CN105807896A - 一种usb共享机柜的节能控制usb端口 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种USB共享机柜的节能控制USB端口，单片机的I/O脚分别通过串联电阻R3和R4连接至NPN三极管Q2和Q3的基极，在节点处分别下拉电阻R5和R6到数字地；Q3集电极串联电阻到5V电源，节点处连接至Q1的栅极，Q1的源极接5V电源，Q1的漏极连接至USB端口上的电源脚；Q2集电极串联电阻到3.3V，节点处连接到U1的OE脚，U1的VCC、S脚连接至3.3V，并连接滤波电容C1，U1的D+/D‑连接至USB输入信号，U1的GND连接至数字地，HSD1‑、HSD1+为悬空脚，HSD2‑连接至USB端口的D‑脚，HSD2+连接至USB端口的D‑脚，USB端口的GND脚连接至数字地。通过上述方式，本发明能够仅打开需要共享的USB设备的电源，节约能源；提高单台设备支持的USB端口数量；节约USB设备使用者的工作时间。

Description

一种USB共享机柜的节能控制USB端口
技术领域
本发明涉及USB管理设备领域，特别是涉及一种USB共享机柜的节能控制USB端口。
背景技术
现有的网络共享USB端口技术均采用开源组织的USB/IP或USBOVERNETWORK软件，要共享的USB设备需要全部插在电脑端口上或者插在嵌入式设备上，数量也有一定限制，支持端口数量较少且插在端口上的所有设备均为常在线，暂无对要共享的USB端口开关控制技术；除非物理拔除，否则USB设备实时在线，耗电且占用USB总线速度；现有的一条USB总线最多可连接127个设备，且仅支持4级USBHUB,所以单台支持的能共享的USB端口数量极为有限，USB设备较多时，需要经常拔插USB设备；如果USB设备枚举出现问题，需要人手动拔插USB设备。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种USB共享机柜的节能控制USB端口，能够仅打开需要共享的USB设备的电源，节约能源，降低USB设备散发的热量；提高单台设备可支持的USB端口数量；无须人力对USB设备拔插，节约USB设备使用者的工作时间。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种USB共享机柜的节能控制USB端口，包括：单片机、P沟道MOS管Q1、NPN三极管Q2、NPN三极管Q3、高速电子开关U1、USB信号线、USB端口、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、5V电源和3.3V电源；所述高速电子开关U1上设有VCC脚、S脚、D+脚、D-脚、GND脚、OE脚、HSD1+脚、HSD1-脚、HSD2+脚和HSD2-脚；所述USB端口上设有GND、D+、D-和VBUS脚；所述单片机上的I/O脚通过串联电阻R3连接至NPN三极管Q2的基级，在节点处下拉电阻R5到数字地，NPN三极管Q2集电极串联电阻R1到3.3V电源，节点处连接到高速电子开关U1的OE脚，高速电子开关U1的VCC脚、S脚连接至3.3V电源，并连接电容C1，高速电子开关U1的D+脚、D-脚连接至USB信号线，高速电子开关U1的GND脚连接至数字地，高速电子开关U1的HSD1-脚、HSD1+脚为悬空脚，高速电子开关U1的HSD2-脚连接至USB端口的D-脚，高速电子开关U1的HSD2+脚连接至USB端口的D-脚，USB端口的GND脚连接至数字地；所述单片机上的I/O脚通过串联电阻R4连接至NPN三极管Q3的基级，在节点处下拉电阻R6到数字地，NPN三极管Q3集电极串联电阻R2到5V电源，节点处连接至P沟道MOS管Q1的栅极，P沟道MOS管Q1的源极接5V电源，P沟道MOS管Q1的漏极连接至USB端口上的VBUS脚。
优选的，所述P沟道MOS管Q1的型号为AOD3415，当Ug–Us>0时导通；所述NPN三极管Q2、NPN三极管Q3的型号均为PMBT3904，高电平时导通；所述高速电子开关U1的型号为SGM7227，S脚与OE脚为高电平时USB信号与HSD1导通，S脚高OE脚为低电平时USB信号与HSD2导通；所述电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6均为10k电阻，电阻R2为100K电阻；所述电容C1为0.1uF滤波电容。
本发明的有益效果是：本发明在需要使用某个USB设备时，只需打开该设备所在的端口号，该设备就能通过网络共享至本机，使用完成后关闭端口设备就会移除，要被共享的USB设备无需常在线，仅在通过USB/IP使用某USB设备时，系统才打开该设备所在端口的电源和信号连接；使用电子开关的方式使端口上的设备无须物理插拔。
附图说明
图1是本发明一种USB共享机柜的节能控制USB端口的原理图；
图2是所示一种USB共享机柜的节能控制USB端口的工作状态的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1和图2，本发明实施例包括：
一种USB共享机柜的节能控制USB端口，包括：单片机、P沟道MOS管Q1、NPN三极管Q2、NPN三极管Q3、高速电子开关U1、USB信号线、USB端口、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、5V电源和3.3V电源；所述P沟道MOS管Q1的型号为AOD3415，当Ug–Us>0时导通；所述NPN三极管Q2、NPN三极管Q3的型号均为PMBT3904，高电平时导通；所述高速电子开关U1的型号为SGM7227，S脚与OE脚为高电平时USB信号与HSD1导通，S脚高OE脚为低电平时USB信号与HSD2导通；所述电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6均为10k电阻，电阻R2为100K电阻；所述电容C1为0.1uF滤波电容；所述高速电子开关U1上设有VCC脚、S脚、D+脚、D-脚、GND脚、OE脚、HSD1+脚、HSD1-脚、HSD2+脚和HSD2-脚；所述USB端口上设有GND、D+、D-和VBUS脚。
所述单片机上的I/O脚通过串联电阻R3连接至NPN三极管Q2的基级，在节点处下拉电阻R5到数字地，NPN三极管Q2集电极串联电阻R1到3.3V电源，节点处连接到高速电子开关U1的OE脚，高速电子开关U1的VCC脚、S脚连接至3.3V电源，并连接电容C1，高速电子开关U1的D+脚、D-脚连接至USB信号线，高速电子开关U1的GND脚连接至数字地，高速电子开关U1的HSD1-脚、HSD1+脚为悬空脚，高速电子开关U1的HSD2-脚连接至USB端口的D-脚，高速电子开关U1的HSD2+脚连接至USB端口的D-脚，USB端口的GND脚连接至数字地；所述单片机上的I/O脚通过串联电阻R4连接至NPN三极管Q3的基级，在节点处下拉电阻R6到数字地，NPN三极管Q3集电极串联电阻R2到5V电源，节点处连接至P沟道MOS管Q1的栅极，P沟道MOS管Q1的源极接5V电源，P沟道MOS管Q1的漏极连接至USB端口上的VBUS脚。
如图2所示，工作状态时，若干个客户端通过路由器与服务器进行数据交换，服务器与单片机直接进行串口通信，单片机发送控制信号至USB端口，USB端口发送USB信号至服务器。
客户端1要使用USB端口1上设备时，客户端1发起打开1号USB端口命令，通过TCP通信，服务器接收到打开命令之后，串口通知单片机打开1号USB端口，此时单片机管脚产生高电平，使得NPN三极管Q3导通，此时P沟道MOS管Q1的G极由高电平变成低电平状态，使得导通条件成立，Q1的S极电流流向Q1的D极，此时就产生了USB端口上的5V供电。在单片机管脚产生高电平的同时，NPN三极管Q2也导通，此时的高速电子开关U1的OE脚上的电平由高电平转变为低电平，此时USB的DM\DP信号线由原先与HSD1-与HSD1+切换至HSD2-与HSD2+，此时1号USB端口上的电源及USB信号全部接通，1号端口上的设备将枚举至服务器，服务器与客户端直接采用USB/IP技术将1号端口上的设备虚拟至客户端1，实现USB设备的网络共享。客户端1在使用完1号USB端口后，关闭1号端口。首先客户端1发起关闭端口命令，服务器在接收到命令后通知单片机切断1号端口电源及信号，此时USB设备相当于被物理拔出。
多个客户端使用USB端口上的多个设备时，例如客户端2使用USB端口1和2，客户端3使用USB端口3、4、5。客户端2发起请求打开USB端口1和2，客户端3发起请求打开USB端口3、4、5，此时服务器首先接收到客户端2打开1号端口请求，服务器打开并共享1号端口至客户端2，紧接着处理客户端2的打开2号端口请求，服务器打开并共享2号端口至客户端2。再收到客户端3的打开端口请求后，服务器依次处理客户端3的打开端口请求。
本发明当服务器端接收到对某个端口共享命令后，仅对该端口操作，加电并打开USB通道，服务器枚举成功USB设备之后再通过网络将此USB设备共享至目标客户端。通过USB/IP访问网络USB设备时，该设备无线与服务器的USB端口常连接，从而降低功耗，减少了USB设备的发热量；能够实现远程打开关闭USB端口，无须物理插拔USB设备，达到物理拔插效果，提高了USB设备使用者的工作效率，同时也提高了USB端口和USB设备的使用寿命。一条USB总线最多可支持127个设备，且对于USB集线器最多可支持4级，在本发明设计方案中，采用高速电子开关SGM7227控制HUB及USB端口，使单条USB总线最多可支持343个USB端口，通过USB电子开关技术，能够使得单条USB总线可对外的USB端口数量得到大大提高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种USB共享机柜的节能控制USB端口，其特征在于，包括：单片机、P沟道MOS管Q1、NPN三极管Q2、NPN三极管Q3、高速电子开关U1、USB信号线、USB端口、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、5V电源和3.3V电源；所述高速电子开关U1上设有VCC脚、S脚、D+脚、D-脚、GND脚、OE脚、HSD1+脚、HSD1-脚、HSD2+脚和HSD2-脚；所述USB端口上设有GND、D+、D-和VBUS脚；所述单片机上的I/O脚通过串联电阻R3连接至NPN三极管Q2的基级，在节点处下拉电阻R5到数字地，NPN三极管Q2集电极串联电阻R1到3.3V电源，节点处连接到高速电子开关U1的OE脚，高速电子开关U1的VCC脚、S脚连接至3.3V电源，并连接电容C1，高速电子开关U1的D+脚、D-脚连接至USB信号线，高速电子开关U1的GND脚连接至数字地，高速电子开关U1的HSD1-脚、HSD1+脚为悬空脚，高速电子开关U1的HSD2-脚连接至USB端口的D-脚，高速电子开关U1的HSD2+脚连接至USB端口的D-脚，USB端口的GND脚连接至数字地；所述单片机上的I/O脚通过串联电阻R4连接至NPN三极管Q3的基级，在节点处下拉电阻R6到数字地，NPN三极管Q3集电极串联电阻R2到5V电源，节点处连接至P沟道MOS管Q1的栅极，P沟道MOS管Q1的源极接5V电源，P沟道MOS管Q1的漏极连接至USB端口上的VBUS脚。
2.根据权利要求1所述的一种USB共享机柜的节能控制USB端口，其特征在于：所述P沟道MOS管Q1的型号为AOD3415，当Ug–Us>0时导通；所述NPN三极管Q2、NPN三极管Q3的型号均为PMBT3904，高电平时导通；所述高速电子开关U1的型号为SGM7227，S脚与OE脚为高电平时USB信号与HSD1导通，S脚高OE脚为低电平时USB信号与HSD2导通；所述电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6均为10k电阻，电阻R2为100K电阻；所述电容C1为0.1uF滤波电容。
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