CN210639613U - Usb-hid数据解析转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种USB‑HID数据解析转换器，包括USB接口、微处理器、串行通信接口及数据格式选择开关，其中，USB接口用于连接USB‑HID交互设备；微处理器与所述USB接口相连，用于接收所述USB接口输入的USB数据，并对所述数据进行解析转换以形成串口数据；串行通信接口与所述微处理器相连，用以将所述串口数据发送至控制设备；数据格式选择开关与所述微处理器相连，用以供用户操作而选择所述串行通信接口输出的串口数据格式。根据本实用新型的USB‑HID数据解析转换器，能够使USB‑HID交互设备方便、快速和低成本的接入控制设备，减少通信转换模块购置成本，并实现超长距离远端传输。此外，方便搭配市场上广泛销售的不同品牌、不同性能、不同功能的USB‑HID机交互设备。

Description

USB-HID数据解析转换器

技术领域

本实用新型涉及USB通信技术领域，尤其涉及一种USB-HID数据解析转换器。

背景技术

在工业控制现场，PLC可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)、运动控制器和伺服控制器等控制设备要直接接入扫描枪、键盘等输入设备，只能选用或定制专用的带有RS-232串行总线接口的输入设备。

随着USB(Universal Serial Bus)通用串行总线的普及，市场上使用USB-HID类人机交互设备协议的扫描枪、键盘等输入设备逐渐增多，上述带有RS-232串行总线接口的输入设备逐步停产并退出市场，但由于USB通用串行总线通信距离短，长距离传输抗干扰性能差、稳定性不佳等缺点不适宜在工业控制现场大量使用，造成目前在自动控制和工业控制领域，输入设备无法高性能、低成本的接入控制设备；在直接选用或定制专用的带有RS-232串行总线接口的输入设备时，面临成本高、功能不全、数据解析能力差等问题，而在间接使用USB-HID类人机交互设备协议的扫描枪、键盘等输入设备连接到计算机，并通过计算机操作系统预装的USB-HID协议驱动对输入数据进行解析处理后，使用相关工业控制软件上传至工业控制总线，并下发到控制设备，面临应用成本极高、实时性不高等情况。

此外，控制设备商在接入带有RS-232串行总线接口的输入设备时，由于此类设备的报文协议格式不统一，需要做到一个品牌一种适配，只能选用单一品牌的输入设备，并将此类输入设备作为控制设备单元整体的一部分，而不能使之成为具有标准接口和标准协议的独立输入模块；造成不能灵活的更换不同品牌、不同性能的输入设备，使维护风险和维护成本大大提升。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的目的在于提出一种USB-HID数据解析转换器。

为实现上述目的，根据本实用新型实施例的一种USB-HID数据解析转换器，包括：

USB接口，用于连接USB-HID交互设备；

微处理器，所述微处理器与所述USB接口相连，用于接收所述USB接口输入的USB数据，并对所述数据进行解析转换以形成串口数据；

串行通信接口，所述串行通信接口与所述微处理器相连，用以将所述串口数据发送至控制设备；

数据格式选择开关，所述数据格式选择开关与所述微处理器相连，用以供用户操作而选择所述串行通信接口输出的串口数据格式。

根据本实用新型实施例提供的USB-HID数据解析转换器，可以将USB接口与串行通信接口进行转换，如此，能够使USB-HID交互设备(例如：扫码枪、键盘等设备)方便、快速和低成本的接入PLC可编程逻辑控制器、运动控制器和伺服控制器等控制设备。此外，本实用新型的USB-HID数据解析转换器，具有数据格式选择开关，该数据格式选择开关可以供用户操作而选择所述串行通信接口输出的串口数据格式，如此，控制设备商可以将本实用新型的USB-HID数据解析转换器作为USB-HID机交互设备的接口端，方便搭配市场上广泛销售的不同品牌、不同性能、不同功能的USB-HID机交互设备，提高输入设备使用便利性，提升输入设备因故障、损耗等原因造成的维护风险和维护成本。

另外，根据本实用新型上述实施例的USB-HID数据解析转换器还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述数据格式选择开关至少包括第一开关及第二开关，所述微处理器用于根据所述第一开关和第二开关的状态组合控制所述串行通信接口选择性地输出多种格式中的一种。

根据本实用新型的一个实施例，还包括状态指示电路，所述状态指示电路与所述微处理器相连，用以指示USB接口状态或接收数据状态。

根据本实用新型的一个实施例，所述状态指示电路包括继电器，所述继电器与所述微处理器相连，用以在所述微处理器控制下断开或闭合。

根据本实用新型的一个实施例，所述继电器为固态继电器，所述固态继电器的阳极通过一电阻连接至直流电源，所述固态继电器的阴极连接至所述微处理器，所述固态继电器的两个输出受控端适于与所述控制设备相连。

根据本实用新型的一个实施例，所述固定继电器的两个输出受控端还分别通过一TVS二极管接地。

根据本实用新型的一个实施例，所述串行通信接口包括RS-232接口和RS-485接口。

根据本实用新型的一个实施例，还包括逻辑门，所述逻辑门的两个输入端分别与所述RS-232接口和RS-485接口连接，所述逻辑门的输出端与所述微处理器连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述微处理器的型号为VNC2，所述RS-232接口的型号为ST3222EB，所述RS-485接口的型号为ADM3485E，所述逻辑门为M74VHC1GT08。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例USB-HID数据解析转换器的原理方框图；

图2是本实用新型实施例USB-HID数据解析转换器的电路图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”“轴向”、“周向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图详细描述本实用新型实施例的USB-HID数据解析转换器。

参照图1所示，根据本实用新型实施例提供的USB-HID数据解析转换器，包括USB接口100、微处理器200、串行通信接口300及数据格式选择开关400。

具体地，USB接口100用于连接USB-HID交互设备，也即是，USB接口100作为USB-HID交互设备提供数据连接接口，并且，该USB接口100也可以为USB-HID交互设备提供工作电源(例如+5.0V)。具体地，USB-HID交互设备一般具有带USB接头的连接线，将该连接线的USB接头插入至本实用新型USB-HID数据解析转换器上的USB接口100，即可实现USB-HID交互设备与USB-HID数据解析转换器的连接，USB-HID交互设备的USB数据可以通过USB接口100发送至微处理器200。

微处理器200与所述USB接口100相连，用于接收所述USB接口100输入的USB数据，并对所述USB数据进行解析转换以形成串口数据。微处理器200内部集成了通用异步收发器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)、USB主机控制器USB-HOST和通用输入输出口GPIO(General Purpose Input/Output)等功能，当USB接口100有USB-HID交互设备接入时，USB主机控制器USB-HOST能够为USB-HID类人机交互设备提供主机服务，接收并处理USB-HID交互设备传输的USB数据，完成数据解析转换，以形成串口数据，并通过内部通用异步收发器UART发送至串行通信接口。

串行通信接口300与所述微处理器200相连，用以将所述串口数据发送至控制设备。串行通信接口300为USB-HID数据解析转换器的数据收发接口之一，其能够以RS-232电气标准发送微处理器内部通用异步收发器UART发送的串口数据。也能够接收以RS-232电气标准传输的信息，并传输给微处理器200内部通用异步收发器UART。

可选地，串行通信接口300包括RS-232接口301和RS-485接口302，如此，两个串行通信接口可以提供更加灵活的选择，满足用户需求。

数据格式选择开关400与所述微处理器200相连，用以供用户操作而选择所述串行通信接口300输出的串口数据格式。由于不同品牌及制造商的控制设备与USB-HID交互设备的报文协议格式不统一，所以，对于一个品牌的控制设备需要配置相对应的品牌的USB-HID交互设备，由此，造成用户选择及使用控制设备、USB-HID交互设备时的局限性，本实用新型提供的USB-HID数据解析转换器，可以利用数据格式选择开关400选择串行通信接口300输出的串口数据格式，进而使得用户能够选择USB-HID交互设备与控制设备相适配的协议格式。

根据本实用新型实施例提供的USB-HID数据解析转换器，可以将USB接口100与串行通信接口300进行转换，如此，能够使USB-HID交互设备(例如：扫码枪、键盘等设备)方便、快速和低成本的接入PLC可编程逻辑控制器、运动控制器和伺服控制器等控制设备。本实用新型的USB-HID数据解析转换器具有RS-485接口，可以实现一条总线多个USB-HID交互设备组网，与选用带有RS-232接口的输入设备相比，减少通信转换模块购置成本；并实现USB-HID交互设备数据信息的超长距离远端传输。本实用新型的USB-HID数据解析转换器，具有数据格式选择开关400，该数据格式选择开关400可以供用户操作而选择所述串行通信接口300输出的串口数据格式，如此，控制设备商可以将本实用新型的USB-HID数据解析转换器作为USB-HID机交互设备的接口端，方便搭配市场上广泛销售的不同品牌、不同性能、不同功能的USB-HID机交互设备，提高输入设备使用便利性，提升输入设备因故障、损耗等原因造成的维护风险和维护成本。

此外，随着使用蓝牙无线技术的USB-HID交互设备的普及，使用蓝牙无线技术的USB-HID交互设备和本实用新型USB-HID数据解析转换器结合能够更高效的解决工业控制现场输入设备的无线应用。以汽车内饰装配控制设备为例：汽车内饰装配需要做到精准的过程控制并记录全节点数据，带有RS-232串行总线接口的输入设备往往因为线路缠绕、造成使用不便，甚至对装配过程造成干扰；使用本实用新型USB-HID数据解析转换器并适配带有蓝牙无线技术的USB-HID交互设备可有效改善此类问题。

在本实用新型的一个实施例中，数据格式选择开关400至少包括第一开关M0及第二开关M1，所述微处理器200用于根据所述第一开关M0和第二开关M1的状态组合控制所述串行通信接口300选择性地输出多种格式中的一种。

也就是说，用户可以切换第一开关M0和第二开关M1的不同状态，进而选择串行通信接口300输出的串口数据格式，示例性，第一开关M0和第二开关M1可以组合形成四种组合状态，进而分别设置四种数据格式，如下表所示：

如此，利用第一开关M0和第二开关M1的组合状态，可以实现对四种数据格式的选择，满足用户对于控制设备和USB-HID交互设备选择及使用的便利性。

在本实用新型的一个实施例中，还包括状态指示电路500，所述状态指示电路500与所述微处理器200相连，用以指示USB接口状态或接收数据状态，如此，用户在使用中，可以通过状态指示电路获知USB接口状态，即USB接口100上是否连入了USB-HID交互设备，或者通过该状态指示电路500获知该USB-HID数据解析转换器是否接收到了数据等，进而方便用户对USB-HID数据解析转换器的正确使用。

具体地，参照图2所示，状态指示电路500可以包括继电器K1，所述继电器K1与所述微处理器200相连，用以在所述微处理器200控制下断开或闭合，在具体使用时，可以继电器K1的输出端连接至控制设备(例如PLC控制器)，如此，当继电器K1的断开或闭合时，即可输出状态信号至控制设备，控制设备即可根据该状态信号获知USB接口状态或接收数据状态。

优选地，继电器K1为固态继电器，所述固态继电器的阳极通过一电阻R1连接至直流电源+3.3V，所述固态继电器的阴极连接至所述微处理器200，所述固态继电器的两个输出受控端PORT、P_COM适于与所述控制设备相连，也即是，在具体使用时，固定继电器的两个输出受控端PORT、P_COM连接至控制设备，当微处理器200控制该固定继电器断开或闭合时，固态继电器的输出受控端PORT、P_COM即可输出状态信号至控制设备。

本实施例中，采用固定继电器，基于固定继电器的无触点、寿命长、可靠性高、使用安全、电磁干扰小等特点，可以确保本实用新型的USB-HID数据解析转换器的使用性能能够可靠稳定，使用寿命更长。

有利地，固定继电器的两个输出受控端PORT、P_COM分别通过一TVS二极管接地，TVS(瞬态电压抑制二极管Transient voltage suppression diode)，如此，通过TVS二极管可以对状态指示电路起到过压保护作用。

在本实用新型的一个实施例中，还包括逻辑门202，所述逻辑门202的两个输入端分别与所述RS-232接口301和RS-485接口302连接，所述逻辑门202的输出端与所述微处理器200连接。由于本实施例中RS-232接口301和RS-485接口302共用微处理器200上的一路接收引脚，所以，本实施例中，设置一逻辑门202，可以解决RS-232接口301和RS-485302接口两路信号的竞争和冒险问题。

参照图2所示，图2示出了本实用新型实施例提供的USB-HID数据解析转换器的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。下面结合图2，对本实用新型的USB-HID数据解析转换器的工作过程进行说明：

晶体振荡器Y1为微处理器200提供工作时钟。

微处理器200的USB主机控制器USB-HOST的引脚USB1 DM和USB1 DP分别通过串联电阻R2和R4与USB连接器相接，起数据信息或命令信息输入作用。

微处理器200的通用输入输出口GPIO的引脚IO BUS2、IO BUS3分别和数据格式选择第一开关M0和第二开关M1相接，起选择信号输入作用。

微处理器200的通用输入输出口GPIO的引脚IO BUS1与继电器K1的阴极引脚相接，当IO BUS1引脚输出低电平时，该继电器K1闭合，反之断开。

微处理器200的通用输入输出口GPIO的引脚IO BUS10和IO BUS11分别与RS-232转换芯片U2的使能控制引脚

和关断控制信号引脚

连接。当IO BUS10引脚输出低电平，IO BUS11引脚输出高电平时，RS-232转换芯片U2正常工作；当IO BUS10引脚输出高电平，IO BUS11引脚输出低电平时，RS-232转换芯片U2进入低功耗模式。

微处理器200的通用输入输出口GPIO的引脚IO BUS8和IO BUS9分别与RS-485转换芯片U3的发送允许引脚DE和接收允许引脚

连接。当IO BUS8引脚输出低电平，IO BUS9引脚输出低电平时，RS-485转换芯片U3运行在差分接收模式；当IO BUS8引脚输出高电平，IOBUS9引脚输出高电平时，RS-485转换芯片U3运行在差分发送模式；当IO BUS8引脚输出低电平，IO BUS9引脚输出高电平时，RS-485转换芯片U3运行在低功耗模式。

微处理器200的通用异步收发器UART的发送数据引脚TXD分别连接至RS-232转换芯片U2的数据接收引脚T2 IN和RS-485转换芯片U3的数据接收引脚DI，通用异步收发器UART的接收数据引脚RXD连接至逻辑门芯片U4；逻辑门芯片U4输入引脚A、B分别连接至RS-232转换芯片U2的数据输出引脚R2OUT和RS-485转换芯片的U3数据输出引脚RO。

RS-232转换芯片U2的T2 OUT和T2 IN引脚分别与外部符合RS-232总线电气标准的接收信号和发送信号相接。

RS-485转换芯片U3的A+和B－引脚间串联匹配电阻R3，并分别与外部符合RS-485总线电气标准的A+和B－差分信号相接。

微处理器200对USB-HID互设备提供主机服务，接收并处理USB-HID交互设备传输的USB数据，自动完成数据解析转换，以形成串口数据，并通过内部通用异步收发器UART发送至RS-232转换芯片U2或RS-485转换芯片U3。微处理器200也支持通过接收AT命令或ModbusRTU指令进行解析数据读取、功能设置和命令执行功能。

具体工作过程，以连接USB-HID交互设备中的扫描枪为例：在USB-HID数据解析转换器工作自动发送模式下，数据格式被设置为格式1时，将扫描枪连接至USB-HID数据解析转换器的USB接口100，持扫描枪扫取条码“0123456789”后，微处理器200将自动完成对USB-HID数据解析转换并将解析后的数据以ASCII编码“0123456789”的形式通过串行通信接口300发送。

本实用新型实施例中，所述微处理器200的型号为VNC2，所述RS-232转换芯片的型号ST3222EB，所述RS-485转换芯片的型号为ADM3485E，所述逻辑门芯片的型号为M74VHC1GT08。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种USB-HID数据解析转换器，其特征在于，包括：

USB接口，用于连接USB-HID交互设备；

微处理器，所述微处理器与所述USB接口相连，用于接收所述USB接口输入的USB数据，并对所述数据进行解析转换以形成串口数据；

串行通信接口，所述串行通信接口与所述微处理器相连，用以将所述串口数据发送至控制设备；

数据格式选择开关，所述数据格式选择开关与所述微处理器相连，用以供用户操作而选择所述串行通信接口输出的串口数据格式。

2.根据权利要求1所述的USB-HID数据解析转换器，其特征在于，所述数据格式选择开关至少包括第一开关及第二开关，所述微处理器用于根据所述第一开关和第二开关的状态组合控制所述串行通信接口选择性地输出多种格式中的一种。

3.根据权利要求1所述的USB-HID数据解析转换器，其特征在于，还包括状态指示电路，所述状态指示电路与所述微处理器相连，用以指示USB接口状态或接收数据状态。

4.根据权利要求3所述的USB-HID数据解析转换器，其特征在于，所述状态指示电路包括继电器，所述继电器与所述微处理器相连，用以在所述微处理器控制下断开或闭合。

5.根据权利要求4所述的USB-HID数据解析转换器，其特征在于，所述继电器为固态继电器，所述固态继电器的阳极通过一电阻连接至直流电源，所述固态继电器的阴极连接至所述微处理器，所述固态继电器的两个输出受控端适于与所述控制设备相连。

6.根据权利要求5所述的USB-HID数据解析转换器，其特征在于，所述固定继电器的两个输出受控端还分别通过一TVS二极管接地。

7.根据权利要求1所述的USB-HID数据解析转换器，其特征在于，所述串行通信接口包括RS-232接口和RS-485接口。

8.根据权利要求1所述的USB-HID数据解析转换器，其特征在于，还包括逻辑门，所述逻辑门的两个输入端分别与所述RS-232接口和RS-485接口连接，所述逻辑门的输出端与所述微处理器连接。

9.根据权利要求7所述的USB-HID数据解析转换器，其特征在于，所述微处理器的型号为VNC2，所述RS-232接口的型号为ST3222EB，所述RS-485接口的型号为ADM3485E，所述逻辑门为M74VHC1GT08。

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