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

0 前言

隨著Android智能手機(jī)的流行，現(xiàn)在市場(chǎng)上使用的人也越來越多。Android智能手機(jī)以其易操作、便攜性和良好的用戶體驗(yàn)，受到了越來越多消費(fèi)者的青睞。但是在電力領(lǐng)域，Android智能手機(jī)的應(yīng)用還不是很廣泛。本文旨在實(shí)現(xiàn)一種利用現(xiàn)有的Android智能手機(jī)開發(fā)電力專用PDA的方案。利用現(xiàn)有的Android智能手機(jī)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(dòng)切換、USB OTG瞬間大電流輸出、RFID無線射頻識(shí)別等技術(shù)。本文將就以上提到的四點(diǎn)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(bǔ)充協(xié)議，USB OTG的核心特征是一個(gè)USB設(shè)備在和其它USB設(shè)備連接時(shí)既可作為主機(jī)，也可作為外設(shè)。它使USB設(shè)備可以在沒有PC機(jī)的參與下實(shí)現(xiàn)彼此間的數(shù)據(jù)傳輸，解決了USB設(shè)備之間點(diǎn)到點(diǎn)的通信。OTG補(bǔ)充規(guī)范對(duì)USB2.0進(jìn)行的最重要擴(kuò)展是其更具節(jié)能性、電源管理和允許設(shè)備以主機(jī)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(jī)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(jī)作為主機(jī)時(shí)，具有一定的對(duì)外電流輸出能力，而作為從機(jī)時(shí)，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(dòng)切換技術(shù)

OTG定義了不同于USB2.0規(guī)范的補(bǔ)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(shí)，USB設(shè)備作為USB主機(jī)，當(dāng)ID引腳懸空或被拉高時(shí)，USB設(shè)備作為外設(shè)。

具備OTG功能的Android智能手機(jī)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(gè)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(shí)現(xiàn)OTG Android智能手機(jī)主從角色的自動(dòng)切換。

要實(shí)現(xiàn)OTG Android智能手機(jī)角色的自動(dòng)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(duì)ID實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)USB手機(jī)狀態(tài)角色的自動(dòng)切換。電路工作原理如下：平時(shí)，USB ID引腳接地，Android智能手機(jī)作為USB主機(jī)存在；當(dāng)Android設(shè)備接入充電插座或PC等設(shè)備時(shí)，USB ID引腳與地之間將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)上兆歐姆的電阻，外部的電源同時(shí)會(huì)給USB ID引腳上拉，從而使Android設(shè)備自動(dòng)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(jī)端口一樣，必須為OTG主機(jī)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(gè)最大值；實(shí)際上，不存在一個(gè)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(shí)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(xiàng)。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(huì)使OTG設(shè)備能夠服務(wù)于大多數(shù)閃存驅(qū)動(dòng)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(jī)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(jī)，經(jīng)過測(cè)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(shí)的瞬間電流峰值可達(dá)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(shí)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(shí)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(shí)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(jī)的USB口繼續(xù)對(duì)法拉電容充電。此電路中的法拉電容C選取時(shí)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(huì)導(dǎo)致充電時(shí)間過長，并造成一定的電量浪費(fèi)，影響智能手機(jī)的穩(wěn)定。

1.4 RFID無線射頻識(shí)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(duì)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(jià)格低；有源RFID可以提供更遠(yuǎn)的讀寫距離，但是需要電池供電，成本要更高一些，適用于遠(yuǎn)距離讀寫的應(yīng)用場(chǎng)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(diǎn)。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(shí)別電路如圖7所示。嵌入式程序通過讀取、分析H0信號(hào)，可對(duì)RFID編碼鎖作出正確的識(shí)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(shí)上，利用帶OTG功能的智能手機(jī)的USB接口的應(yīng)用非常廣泛，比如可以很好地解決相機(jī)數(shù)碼伴侶的數(shù)據(jù)拷貝問題，在智能手機(jī)的USB接口連接到相機(jī)數(shù)碼伴侶時(shí)作為主機(jī)，可以將數(shù)據(jù)從相機(jī)數(shù)碼伴侶拷貝到智能手機(jī)中來，不在像以前還需要一個(gè)轉(zhuǎn)接設(shè)備，當(dāng)智能手機(jī)的USB接口連接到PC上時(shí)作為從設(shè)備，在PC機(jī)的控制下進(jìn)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(fèi)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.