Разное
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Коммутатор двух USB-устройствРаспечатать: Коммутатор двух USB-устройств

Коммутатор двух USB-устройств



В нашем товариществе собственников жилья (ТСЖ) на многих оформляемых в электронном виде документах должны стоять две электронные цифровые подписи (ЭЦП) - председателя ТСЖ и бухгалтера. Для их подписания требуется вставить в USB-разъём ноутбука сначала USB-накопитель с ЭЦП председателя, ввести PIN-код, дождаться ответа из банка, выполнить на компьютере безопасное выключение устройства, после чего вынуть накопитель из USB-разъёма. Затем вставить в тот же разъём USB-накопитель бухгалтера с его ЭЦП и проделать с ним те же самые операции. За три года существования ТСЖ USB-разъём на ноутбуке износился в результате активного использования, теперь контакт в нём нередко нарушается, после чего приходится повторять вход в банковское приложение с вводом PIN-кода.

Чтобы избавиться от таких неудобств, предлагаю коммутатор двух USB-устройств, который успешно служит уже год. Его принципиальная схема изображена на рис. 1. Оказалось, что просто соединить два USB-разъёма параллельно и переключать между ними линию Vbus (питание) недостаточно. Нужно коммутировать ещё линии передачи информации D- и D+, а механические переключатели с нужным числом контактов имеют слишком большие размеры. Поэтому я применил двустабильное электромагнитное реле - дистанционный переключатель FRT3H-SL2 DC 5V (URL: http://prorele.ru/catalog/ file/relay_other/en_FRT3.pdf), обозначенный на схеме K1.

Принципиальная схема коммутатора двух USB-устройств

Рис. 1. Принципиальная схема коммутатора двух USB-устройств

Такой переключатель имеет две обмотки, управляющие обеими группами контактов K1.1 и K1.2. Подвижные контакты нового или извлечённого из аппаратуры дистанционного переключателя могут находиться в любом из двух возможных состояний. Чтобы переместить их в верхнее по схеме положение, нужно пропустить ток через обмотку I от вывода 1 к выводу 16. А в нижнее положение подвижные контакты перемещаются при протекании тока через обмотку II от вывода 2 к выводу 15. Подавать в обмотки ток противоположного направления запрещено. По окончании импульса тока контакты остаются в установленном состоянии до следующего импульса. Поэтому для переключения достаточно коротких, длительностью несколько миллисекунд, импульсов тока.

Как только вилка XP1 будет вставлена в один из USB-разъёмов компьютера, на коммутатор по линиям Vbus и GND поступит напряжение 5 В. Если при этом переключатель SA1 находится, например, в верхнем по схеме положении, оно поступит и на контакт 1 (Vbus) разъёма XS1, а импульс зарядного тока конденсатора C1 потечёт через обмотку I дистанционного переключателя K1 и переведёт его в состояние, при котором контакты 2 и 3 (линии D- и D+) разъёма XP1 будут соединены с одноимёнными контактами разъёма XS1.

При переводе переключателя SA1 в противоположное положение (в рассматриваемом случае нижнее по схеме) через обмотку II дистанционного переключателя зарядится конденсатор C2, а конденсатор C1 разрядится через резистор R1. Цепи Vbus, D- и D+ разъёма XP1 будут отсоединены от разъёма XS1 и соединены с разъёмом XS2.

Амплитуда импульсов тока, потребляемого коммутатором по цепи Vbus в моменты переключения, - около 30 мА. В паузах между переключениями ток потребляют только светодиоды HL1 или HL2, сигнализирующие о состоянии коммутатора.

Детали коммутатора смонтированы на печатной плате размерами 32x46 мм (рис. 2) из фольгированного с двух сторон изоляционного материала толщиной 1,5...2 мм. Одна сторона остаётся полностью покрытой фольгой и служит экраном, который соединён с общим проводом на другой стороне платы соединяемыми с ним выводами деталей и отрезками провода, вставленными в отверстия, показанные на рис. 2 залитыми. Все эти выводы и отрезки должны быть пропаяны с двух сторон. Отверстия под остальные выводы изолированы от экрана зенковкой предназначенных для них отверстий сверлом диаметром 3 мм. Экран покрыт влагозащитным лаком.

Печатная плата устройства и детали на ней

Рис. 2. Печатная плата устройства и детали на ней

При изготовлении платы из материала, фольгированного только с одной стороны, экран отсутствует. Поэтому между контактными площадками с отверстиями, показанными залитыми, нужно установить проволочную перемычку.

Дистанционный переключатель FRT3H-SL2 DC 5V можно заменить на FRT3-SL2 DC 5V, который отличается лишь меньшим сопротивлением обмоток - 125 Ом вместо 167 Ом каждая. Два отверстия на плате рядом с посадочным местом для дистанционного переключателя предназначены для его фиксации проволочным хомутом в панели DIP16 в случае её применения.

Разъём ХР1 - кабельная вилка USB-AM с заделанным в неё отрезком кабеля USB 2.0 длиной 50 см. Конец кабеля без разъёма прижат к печатной плате двумя медными скобками, а зачищенные от изоляции концы его проводов вставлены в предназначенные для них отверстия и припаяны к контактньм площадкам. Разъёмы XS1 и XS2 - розетки USB-AF.

Переключатель SA1 должен выдерживать большое число переключений и иметь надёжные контакты. Если во время обмена информацией между компьютером и подключённым к разъёму XS1 или XS2 устройством контакт нарушится хоть на долю секунды, обмен прекратится, процесс придётся начинать заново. Я применил переключатель МТМ1060. Подойдут также MTS-102, STM-102, KNX-01, рокерный переключатель MXL-102 или кнопки с фиксацией, работающие на переключение. Миниатюрные движковые и DIP-переключатели использовать не рекомендую, они не выдерживают многократных переключений.

Светодиоды АЛ307БМ можно заменить другими любого свечения. Для получения нужной яркости свечения, возможно, придётся подобрать резисторы R3 и R4. Конденсаторы C1 и C2 - К53-19 или любые отечественные или импортные оксидные. Все резисторы - МЛТ-0,125. На рис. 3 показан внешний вид собранного коммутатора.

Внешний вид коммутатора

Рис. 3. Внешний вид коммутатора

Описанный коммутатор полезен, когда требуется часто заменять подключённые к компьютеру USB-устройства, а для одновременного их подключения не хватает USB-разъёмов. Порядок работы следующий.

Подключите устройства к разъёмам XS1 и XS2 коммутатора, переведите переключатель SA1 в нужное положение, вставьте вилку XP1 в разъём USB компьютера. На плате включится светодиод, соответствующий положению переключателя. Если вставленное в разъём, соответствующий этому положению, USB-устройство исправно, операционная система компьютера его опознает и выведет сообщение о готовности к работе.

По завершении работы нужно, как обычно, подготовить устройство к безопасному извлечению. Как только операционная система компьютера разрешит выполнить эту операцию, можно будет извлечь устройство из розетки коммутатора, но можно этого и не делать. Работе с устройством, подключённым к другой розетке, оно не помешает. Чтобы активизировать другое устройство, достаточно перевести переключатель SA1 в соответствующее ему положение, что будет подтверждено включением относящегося к нему светодиода и гашением прежде включённого. Порядок обратного перехода точно такой же.

Коммутатор с обоими подключёнными к нему устройствами может постоянно оставаться присоединённым к компьютеру. При следующем включении компьютер сразу распознаёт то устройство, которое подключено к розетке, выбранной переключателем SA1.

USB-устройства (принтер, сканер, клавиатура и т. п.), для которых процедура безопасного отключения не требуется, можно просто выбирать переключателем SA1.

Файл печатной платы коммутатора в формате Sprint-Layout 6.0 имеется здесь.

Автор: Г. Нюхтилин, г. Ковров Владимирской обл.


Дата публикации: 10.04.2019
Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.


Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics