基于智能手機USB OTG功能在電力專用PDA上的應(yīng)用

王靖絢 （合肥市規(guī)劃設(shè)計研究院，安徽 合肥 230041）

0 前言

隨著Android智能手機的流行，現(xiàn)在市場上使用的人也越來越多。Android智能手機以其易操作、便攜性和良好的用戶體驗，受到了越來越多消費者的青睞。但是在電力領(lǐng)域，Android智能手機的應(yīng)用還不是很廣泛。本文旨在實現(xiàn)一種利用現(xiàn)有的Android智能手機開發(fā)電力專用PDA的方案。利用現(xiàn)有的Android智能手機開發(fā)電力專用PDA，用到了以下關(guān)鍵技術(shù)：USB OTG、USB主從自動切換、USB OTG瞬間大電流輸出、RFID無線射頻識別等技術(shù)。本文將就以上提到的四點技術(shù)作初步的探討。

1 技術(shù)探討

1.1 USB OTG技術(shù)

USB OTG是USB On-The-Go的縮寫，是USB2.0規(guī)范的補充協(xié)議，USB OTG的核心特征是一個USB設(shè)備在和其它USB設(shè)備連接時既可作為主機，也可作為外設(shè)。它使USB設(shè)備可以在沒有PC機的參與下實現(xiàn)彼此間的數(shù)據(jù)傳輸，解決了USB設(shè)備之間點到點的通信。OTG補充規(guī)范對USB2.0進行的最重要擴展是其更具節(jié)能性、電源管理和允許設(shè)備以主機和外設(shè)兩種形式工作。USB OTG的創(chuàng)新在于它定義了雙角色設(shè)備和解決了便攜式設(shè)備總線供電問題[1]。

現(xiàn)有的android智能手機中，很多已經(jīng)具有USB OTG功能，例如魅族的MX2、三星i9100、索尼LT26i等。這些android智能手機作為主機時，具有一定的對外電流輸出能力，而作為從機時，又可很好地與PC設(shè)備連接。我們開發(fā)的PDA要用到就是現(xiàn)有的具有OTG功能的android設(shè)備。

1.2 USB主從自動切換技術(shù)

OTG定義了不同于USB2.0規(guī)范的補充插頭和插座，即Mini-A插頭和插座、Mini-AB插座。OTG新增的插座最突出的不同之處就是增加了ID引腳。具有USB雙角色功能的OTG設(shè)備正是通過ID引腳的狀態(tài)來確定自己的設(shè)備角色。當(dāng)ID引腳接地時，USB設(shè)備作為USB主機，當(dāng)ID引腳懸空或被拉高時，USB設(shè)備作為外設(shè)。

具備OTG功能的Android智能手機上一般采用的是Mini-AB插座。在Mini-A插件中ID引腳接地，而Mini-B插件中ID引腳斷開或通過一個100kΩ的電阻接地。因此，無論使用Mini-A插件還是Mini-B插件，由于ID引腳狀態(tài)一定，無法實現(xiàn)OTG Android智能手機主從角色的自動切換。

要實現(xiàn)OTG Android智能手機角色的自動切換，需要定制Mini-A插頭，將Mini-AB插座中的5根USB連接線引出來。通過圖3的ID引腳控制電路，對ID實現(xiàn)自動控制，進而實現(xiàn)USB手機狀態(tài)角色的自動切換。電路工作原理如下：平時，USB ID引腳接地，Android智能手機作為USB主機存在；當(dāng)Android設(shè)備接入充電插座或PC等設(shè)備時，USB ID引腳與地之間將會出現(xiàn)一個上兆歐姆的電阻，外部的電源同時會給USB ID引腳上拉，從而使Android設(shè)備自動切換到外設(shè)狀態(tài)。

1.3 USB OTG瞬間大電流輸出

正如標(biāo)準(zhǔn)USB主機端口一樣，必須為OTG主機提供電源。然而，所需電源電流被限定在80mA以內(nèi)。這不是一個最大值；實際上，不存在一個能夠提供的最大值。然而，由于大多數(shù)可能的OTG支持產(chǎn)品都是采用鋰電池供電的，因此在延長電池使用時間和為總線供電USB外設(shè)提供充足電力之間始終存在一種平衡關(guān)系。如果OTG產(chǎn)品提供大于8mA的最小電流，則顯然存在兩種大電源電流選項。一種是100mA，其為所有低功耗USB總線供電外設(shè)規(guī)定的最大電流。它會使OTG設(shè)備能夠服務(wù)于大多數(shù)閃存驅(qū)動器，以及許多其他低功耗外設(shè)，例如：鍵盤或鼠標(biāo)等。另一種是選擇500mA的標(biāo)準(zhǔn)USB主機端口。它可以讓OTG設(shè)備滿足任何總線供電USB外設(shè)的電源需求[2]。

我們選取的帶OTG功能的Android智能手機，經(jīng)過測試，最大電流輸出能力約為150mA。由于開發(fā)的是電力專用的PDA，PDA工作時的瞬間電流峰值可達到400mA左右。可通過圖4電路、調(diào)整程序來解決大電流的問題。圖4電路工作原理如下：C為法拉電容，平時法拉電容處于充電狀態(tài)，電子開關(guān)K斷開。解鎖瞬間，通過程序控制電子開關(guān)K閉合，此時充電電阻R被短接，由法拉電容輔助供電。400mA的解鎖電流持續(xù)約100ms，待100ms過后，程序中采用PWM方式控制解鎖，此時電流可回到100mA左右。解鎖過程完畢之后，可將電子開關(guān)K斷開，由智能手機的USB口繼續(xù)對法拉電容充電。此電路中的法拉電容C選取時應(yīng)注意，容值不宜選取過大，容值較大的法拉電容體積較大，而且會導(dǎo)致充電時間過長，并造成一定的電量浪費，影響智能手機的穩(wěn)定。

1.4 RFID無線射頻識別技術(shù)

RFID按應(yīng)用頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)，相對應(yīng)的代表性頻率分別為：低頻135kHz以下、高頻 13.56MHz、超高頻 860M～960MHz、微波 2.4G、5.8G。

RFID按照能源的供給方式分為無源RFID、有源RFID以及半有源RFID。無源RFID讀寫距離近，價格低；有源RFID可以提供更遠的讀寫距離，但是需要電池供電，成本要更高一些，適用于遠距離讀寫的應(yīng)用場合[3]。

為了保障電力生產(chǎn)的安全，變電站、發(fā)電廠以及大型廠礦大都安裝了五防鎖具。五防鎖具基本上都是125kHz的無源RFID編碼鎖。RFID編碼鎖具有全球地址唯一、可工作于惡劣環(huán)境等優(yōu)點。基于變電站現(xiàn)有的情況，我們開發(fā)的PDA采用125kHz低頻頻段，適用于所有采用125kHz無源RFID五防編碼鎖。RFID鎖具識別電路如圖7所示。嵌入式程序通過讀取、分析H0信號，可對RFID編碼鎖作出正確的識別。

2 結(jié) 語

本文所提到的技術(shù)，主要是基于電力專用PDA的開發(fā)。事實上，利用帶OTG功能的智能手機的USB接口的應(yīng)用非常廣泛，比如可以很好地解決相機數(shù)碼伴侶的數(shù)據(jù)拷貝問題，在智能手機的USB接口連接到相機數(shù)碼伴侶時作為主機，可以將數(shù)據(jù)從相機數(shù)碼伴侶拷貝到智能手機中來，不在像以前還需要一個轉(zhuǎn)接設(shè)備，當(dāng)智能手機的USB接口連接到PC上時作為從設(shè)備，在PC機的控制下進行數(shù)據(jù)傳輸。

[1]王萍,趙剛.USB OTG技術(shù)解析[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2005（10）.

[2]Dan Harmon.USB OTG:便攜式消費類電子產(chǎn)品需要的唯一有線接口[EB/OL].http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/gencotent.tsp?contentId=74127.

[3]鳳凰網(wǎng)：什么是RFID 技術(shù)[EB/OL].http://finance.ifeng.com/stock/special/wlbk/gmxx/20090917/1250660.shtml.