wyłącznik do komputera na USB.pdf

Wyłącznik pomocniczy do komputera

Wykorzystanie portu USB

Do czego to służy?

Opisywany prosty przyrząd zapewnia auto−

matyczne włączanie i wyłączanie urządzeń

współpracujących z komputerem .

Wprowadzenie komputerów, a właściwie

płyt głównych i obudów zgodnych ze stan−

dardem ATX z jednej strony ułatwiło obsługę

samego komputera, ale z drugiej poważnie

utrudniło obsługę urządzeń zewnętrznych.

Jak wiadomo, w starszych komputerach

znajdowały się dwa gniazda sieci energetycz−

nej. Do jednego dołączało się kabel sieciowy

łączący z gniazdkiem sieci energetycznej. Do

drugiego włączany był wtyk zasilania siecio−

wego monitora. Zasilanie dla monitora poja−

wiało się jedynie wtedy, gdy komputer był

włączony.

Nowe komputery działają inaczej. Przede

wszystkim przy zamykaniu systemu opera−

cyjnego automatycznie się wyłączają, co nie−

wątpliwie jest zaletą. Współpracujący moni−

tor co prawda jest cały czas podłączony do

sieci energetycznej, niemniej jednak sam się

wyłącza, bo jest sterowany sygnałem cyfro−

wym z komputera.

Gorzej z pozostałymi urządzeniami, na

przykład wzmacniaczem multimedialnym,

drukarką czy jak w przypadku autora artyku−

łu – zewnętrznym napędem ZIP100MB. Ma−

ją one zasilacze wtyczkowe i aby je wyłą−

czyć, należałoby wyjąć je z gniazdka lub za−

stosować listwę zasilającą z wyłącznikiem.

Ze względu na długość kabli połączeniowych

nie jest to wygodne. W każdym przypadku

wymagałoby “nurkowania” za biurko i ręcz−

nej ingerencji. Takie włączanie i wyłączanie

okazuje się na tyle uciążliwe, że wspomniane

urządzenia pozostają pod napięciem cały

czas. Niepotrzebnie zużywana jest energia,

być może wpływa to niekorzystnie na trwa−

łość, a przede wszystkim jest irytujące dla

właściciela.

W starym typie komputera można to było

w prosty sposób rozwiązać przez niewielką

przeróbkę listwy zasilającej i dołączenie jej

do wspomnianego gniazda zasilania dla mo−

nitora. Napięcie na listwie pojawia się wtedy

dopiero po włączeniu komputera. Jak wspo−

mniano, w nowych komputerach z płytą stan−

dardu ATX takiej pożytecznej możliwości

nie ma. W dalszej części artykułu opisano

prosty sposób, by automatycznie włączać

i wyłączać urządzenia peryferyjne współpra−

cujące z nowoczesnym komputerem ATX.

Wykorzystuje on port USB (Universal Serial

Bus), znajdujący się w każdym nowym kom−

puterze. Podano także garść informacji na te−

mat portu USB i możliwości

jego nietypowego wykorzy−

stania.

wą listwę zasilającą – patrz fotografia

wstępna.

Bez obaw można też wykorzystać bar−

dziej popularny przekaźnik RM−81 (lub RM−

82, RM−83) o prądzie styków 16A, na napię−

cie 5V, którego nominalna rezystancja cewki

wynosi 49

Rys. 1 Schemat ideowy

Jak to działa?

Schemat ideowy propono−

wanego rozwiązania, poka−

zany na rysunku 1 , jest nad

wyraz prosty. W każdym no−

woczesnym komputerze

znajduje się port USB,

a konkretnie gniazdo typu

USB−A. Ważne jest, że spo−

śród czterech żył kabla USB,

dwie to linie danych, a dwie

to najzwyklejsze linie zasi−

lające . Na tych dwóch żyłach zasilających po

włączeniu komputera pojawia się napięcie

5V. Napięcie to włącza przekaźnik i urucha−

mia dowolną liczbę urządzeń dołączonych do

listwy zasilającej. Dioda włączona równole−

gle do cewki przekaźnika jest niezbędna ze

względu na tłumienie impulsów napięcia, in−

dukujących się podczas wyłączania.

W opisywanym rozwiązaniu zastosowa−

no przekaźnik o napięciu cewki 5V i prądzie

obciążenia styków równym 8A (odpowie−

dnik krajowego RM−96 z Relpolu). Przeka−

źnik taki ma rezystancję cewki równą 110Ω ,

co oznacza, że pobór prądu z gniazdka USB

wyniesie około 45mA. Taki przekaźnik zo−

stał użyty ze względu na niewielkie wymia−

ry i łatwość wbudowania w typową siecio−

Dla dociekliwych

Zyskujące popularność łącze USB umożliwia

dołączenie do komputera nawet 127 różnych

urządzeń peryferyjnych. Połączenia wykony−

wane są za pomocą standardowego, 4−żyło−

wego kabla. Specyfikacja łącza USB jest bar−

dzo obszerna. Dla podanego zastosowania

zupełnie nieistotne są fascynujące szczegóły

techniczne, umożliwiające transmisję danych

z prędkością 1,5Mb/s, a nawet 12Mb/s.

Garść ciekawych szczegółów na temat stan−

dardu USB można znaleźć w krótkim artyku−

le “USB – US uń B ałagan” w tym numerze

EdW.

Wielu elektroników niewątpliwie zainte−

resują podane informacje o możliwości zasi−

laniaz portu USB zewnętrznych urządzeń

Elektronika dla Wszystkich

. Pobór prądu z gniazda USB

wyniesie wtedy około 100mA. Jest to dopu−

szczalne, ponieważ pobór prądu z linii zasila−

jących portu USB może sięgać nawet

500mA.

napięciem 5Vi prądem do 500mA . Zwła−

szcza gdy się dowiedzą, iż zgodnie ze specy−

fikacją ten obwód w komputerze musi być

skutecznie zabezpieczony przed zwarciem za

pomocą “inteligentnych” bezpieczników, nie

wymagających ingerencji mechanicznej (wy−

miany uszkodzonego bezpiecznika).

W przypadku, gdy do portu nie będzie do−

łączone żadne “prawdziwe” urządzenie USB,

a tylko układ “podkradający” prąd, nie trzeba

brać pod uwagę wszystkich szczegółów. Gdy−

by jednak do portu dołączone było przynaj−

mniej jedno “prawdziwe” urządzenie USB,

przy próbie nietypowego wykorzystania tego

napięcia 5V należy wziąć pod uwagę pewne

istotne zagadnienia.

Przede wszystkim zgodnie z punktem

7.2.4.1 oficjalnej specyfikacji USB (do pobra−

nia pod adresem www.usb.org ) w urządzeniu

dołączanym do szyny zasilającej USB należy

ograniczyć maksymalny prąd udarowy płyną−

cy w chwili jego włączania. Rzecz w tym, że

urządzenia standardu USB mogą być dołącza−

ne nawet w trakcie pracy komputera i ich do−

łączenie nie powinno nadmiernie obniżyć na−

pięcia zasilania, pochodzącego z tegoż kom−

putera. Takie obniżenie mogłoby mieć miej−

sce, jeśli w obwodach zasilających dołączane−

go urządzenia umieszczone byłyby kondensa−

tory elektrolityczne o dużej pojemności. Aby

zapobiec gwałtownemu spadkowi napięcia na

żyłach zasilających podczas ładowania takich

kondensatorów, ograniczono ich pojemność.

Specyfikacja wymaga, by dowolne dołączane

urządzenie nie obciążało szyny zasilającej

więcej niż równoległe połączenie rezystora

44Ω i kondensatora 10µF.

Ale to nie wszystko. Specyfikacja USB

żąda, by urządzenia dołączane do szyny nie

były źródłem energii. Urządzenie ma jedynie

pobierać prąd z linii, a nie być jego źródłem.

W omawianym zastosowaniu te szczegóły

są istotne, ponieważ w trakcie wyłączania,

podczas ewentualnego szybkiego zaniku na−

pięcia na żyłach zasilających, w przekaźniku

zaindukuje się napięcie. Przekaźnik stanie się

źródłem energii (napięcia o niewłaściwej po−

laryzacji). Przeprowadzone próby wykazały,

że dozwolona pojemność 10µF jest zdecydo−

wanie za mała, by skutecznie pochłonąć

energię z cewki przekaźnika. Dlatego ko−

nieczne jest dodanie diody tłumiącej, włą−

czonej równolegle do cewki przekaźnika. Za−

leca się, by była to dioda Schottky’ego o prą−

dzie 1A. Wtedy ewentualny impuls napięcia

o przeciwnej polaryzacji nie będzie większy

niż 0,5V.

W zasadzie można byłoby analizować

dalsze szczegóły standardu, zwłaszcza pod

kątem współpracy opisywanego układu

z prawdziwymi urządzeniami USB. Doty−

czyłoby to nie tylko parametrów linii zasila−

jących, ale także wpływu dołączenia dodat−

kowego nietypowego obciążenia w postaci

niedopasowanego falowo kabla do szybkiej

linii danych. Jednak w ogromnej większości

przypadków opisywany prosty układ będzie

jedynym urządzeniem dołączonym do gnia−

zda USB w komputerze i nie trzeba rozważać

wszystkich możliwych przypadków. Zaa−

wansowani Czytelnicy znajdą potrzebne im

szczegóły na wspomnianej już stronie

www.usb.org .

Rys. 2

Montaż i uruchomienie

Ze względu ma fakt, że urządzenie będzie

spokojnie leżeć gdzieś z tyłu komputera,

mniej istotna jest wytrzymałość mechaniczna

i odporność na wstrząsy.

Najważniejszą sprawą jest zapewnienie

dobrej izolacji elektrycznej . Obwody ni−

skonapięciowe związane z portem USB mu−

szą być skutecznie odizolowane od obwodów

sieciowych, by wykluczyć możliwość zwar−

cia i podania napięcia fazowego sieci na

komputer. W opisywanym zastosowaniu wy−

korzystywane są tylko żyły zasilające: czer−

wona (plus) i czarna (minus). Ekran i cieńsze

żyły kabla USB należy więc skrócić, by unie−

możliwić zwarcie. Na rysunku 1 kolorem

żółtym i zielonym zaznaczono obwód

ochronny przedłużacza, zwany potocznie

uziemieniem. Każda współczesna listwa za−

silająca lub przedłużacz ma taki obwód i nie

należy go pod żadnym pozorem zmieniać czy

usuwać.

Ze względu na bezpieczeństwo, w urzą−

dzeniu nie należy stosować miniaturowych

przekaźników teletechnicznych, które z regu−

ły nie mają wymaganego napięcia izolacji

(probierczego), wynoszącego 4000V. Należy

wykorzystać solidny przekaźnik typu

RM−96, RM−81 bądź ich ścisły odpowiednik.

Uwaga!

W urządzeniu występuje

groźne dla zdrowia i życia

napięcie sieci. Osoby

niepełnoletnie mogą

wykonać model tylko pod

opieką wykwalifikowanych

osób dorosłych!

Najprościej byłoby wbudować przekaźnik do

wnętrza listwy zasilającej. Kabel, z dwiema

identycznymi wtyczkami typu USB−A, tak

zwany USB−A– USB−A, o długości 1,8m moż−

na nabyć w sklepie komputerowym lub na gieł−

dzie. Umożliwi on wykonanie dwóch wyłącz−

ników. Montaż urządzenia nikomu nie powi−

nien sprawić trudności. Pomocą będą fotogra−

fie. Mała fotografia pokazuje dwa końce po−

łówki kabla: wtyczkę USB−Aoraz odizolowane

żyły i ekran. Rysunek 2 pokazuje układ oraz

oznaczenie żył w kablu USB. Mała fotografia

potwierdza, że żyły zasilające (czarna i czerwo−

na) są zdecydowanie

grubsze od sygnało−

wych (biała i zielona).

Nic dziwnego, ponie−

waż zgodnie ze specyfi−

kacją standardu USB

przez te żyły można po−

brać z komputera co naj−

mniej 500mAprądu.

Piotr Górecki

Wykaz elementów

Przekaźniik . . . . . .RM81/5V,, RM96/5V lub podobny

Dowollna diioda Schottttky’’ego,, np.. BAT84,, 1N5817

Połłowa kablla komputterowego (ttzw.. USB A – USB−A)

Przedłłużacz siieciiowy 220V

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: