基于智能手机USB OTG功能在电力专用PDA上的应用

王靖绚 （合肥市规划设计研究院，安徽 合肥 230041）

0 前言

随着Android智能手机的流行，现在市场上使用的人也越来越多。Android智能手机以其易操作、便携性和良好的用户体验，受到了越来越多消费者的青睐。但是在电力领域，Android智能手机的应用还不是很广泛。本文旨在实现一种利用现有的Android智能手机开发电力专用PDA的方案。利用现有的Android智能手机开发电力专用PDA，用到了以下关键技术：USB OTG、USB主从自动切换、USB OTG瞬间大电流输出、RFID无线射频识别等技术。本文将就以上提到的四点技术作初步的探讨。

1 技术探讨

1.1 USB OTG技术

USB OTG是USB On-The-Go的缩写，是USB2.0规范的补充协议，USB OTG的核心特征是一个USB设备在和其它USB设备连接时既可作为主机，也可作为外设。它使USB设备可以在没有PC机的参与下实现彼此间的数据传输，解决了USB设备之间点到点的通信。OTG补充规范对USB2.0进行的最重要扩展是其更具节能性、电源管理和允许设备以主机和外设两种形式工作。USB OTG的创新在于它定义了双角色设备和解决了便携式设备总线供电问题[1]。

现有的android智能手机中，很多已经具有USB OTG功能，例如魅族的MX2、三星i9100、索尼LT26i等。这些android智能手机作为主机时，具有一定的对外电流输出能力，而作为从机时，又可很好地与PC设备连接。我们开发的PDA要用到就是现有的具有OTG功能的android设备。

1.2 USB主从自动切换技术

OTG定义了不同于USB2.0规范的补充插头和插座，即Mini-A插头和插座、Mini-AB插座。OTG新增的插座最突出的不同之处就是增加了ID引脚。具有USB双角色功能的OTG设备正是通过ID引脚的状态来确定自己的设备角色。当ID引脚接地时，USB设备作为USB主机，当ID引脚悬空或被拉高时，USB设备作为外设。

具备OTG功能的Android智能手机上一般采用的是Mini-AB插座。在Mini-A插件中ID引脚接地，而Mini-B插件中ID引脚断开或通过一个100kΩ的电阻接地。因此，无论使用Mini-A插件还是Mini-B插件，由于ID引脚状态一定，无法实现OTG Android智能手机主从角色的自动切换。

要实现OTG Android智能手机角色的自动切换，需要定制Mini-A插头，将Mini-AB插座中的5根USB连接线引出来。通过图3的ID引脚控制电路，对ID实现自动控制，进而实现USB手机状态角色的自动切换。电路工作原理如下：平时，USB ID引脚接地，Android智能手机作为USB主机存在；当Android设备接入充电插座或PC等设备时，USB ID引脚与地之间将会出现一个上兆欧姆的电阻，外部的电源同时会给USB ID引脚上拉，从而使Android设备自动切换到外设状态。

1.3 USB OTG瞬间大电流输出

正如标准USB主机端口一样，必须为OTG主机提供电源。然而，所需电源电流被限定在80mA以内。这不是一个最大值；实际上，不存在一个能够提供的最大值。然而，由于大多数可能的OTG支持产品都是采用锂电池供电的，因此在延长电池使用时间和为总线供电USB外设提供充足电力之间始终存在一种平衡关系。如果OTG产品提供大于8mA的最小电流，则显然存在两种大电源电流选项。一种是100mA，其为所有低功耗USB总线供电外设规定的最大电流。它会使OTG设备能够服务于大多数闪存驱动器，以及许多其他低功耗外设，例如：键盘或鼠标等。另一种是选择500mA的标准USB主机端口。它可以让OTG设备满足任何总线供电USB外设的电源需求[2]。

我们选取的带OTG功能的Android智能手机，经过测试，最大电流输出能力约为150mA。由于开发的是电力专用的PDA，PDA工作时的瞬间电流峰值可达到400mA左右。可通过图4电路、调整程序来解决大电流的问题。图4电路工作原理如下：C为法拉电容，平时法拉电容处于充电状态，电子开关K断开。解锁瞬间，通过程序控制电子开关K闭合，此时充电电阻R被短接，由法拉电容辅助供电。400mA的解锁电流持续约100ms，待100ms过后，程序中采用PWM方式控制解锁，此时电流可回到100mA左右。解锁过程完毕之后，可将电子开关K断开，由智能手机的USB口继续对法拉电容充电。此电路中的法拉电容C选取时应注意，容值不宜选取过大，容值较大的法拉电容体积较大，而且会导致充电时间过长，并造成一定的电量浪费，影响智能手机的稳定。

1.4 RFID无线射频识别技术

RFID按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，相对应的代表性频率分别为：低频135kHz以下、高频 13.56MHz、超高频 860M～960MHz、微波 2.4G、5.8G。

RFID按照能源的供给方式分为无源RFID、有源RFID以及半有源RFID。无源RFID读写距离近，价格低；有源RFID可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合[3]。

为了保障电力生产的安全，变电站、发电厂以及大型厂矿大都安装了五防锁具。五防锁具基本上都是125kHz的无源RFID编码锁。RFID编码锁具有全球地址唯一、可工作于恶劣环境等优点。基于变电站现有的情况，我们开发的PDA采用125kHz低频频段，适用于所有采用125kHz无源RFID五防编码锁。RFID锁具识别电路如图7所示。嵌入式程序通过读取、分析H0信号，可对RFID编码锁作出正确的识别。

2 结 语

本文所提到的技术，主要是基于电力专用PDA的开发。事实上，利用带OTG功能的智能手机的USB接口的应用非常广泛，比如可以很好地解决相机数码伴侣的数据拷贝问题，在智能手机的USB接口连接到相机数码伴侣时作为主机，可以将数据从相机数码伴侣拷贝到智能手机中来，不在像以前还需要一个转接设备，当智能手机的USB接口连接到PC上时作为从设备，在PC机的控制下进行数据传输。

[1]王萍,赵刚.USB OTG技术解析[J].现代电子技术,2005（10）.

[2]Dan Harmon.USB OTG:便携式消费类电子产品需要的唯一有线接口[EB/OL].http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/gencotent.tsp?contentId=74127.

[3]凤凰网：什么是RFID 技术[EB/OL].http://finance.ifeng.com/stock/special/wlbk/gmxx/20090917/1250660.shtml.