CN109359079A - 一种自动维护usb连接的模拟拔插装置及方法 - Google Patents

一种自动维护usb连接的模拟拔插装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动维护USB连接的模拟拔插装置，包括拔插电路以及控制单元，拔插电路与控制单元电连接；控制单元通过控制线与主控单元连接，拔插电路的一端与主控单元电连接，另一端与USB接口连接；控制单元接收主控单元的控制电平信号，根据控制电平信号的状态转换来控制拔插电路的通断；本发明通过在终端设备中的主控单元与USB接口之间接入一个模拟拔插装置来模拟了终端设备与USB设备之间的USB拔插操作，从而彻底解决部分USB设备兼容性问题所引起的设备功能无法使用问题；自动模拟USB拔插操作即不需要更换新模块，从而避免了成本上的浪费；也不需要客服人员进行手动重启，从而提高了客户的体验。

Description

一种自动维护USB连接的模拟拔插装置及方法
技术领域
本发明涉及自助服务终端领域，特别涉及一种自动维护USB连接的模拟拔插装置及方法。
背景技术
随着全球一体化的强化和我国信息化建设脚步的加快，各个行业的生产和服务效率需求不断提高，自助服务终端开始从银行业向其他领域快速扩张，应用范围扩张到电信、电力、医疗、航空、零售、政务、保险等多个行业和领域。通常自助服务终端都会集成很多USB接口功能模块，比如打印功能、读卡功能、指纹以及摄像头等。这些功能模块偶尔出现假死现象，无法使用，需要重新拔插USB接口或重启机器来恢复使用。这类兼容性问题往往很难定位原因，而且问题也较难重现，给产品维护造成很大困难。以前出现类似问题要么更换模块；要么客服人员只能通知客户重启机器。
现有的解决方案依然存在以下问题：
1、兼容性问题基本上在短期内无法验证，由于无法定位真实原因，随意更换新模块，除了占用开发资源外，也无法确保新模块工作的可靠性。
2、自助服务终端很多都是24小时自助服务且无人值守，重启机器的可行性不仅较低，同时还会大大降低客户对产品的满意度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种自动维护USB连接的模拟拔插装置及方法，可以模拟USB拔插操作，从而彻底解决部分USB设备兼容性问题所引起的设备功能无法使用问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种自动维护USB连接的模拟拔插装置，包括拔插电路以及控制单元，所述拔插电路与所述控制单元电连接；所述控制单元通过控制线与主控单元连接，所述拔插电路的一端与主控单元电连接，另一端与USB接口连接；
所述控制单元接收所述主控单元的控制电平信号，根据所述控制电平信号的状态转换来控制所述拔插电路的通断。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种自动维护USB连接的拔插方法，包括步骤：
S1、主控单元获取USB设备的当前状态信息，判断所述当前状态信息与正常状态信息是否一致，若不一致，则向模拟拔插装置发出拔插指令，所述拔插指令包括控制电平信号；
S2、模拟拔插装置接收拔插指令，根据所述控制电平信号控制终端设备与USB设备之间的连接关系。
本发明的有益效果在于：一种自动维护USB连接的模拟拔插装置和方法，在终端设备中的主控单元与USB接口之间接入一个模拟拔插装置，由控制单元接收主控单元的控制电平信号，根据控制电平信号的状态转换来控制拔插电路的通断，即可以控制终端设备与USB设备之间的连接关系，当控制电平信号为高电平、低电平交替出现时，即模拟了终端设备与USB设备之间的USB拔插操作，从而彻底解决部分USB设备兼容性问题所引起的设备功能无法使用问题；自动模拟USB拔插操作即不需要更换新模块，从而避免了成本上的浪费；也不需要客服人员进行手动重启，从而提高了客户的体验。
附图说明
图1为本发明实施例的一种自动维护USB连接的模拟拔插装置的框架示意图；
图2为本发明实施例的一种自动维护USB连接的模拟拔插装置在使用时的连接示意图；
图3为本发明实施例的一种自动维护USB连接的拔插方法的流程示意图；
图4为本发明实施例的一种自动维护USB连接的拔插方法的具体流程示意图。
标号说明：
1、一种自动维护USB连接的模拟拔插装置；2、电平转换芯片；3、USB切换开关芯片；4、MOS管；5、主控单元；6、USB接口；7、USB设备。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：通过控制单元接收主控单元的控制电平信号，通过控制电平信号的状态转换来控制拔插电路的通断。
在此之前，为了便于理解本发明的技术方案，对于本发明中涉及的英文缩写、设备等进行说明如下：
(1)、USB：在本发明中为Universal Serial Bus的缩写，其中文解释为通用串行总线，它是一个外部总线标准，用于规范上位机与外部设备的连接和通讯；在本发明中，将通过USB接口与终端设备连接的外部设备称为USB设备。
(2)、MOS：在本发明中为metal oxide semiconductor的缩写，其中文解释为金属氧化物半导体，MOS管的全称便是金属氧化物半导体场效应晶体管。
请参照图1以及图2，一种自动维护USB连接的模拟拔插装置，包括拔插电路以及控制单元，所述拔插电路与所述控制单元电连接；所述控制单元通过控制线与主控单元连接，所述拔插电路的一端与主控单元电连接，另一端与USB接口连接；
所述控制单元接收所述主控单元的控制电平信号，根据所述控制电平信号的状态转换来控制所述拔插电路的通断。
其中，控制电平信号的状态转换理解如下：控制电平信号的状态包括高电平和低电平。其状态转换便是在高电平和低电平之间进行转换，可以先高电平再低电平，也可以先低电平再高电平，其根据后续选择的拔插电路是低电平驱动还是高电平驱动来选择。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在终端设备中的主控单元与USB接口之间接入一个模拟拔插装置，由控制单元接收主控单元的控制电平信号，根据控制电平信号的状态转换来控制拔插电路的通断，即可以控制终端设备与USB设备之间的连接关系，当控制电平信号为高电平、低电平交替出现时，即模拟了终端设备与USB设备之间的USB拔插操作，从而彻底解决部分USB设备兼容性问题所引起的设备功能无法使用问题；自动模拟USB拔插操作即不需要更换新模块，从而避免了成本上的浪费；也不需要客服人员进行手动重启，从而提高了客户的体验。
进一步地，所述拔插电路包括USB切换开关芯片以及MOS管；
所述USB切换开关芯片的输入端与主控单元电连接，所述USB切换开关芯片的第一输出端与所述USB接口上的正电压数据端连接，所述USB切换开关芯片的第二输出端与所述USB接口上的负电压数据端连接，所述USB切换开关芯片的控制端与所述控制单元连接；
所述MOS管的栅极与所述控制单元连接，所述MOS管的源极与主控单元连接，所述MOS管的漏极与所述USB接口上的电源正极端连接。
从上述描述可知，通过USB切换开关芯片来控制USB接口上的两个数据端与主控单元的连接关系，通过MOS管来控制接口上的电源正极端与主控单元的连接关系，从而通过USB切换开关芯片的输入输出端是否连接以及MOS管的源极和漏极是否导通来控制终端设备和USB设备之间的连接关系，以模拟USB拔插操作。
进一步地，所述控制单元为将RS232电平转换成TTL电平的电平转换芯片，所述电平转换芯片的输入端与主控单元连接，所述电平转换芯片的第一输出端与所述USB切换开关芯片电连接，所述电平转换芯片的第二输出端与所述MOS管的栅极连接。
从上述描述可知，RS232电平作为串口电平，采用的是负逻辑，而TTL电平又称为三极管电平，所以，为了后续对USB切换开关芯片和MOS管的控制，需要将RS232电平转换成拔插电路所能响应的TTL电平。
进一步地，所述USB切换开关芯片具体为TS3USB221A，所述MOS管具体为PMOS管。
从上述描述可知，采用PMOS管，即采用高电平驱动，即当栅极输入高电平时，MOS管的源极和漏极导通，使得USB接口上的电源正极端与主控单元连接。
进一步地，所述电平转换芯片具体为SP202E芯片，所述RS232电平为RTS电平信号或DTR电平信号。
从上述描述可知，提供一种电平转换芯片的技术方案。
请参照图3以及图4、一种自动维护USB连接的拔插方法，包括步骤：
S1、主控单元获取USB设备的当前状态信息，判断所述当前状态信息与正常状态信息是否一致，若不一致，则向模拟拔插装置发出拔插指令，所述拔插指令包括控制电平信号；
S2、模拟拔插装置接收拔插指令，根据所述控制电平信号控制终端设备与USB设备之间的连接关系。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在终端设备中的主控单元与USB接口之间接入一个模拟拔插装置，由主控单元进行当前状态检测，当检测状态信息不一致时认为USB设备和终端设备之间的连接异常，故而需要发出拔插指令，控制单元接收主控单元的控制电平信号，根据控制电平信号的状态转换来控制拔插电路的通断，即可以控制终端设备与USB设备之间的连接关系，当控制电平信号为高电平、低电平交替出现时，即模拟了终端设备与USB设备之间的USB拔插操作，从而彻底解决部分USB设备兼容性问题所引起的设备功能无法使用问题；自动模拟USB拔插操作即不需要更换新模块，从而避免了成本上的浪费；也不需要客服人员进行手动重启，从而提高了客户的体验。
进一步地，所述步骤S2具体为：
S21、USB切换开关芯片接收到第一电平信号时，主控单元与USB接口上的正电压数据端、负电压数据端与电源正极端均处于接入状态，即终端设备与USB设备之间为接入状态；
S22、USB切换开关芯片接收到与第一电平信号相反的第二电平信号时，主控单元与USB接口上的正电压数据端、负电压数据端与电源正极端均处于断开状态，即终端设备与USB设备之间为断开状态。
从上述描述可知，通过USB切换开关芯片来控制USB接口上的两个数据端与主控单元的连接关系，第一电平信号与第二电平信号相反，当两个电平信号交替出现时，即为状态转换，USB切换开关芯片的输入和输出端的连接关系也是相连和断开之间切换，从而模拟USB拔插操作。
进一步地，所述步骤S21之前还包括步骤：
S20、电平转换芯片将RS232电平组成的控制电平信号转换成TTL电平组成的驱动电平信号，所述驱动电平信号包括第一电平信号以及第二电平信号。
从上述描述可知，RS232电平作为串口电平，采用的是负逻辑，而TTL电平又称为三极管电平，所以，为了后续对USB切换开关芯片和MOS管的控制，需要将RS232电平转换成拔插电路所能响应的TTL电平。
进一步地，所述步骤S1之前还包括步骤：
S0、主控单元判断终端设备是否允许拔插操作，若是，则进入步骤S1，否则按照预设判断时间进行再次判断。
其中，对于允许拔插操作，主控单元可以根据终端设备上的人体感应器所采集的人体信号或者是终端设备的业务状态进行判定，人体感应器通过检测终端设备上是否有人在操作，终端设备在办理业务时的业务状态和空闲时的业务状态会有所不同，故而可以通过人体感应器或是终端设备的业务状态来判断是否有人在办理业务，如果检测到有人正在办理业务，不建议进行拔插操作。即允许拔插操作是在无人办理业务时或者是办理业务前。
从上述描述可知，主控单元对终端设备的当前业务状态进行判断，以防止给客户造成业务办理失败等异常情况出现。
进一步地，所述步骤S0之前还包括步骤：
主控单元判断是否到达预设检测时间，若是，则进入步骤S0，否则继续判断，直到达到预设检测时间。
由上述描述可知，主控单元的检测周期即为预设检测时间，可以根据终端设备的实际使用情况进行判断，比如2小时、4小时、8小时或其它，其目的是为了减少不良情况下的设备维护成本。
请参照图1以及图2，本发明的实施例一为：
一种自动维护USB连接的模拟拔插装置1，包括拔插电路以及控制单元，拔插电路与控制单元电连接；拔插电路包括USB切换开关芯片3以及MOS管4，控制单元为将RS232电平转换成TTL电平的电平转换芯片2。
其中，USB切换开关芯片3的输入端、电平转换芯片2的输入端以及MOS管4的源极分别与主控单元5的不同端口电连接，USB切换开关芯片3的第一输出端与USB接口6上的正电压数据端连接，USB切换开关芯片3的第二输出端与USB接口6上的负电压数据端连接，USB切换开关芯片3的控制端与电平转换芯片2的第一输出端连接；MOS管4的源极与主控单元5连接，MOS管4的漏极与USB接口6上的电源正极端连接；MOS管4的栅极与电平转换芯片2的第二输出端连接。
在本实施例中，USB切换开关芯片3具体为TS3USB221A，MOS管4具体为PMOS管，电平转换芯片2具体为SP202E芯片，RS232电平为RTS电平信号。
其中，在本实施例中，一种自动维护USB连接的模拟拔插装置1设置在终端设备的主控单元5与USB接口6之间，其USB设备7通过USB接口6与终端设备连接，故而，控制终端设备的主控单元5与USB接口6之间的通断即模拟终端设备和USB设备7的拔插操作。
对于本实施例来说，主控单元5可以看作是终端设备本身，也可以看作是终端设备内的控制板，USB设备7可以为打印机、触摸屏、键盘、读卡设备等具有USB接口外部功能的设备，其主控单元5与一种自动维护USB连接的模拟拔插装置1之间的连接包括USB连接线和控制线连接，其中控制信号可以是USB信号、串口信号或普通IO信号等数据传输信号，控制线根据输信号的不同而设置即可；一种自动维护USB连接的模拟拔插装置1与USB设备7通过USB连接线连接，由于都是通过USB连接线，故而也可以认为拔插电路的两端分别连接第一USB接口和第二USB接口，通过第一USB接口与主控单元5连接，通过第二USB接口与USB接口6连接。
另外，USB接口6在本实施例中为母头，USB连接线上为公头，从而进行USB连接。
请参照图3以及图4，本发明的实施例二为：
一种自动维护USB连接的拔插方法，包括步骤：
主控单元判断是否到达预设检测时间，若是，则进入步骤S0，否则继续判断，直到达到预设检测时间。
S0、主控单元判断终端设备是否允许拔插操作，若是，则进入步骤S1，否则按照预设判断时间进行再次判断。
S1、主控单元获取USB设备的当前状态信息，判断当前状态信息与正常状态信息是否一致，若不一致，则向模拟拔插装置发出拔插指令，拔插指令包括控制电平信号；
S20、电平转换芯片将RS232电平组成的控制电平信号转换成TTL电平组成的驱动电平信号，驱动电平信号包括第一电平信号以及第二电平信号；
S21、USB切换开关芯片接收到第一电平信号时，主控单元与USB接口上的正电压数据端、负电压数据端与电源正极端均处于接入状态，即终端设备与USB设备之间为接入状态；
S22、USB切换开关芯片接收到与第一电平信号相反的第二电平信号时，主控单元与USB接口上的正电压数据端、负电压数据端与电源正极端均处于断开状态，即终端设备与USB设备之间为断开状态。
在本实施例中，第一电平信号为高电平，即在高电平时，USB设备上USB接口的正电压数据端、负电压数据端、电源正极端与终端设备处于接入状态；当为第二电平信号，即为低电平时，USB设备上USB接口的正电压数据端、负电压数据端、电源正极端与终端设备处于断开状态。
在本实施例中，正常状态信息的采集如下：在USB设备正常的情况下，主控单元获取USB设备的状态信息，其状态信息包括USB设备的生产厂商ID、产品ID、USB设备数量或者支持查询的状态特征值等信息，最后主控单元保存为正常状态信息，状态特征值可以为产品序列号。
当USB设备死机时，主控单元就无法与USB设备进行正常通讯，即无法获取到生产厂商ID、产品ID或产品序列号。这时就与原来正常情况下保存的正常状态信息有所出入，从而出现不一致的情况。
综上所述，本发明提供的一种自动维护USB连接的模拟拔插装置及方法，在终端设备中的主控单元与USB接口之间接入一个模拟拔插装置，由主控单元进行当前状态检测，当检测状态信息不一致时认为USB设备和终端设备之间的连接异常，故而需要发出拔插指令，控制单元接收主控单元的控制电平信号，根据控制电平信号的状态转换来控制拔插电路的通断，即可以控制终端设备与USB设备之间的连接关系，当控制电平信号为高电平、低电平交替出现时，即模拟了终端设备与USB设备之间的USB拔插操作，从而彻底解决部分USB设备兼容性问题所引起的设备功能无法使用问题；自动模拟USB拔插操作即不需要更换新模块，从而避免了成本上的浪费；也不需要客服人员进行手动重启，从而提高了客户的体验。
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同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动维护USB连接的模拟拔插装置，其特征在于：包括拔插电路以及控制单元，所述拔插电路与所述控制单元电连接；所述控制单元通过控制线与主控单元连接，所述拔插电路的一端与主控单元电连接，另一端与USB接口连接；
所述控制单元接收所述主控单元的控制电平信号，根据所述控制电平信号的状态转换来控制所述拔插电路的通断。
2.根据权利要求1所述的一种自动维护USB连接的模拟拔插装置，其特征在于：所述拔插电路包括USB切换开关芯片以及MOS管；
所述USB切换开关芯片的输入端与主控单元电连接，所述USB切换开关芯片的第一输出端与所述USB接口上的正电压数据端连接，所述USB切换开关芯片的第二输出端与所述USB接口上的负电压数据端连接，所述USB切换开关芯片的控制端与所述控制单元连接；
所述MOS管的栅极与所述控制单元连接，所述MOS管的源极与主控单元连接，所述MOS管的漏极与所述USB接口上的电源正极端连接。
3.根据权利要求2所述的一种自动维护USB连接的模拟拔插装置，其特征在于：所述控制单元为将RS232电平转换成TTL电平的电平转换芯片，所述电平转换芯片的输入端与主控单元连接，所述电平转换芯片的第一输出端与所述USB切换开关芯片电连接，所述电平转换芯片的第二输出端与所述MOS管的栅极连接。
4.根据权利要求2所述的一种自动维护USB连接的模拟拔插装置，其特征在于：所述USB切换开关芯片具体为TS3USB221A，所述MOS管具体为PMOS管。
5.根据权利要求3所述的一种自动维护USB连接的模拟拔插装置，其特征在于：所述电平转换芯片具体为SP202E芯片，所述RS232电平为RTS电平信号或DTR电平信号。
6.一种自动维护USB连接的拔插方法，其特征在于，包括步骤：
S1、主控单元获取USB设备的当前状态信息，判断所述当前状态信息与正常状态信息是否一致，若不一致，则向模拟拔插装置发出拔插指令，所述拔插指令包括控制电平信号；
S2、模拟拔插装置接收拔插指令，根据所述控制电平信号控制终端设备与USB设备之间的连接关系。
7.根据权利要求6所述的一种自动维护USB连接的拔插方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
S21、USB切换开关芯片接收到第一电平信号时，主控单元与USB接口上的正电压数据端、负电压数据端与电源正极端均处于接入状态，即终端设备与USB设备之间为接入状态；
S22、USB切换开关芯片接收到与第一电平信号相反的第二电平信号时，主控单元与USB接口上的正电压数据端、负电压数据端与电源正极端均处于断开状态，即终端设备与USB设备之间为断开状态。
8.根据权利要求7所述的一种自动维护USB连接的拔插方法，其特征在于，所述步骤S21之前还包括步骤：
S20、电平转换芯片将RS232电平组成的控制电平信号转换成TTL电平组成的驱动电平信号，所述驱动电平信号包括第一电平信号以及第二电平信号。
9.根据权利要求6所述的一种自动维护USB连接的拔插方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括步骤：
S0、主控单元判断终端设备是否允许拔插操作，若是，则进入步骤S1，否则按照预设判断时间进行再次判断。
10.根据权利要求9所述的一种自动维护USB连接的拔插方法，其特征在于，所述步骤S0之前还包括步骤：
主控单元判断是否到达预设检测时间，若是，则进入步骤S0，否则继续判断，直到达到预设检测时间。
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