设备时，所述接入指令从USB管理数据库生成，并通过通信模块发送至USB扩展板；

并且，针对各USB扩展板中的处理器模块设置扩展板编码，并通过所述通信模块发送至USB管理数据库进行存储；

所述USB管理数据库中建立扩展板编码、USB端口编码、设备编码的对应列表；

当若干USB扩展板互联且接入上位机后，上位机通过对应列表查询各USB端口上USB设备的工作情况，并发送USB端口开或关闭指令，使该USB端口对应的USB设备接入或断开。