CN105807896B - 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
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USB OVER NETWORK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USB HUB,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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