基于NFC的USB通断控制器及系统

技术领域

本发明涉及USB通信控制技术领域，特别是指一种基于NFC的USB通断控制器及系统。

背景技术

当前很多USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)从设备(如U盘、鼠标、键盘等)，都是插入主设备后立即被识别，然后进入工作模式；当需要停止工作时，需要从主设备中手动拔出才能与主设备断开连接并停止工作。

当一个USB从设备需要定时或重复与主设备建立连接和断开连接时，手工的操作带来很大不便。比如对一个U盘进行多次插入和拔出主设备来验证是否每次都能被主设备识别时，若是人工操作就会非常耗费人力，效率低下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种省时省力，效率高的基于NFC的USB通断控制器及系统。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种基于NFC的USB通断控制器，包括：

USB公头，用于接入USB主设备；

USB母头，与所述USB公头连接用于接入USB从设备；

通断控制电路，串联在所述USB公头和USB母头之间的VBUS线上；

MCU控制电路，控制连接所述通断控制电路；

NFC读卡电路，与所述MCU控制电路通信连接，用于读取NFC卡中存储的USB通断控制信息；以及

电源，连接所述MCU控制电路。

进一步的，所述通断控制电路包括三极管和P沟道MOS管，其中：

所述三极管的基极经电阻后一路再经电阻连接电源，另一路连接至所述MCU控制电路，发射极接地，集电极连接所述P沟道MOS管的栅极；

所述P沟道MOS管的栅极和源极之间连接有电阻，漏极连接所述USB母头的VBUS接线端，源极连接所述USB公头的VBUS接线端。

进一步的，所述P沟道MOS管的型号为AO3401，和/或，所述三极管的型号为S9014。

进一步的，所述MCU控制电路采用STM32F103C8T6芯片。

进一步的，所述NFC读卡电路采用HY9840芯片。

进一步的，所述电源为可充电锂电池。

进一步的，所述MCU控制电路和电源之间设有开关，所述通断控制电路为常闭状态。

另一方面，提供一种基于NFC的USB通断控制系统，包括上述的基于NFC的USB通断控制器，还包括：

NFC卡，用于存储USB通断控制信息；

NFC写卡器；以及

上位机，连接所述NFC写卡器，用于设置并通过所述NFC写卡器向所述NFC卡写入USB通断控制信息。

进一步的，所述USB通断控制信息包括电路导通时间、电路断开时间、电路通断次数、电路通断频率中的一个或多个。

本发明具有以下有益效果：

本发明的基于NFC的USB通断控制器及系统，通过增加一个USB转接设备来实现自动控制USB从设备与主设备之间的连接通信，具体是在USB转接线的VBUS线上串联一个可通过MCU控制电路来控制通断的通断控制电路，从而控制VBUS的导通与断开，当VBUS导通时，USB从设备与主设备建立连接，当VBUS断开时，USB从设备与主设备断开连接。受控电路的导通与断开的时间、频率、次数等参数则是MCU控制电路通过NFC读卡电路从NFC卡中读取的相关数据解析而来。

本发明可为一个USB从设备需要定时或重复与主设备建立连接和断开连接时的操作提供便捷、高效、自动化的方法，省时省力，效率高。

附图说明

图1为本发明的基于NFC的USB通断控制器的应用原理示意图；

图2为本发明的基于NFC的USB通断控制器的结构示意图；

图3为本发明的基于NFC的USB通断控制器的电路示意图；

图4为本发明的基于NFC的USB通断控制系统的配置部分的结构示意图；

图5为图4所示配置部分的参数设置界面示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种基于NFC(Near Field Communication，近场通信)的USB通断控制器，如图1-2所示，包括：

USB公头1，用于接入USB主设备，例如可以为Type A公头；

USB母头2，与USB公头1连接用于接入USB从设备，例如可以为Type A母头，其与USB公头1之间的连接为常规USB连接线，包括四路，分别为GND(接地线)、D+(数据线(正))、D-(数据线(负))、VBUS(电源线)；

通断控制电路3，串联在USB公头1和USB母头2之间的VBUS线上；

MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)控制电路4，控制连接通断控制电路3；

NFC读卡电路5，与MCU控制电路4通信连接，用于读取NFC卡中存储的USB通断控制信息；以及

电源6，连接MCU控制电路4，为整个设备供电。

本发明的基于NFC的USB通断控制器，通过增加一个USB转接设备来实现自动控制USB从设备与主设备之间的连接通信，具体是在USB转接线的VBUS线上串联一个可通过MCU控制电路来控制通断的通断控制电路，从而控制VBUS的导通与断开，当VBUS导通时，USB从设备与主设备建立连接，当VBUS断开时，USB从设备与主设备断开连接。受控电路的导通与断开的时间、频率、次数等参数则是MCU控制电路通过NFC读卡电路从NFC卡中读取的相关数据解析而来。

本发明可为一个USB从设备需要定时或重复与主设备建立连接和断开连接时的操作提供便捷、高效、自动化的方法，省时省力，效率高。

本发明中，通断控制电路3、MCU控制电路4和NFC读卡电路5可以均采用本领域常规技术搭建，此处仅对通断控制电路3的实现进行说明。

如图3所示，具体实施时，通断控制电路3可以包括三极管Q2和P沟道MOS(金属-氧化物半导体场效应晶体管)管Q1，其中：

三极管Q2的基极经电阻R4后一路再经电阻R5连接电源VCC3V3，另一路连接至MCU控制电路(参见图中标号BUS_CTR，作为控制端)，发射极接地，集电极连接P沟道MOS管Q1的栅极；

P沟道MOS管Q1的栅极和源极之间连接有电阻R3，漏极连接USB母头H4的VBUS接线端，源极连接USB公头H5的VBUS接线端。

上述通断控制电路3在MCU控制电路4不通电的情况下为断开状态，具体原理为电阻R3保证了其在BUS_CTR为低电平，MOS管源极为高电平时，MOS管的栅极为高电平，此时MOS管为断开状态；当BUS_CTR为高电平时，MOS管的栅极为低电平，此时MOS管为导通状态。

上述通断控制电路3实现简单，工作可靠，安全性高。其中P沟道MOS管Q1的型号可以为AO3401，其最大漏源电压(Vdss)为30V，最大连续漏极电流(Id)为4.2A，完全满足VBUS通电需求；三极管Q2的型号可以为S9014。

MCU控制电路4可以采用STM32F103C8T6芯片，其为意法半导体通用MCU，NFC读卡电路5可以采用HY9840芯片，其为华翼微电子生产的13.56MHz NFC射频芯片，使用效果佳。

电源6优选为可充电锂电池，具体可以为5V电源，且与设备一体设置。MCU控制电路4和电源6之间可以设有开关7，通断控制电路3优选为常闭状态(非图3所示实施例，从而确保VBUS导通)，这样即使本发明的基于NFC的USB通断控制器处于开关7断开不工作状态，也可以实现USB从设备与主设备的正常连接通信。

另一方面，本发明提供一种基于NFC的USB通断控制系统，包括上述的基于NFC的USB通断控制器，如图4所示，还包括：

NFC卡8，用于存储USB通断控制信息；

NFC写卡器9；以及

上位机10(如电脑等)，连接NFC写卡器9，用于设置通断控制电路3的相关参数(即USB通断控制信息)并通过NFC写卡器9向NFC卡8写入USB通断控制信息。USB通断控制信息具体可以包括电路导通时间、电路断开时间、电路通断次数、电路通断频率中的一个或多个。参数设置界面可以根据需要灵活设计，例如可以如图5所示。

本发明的基于NFC的USB通断控制系统，通过上位机及NFC写卡器，可对NFC卡内的参数进行灵活配置。上位机、NFC写卡器和NFC卡，构成了前述基于NFC的USB通断控制器的通断参数的配置系统。

综上，本发明的基于NFC的USB通断控制器及系统，基于NFC技术，可实现控制USB从设备与主设备建立和断开连接，控制内容包括建立连接时间、断开连接时间，重复通断频率、重复通断次数等。

本发明可应用于测试设备的USB功能的可靠性。比如研发了一台支持读U盘的打印机，需要测试打印机多次插入U盘是否都能识别，此时就可使用上述基于NFC的USB通断控制器及系统。首先通过设置上位机中的软件，将设置好的相关参数(比如一共10000次通断，通断间隔5秒钟，1个小时后开始执行)写入NFC卡，然后对USB通断控制器刷卡即可进行测试。

本发明的基于NFC的USB通断控制器的特点是自带锂电池电源，无需导线供电，移动性、便携性好。在不方便提供电源的地方，如野外环境、狭小空间等地方便于使用。本发明中通过使用NFC卡，且无需额外连接线供电，使得USB通断控制器成为一个便携独立的产品。NFC卡则作为一个参数的传递和保存介质存在。

本发明将NFC技术应用于USB通断控制，从而形成一种便携的，不再依赖于电脑和外接电源的USB通断控制器，并且可对USB通断状态进行灵活设置。

针对多种测试参数的需求，用户可设置多个NFC卡来保存测试参数。USB通断控制器可随时刷卡来改变工作状态。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。