Строим универсальную, машинную USB зарядку (попытка номер раз)
Здравствуйте Хабра-господа и Хабра-Дамы!
Думаю некоторым из Вас знакома ситуация:
«Автомобиль, пробка, N-ый час за рулем. Коммуникатор с запущенным навигатором уже 3-й раз пиликает об окончании заряда, несмотря на то что все время подключен к зарядке. А Вы, как на зло, абсолютно не ориентируетесь в этой части города.»
Далее, я расскажу о том, как имея в меру прямые руки, небольшой набор инструментов и немного денег соорудить универсальную (подходящую для зарядки номинальным током, как Apple, так и всех остальных устройств), автомобильную USB зарядку для Ваших гаджетов.
ОСТОРОЖНО: Под катом много фото, немного работы, никакого ЛУТ и нет хеппи энда (пока нет).
Автор, нафига все это?
Некоторое время назад со мной приключилась история описанная в прологе, китайский usb-двойник, абсолютно бессовестно дал разрядиться моему смарту во время навигации, из заявленных 500mA он выдавал около 350 на оба сокета. Надо сказать я был очень зол. Ну да ладно — сам дурак, решил я, и в этот же день, вечером, был заказан на eBay автомобильный зарядник на 2А, который почил в недрах китайско-израильской почты. По счастливой случайности, у меня завалялась платка конвертор DC-DC step down с выходным током до 3-х А и я решил на ее базе собрать себе надежный и универсальный зарядник для автомобиля.
Немного о зарядных устройствах.
Большинство зарядных устройств, которые присутствуют на рынке, я бы поделил на четыре типа:
1. Яблочные — заточенные под Apple-устройства, снабженные небольшой зарядной хитростью.
2. Обычные — ориентированные на большинство гаджетов, которым достаточно закороченных DATA+ и DATA- для потребления номинального тока заряда (тот, что заявлен на зарядном устройстве Вашего гаджета).
3. Бестолковые — у которых DATA+ и DATA- висят в воздухе. В связи с этим, Ваше устройство решает, что это USB-хаб или компьютер и не потребляет более 500 mA, что отрицательно сказывается на скорости заряда или вообще в отсутствии оного под нагрузкой.
4. Хитро%!$&е — так как внутри у них установлен микроконтроллер, который сообщает устройству, что то из разряда того, что небезызвестный герой Киплинга сообщал животным — «Мы с тобой одной крови, ты и я», проверяет оригинальность зарядки. Для всех же остальных устройств они являются ЗУ третьего типа.
Последние два варианта, в силу понятных причин, считаю не интересными и даже вредными, поэтому сосредоточимся на первых двух. Поскольку наша зарядка должна уметь заряжать, как яблочные так и все остальные гаджеты мы используем два выхода USB, один будет ориентирован на Apple — устройства, второй на все остальные. Замечу лишь, что если Вы по ошибке подключите гаджет к не предназначенной для него USB розетке, ничего страшного не произойдет, просто он будет брать те же пресловутые 500mA.
Итак, цель: » Немного поработав руками получить универсальную зарядку для машины.»
Что нам понадобится
1.Для начала, разберемся с током заряда, обычно, это 1А для смартфонов и около 2-х Ампер для планшетов (кстати мой Nexus 7, почему то из своей же зарядки не берет более 1.2А). Итого для одновременной зарядки средних планшета и смартфона нам потребуется ток 3А. Значит конвертер DC-DC, что у меня имеется в наличии вполне подойдет. Должен признать, что конвертер на 4А или 5А для данных целей подошел бы лучше, для того что бы тока хватало на 2 планшета, но компактных и недорогих решений так и не нашел, да еще и время поджимало.
Поэтому я использовал то что было:
Входное напряжение: 4-35В.
Выходное напряжение: 1.23-30В (регулируется потенциометром).
Максимальный ток на выходе: 3А.
Тип: Step Down Buck converter.
2. USB розетка, я использовал двойную, которую выпаял из старого USB-хаба.
Так же можно использовать обычные сокеты от USB удлинителя.
3. Макетная плата. Для того что бы припаять к чему-нибудь USB розетку и собрать простенькую схему зарядки для Apple.
4. Резисторы или сопротивления, кому как больше нравится и один LED. Всего 5-ть штук, 75 кОм, 43 кОм, 2 номиналом 50 кОм и один на 70Ом. На первых 4-х как раз и строится схема зарядки Apple, на 70 Ом я использовал для ограничения тока на светодиоде.
5. Корпус. Я нашел в закромах родины футляр от фонарика Mag-Lite. Вообще, идеально бы подошел футляр от зубной щетки черного цвета, но я такового не нашел.
6. Паяльник, канифоль, припой, кусачки, дрель и час свободного времени.
Собираем зарядку
1. Первым делом я закоротил между собой выводы DATA+ и DATA- на одном из сокетов:
*Прошу прощение за резкость, встал рано и телу хотелось спать, а мозгу продолжения эксперимента.
Это как раз и будет наша розетка для не яблочных гаджетов.
2. Отрезаем нужный нам размер макетной платы и размечаем и сверлим в ней отверстия под крепежные ножки USB розетки, параллельно проверяя, что контактные ножки у нас совпадают с отверстиями в плате.
3. Вставляем сокет, фиксируем и припаиваем к макетной плате. Контакты +5В первой(1) и второй(5) розетки замыкаем между собой, так же поступаем и с контактами GND(4 и 8).
Фото только для пояснения, контакты пропаиваются уже на макетной плате
4. Распаиваем на оставшиеся два контакта DATA+ и DATA- следующую схему:
Для соблюдения полярности пользуемся распиновкой USB:
У меня получилось так:
Не забываем подстроить напряжение на выходе, при помощи отвертки и вольтметра задаем 5 — 5.1В.
Так же я решил добавить индикацию к цепи питания USB, паралельно к +5V и GND припаял желтый лед с резистором на 70Ом для ограничения тока.
Убедительная просьба к людям с тонкой душевной организации и прочим любителям прекрасного: «Не смотрите следующую картинку, ибо пайка кривая.»
5. Фиксируем плату конвертер на нашей макетной плате. Я это осуществил при помощи ножек от все тех же резисторов, запаяв их в контактные отверстия на плате конвертера и на макетной плате.
6. Припаиваем выходы конвертера к соответствующим входам на USB-сокете. Соблюдаем полярность!
7. Берем корпус, размечаем и сверлим отверстия под крепление нашей платы, размечаем и вырезаем место под USB розетку и добавляем отверстия для вентиляции напротив микросхемы конвертера.
Крепим макетную плату болтами к корпусу и получаем вот такую коробочку:
В Машине это выглядит так:
Тесты
Далее, я решил проверить реально ли мои устройства будут считать, что они заряжаются от родной зарядки. А заодно замерить и токи.
Питание обеспечено БП от старого принтера 24В 3.3А.
Ток я замерял перед выходом на USB.
Забегая вперед скажу, все имеющиеся у меня устройства зарядку признали.
К USB розетке номер один (которая предназначена для разных гаджетов ) я подключал:
HTC Sensation, HTC Wildfire S, Nokia E72, Nexus 7, Samsung Galaxy ACE2.
Для Sensation и Nexus 7 я проверил время зарядки, начинал с 1% и заряжал до 100%.
Смартфон зарядился за 1 час 43 минуты (батарейка Anker на 1900 mAh), должен заметить, что от стандартной зарядки он заряжается около 2-х часов.
Планшет же зарядился за 3 часа 33 минуты, что на пол часа дольше чем зарядка от сети (Одновременно заряжал только одно устройство).
Чтобы оба Android устройства брали из зарядки максимум, мне пришлось спаять небольшой переходничок(который подключал к apple USB), к нему подключен HTC Sensation.
К USB розетке номер два я подключал: Ipod Nano, Ipod Touch 4G, Iphone 4S, Ipad 2. Поскольку Nano заряжать такой штукой смешно — он у меня максимум 200 mA брал, проверял Touch 4g и IPad. Ipod заряжался 1 час 17 минут с нуля и до 100%(правда вместе с IPAD 2). Ipad 2 заряжался 4 часа и 46 минут (один).
Как Вы видите Iphone 4S с удовольствием потребляет свой номинальный ток.
Кстати, Ipad 2 меня удивил, он абсолютно не чурался схемы с закороченными дата контактами и потреблял абсолютно те же токи, что и от предназначенного для него сокета.
Процесс зарядки и выводы
Для начала напомню, что все устройства в которых используют литиевые аккумуляторы имеют в наличии контроллер заряда. Работает он по следующей схеме:
График усреднен и может варьироваться для разных устройств .
Как видно из графика, в начале зарядного цикла контроллер позволяет заряжать максимально допустимым током для Вашего устройства и постепенно снижает ток. Уровень заряда определяется по напряжению, так же контроллеры мониторят температуру и отключают зарядку при высоких значениях последней. Контроллеры заряда могут находится в самом устройстве, в аккумуляторе или в зарядном устройстве (очень редко).
Подробней о зарядке литиевых элементов можно почитать здесь.
Собственно тут мы и подошли к моменту почему этот топик называется: «Попыткой номер раз». Дело в том, что максимум, что у меня получилось выжать из зарядки это: 1.77А
Ну а причина, на мой взгляд, не оптимально подобранная катушка индуктивности, которая в свою очередь не дает Buck — конвертору выдать свой максимальный ток. Думал ее заменить, но инструмента для пайки SMD у меня нет и в ближайшее время не предвидится. Это не ошибка проектировщиков платы с ebay, это просто особенность данной схемы так как она ориентированна на различные входящие и исходящие напряжения. При подобных условиях просто невозможно выдавать максимальный ток на всем диапазоне напряжений.
В итоге, я получил устройство, которое способно заряжать два смартфона одновременно или один планшет в автомобиле за вменяемое время.
В связи с вышесказанным было решено оставить эту зарядку как есть и собрать новую, полностью своими руками, на базе более мощного конвертора LM2678,
который в перспективе, сможет «накормить» два планшета и смартфон одновременно (5А на выходе). Но об этом уже в следующий раз!
Источник
Как сделать юсб адаптер своими руками
Адаптер K‑Line это устройство передачи данных по однопроводной линии, т.е запросы диагностического оборудования и ответы ЭСУД передаются по одной линии. СОМ-порт компьютера имеет раздельные входы для получения и отправки данных, для согласования и предназначен адаптер сигналов СОМ K‑Line.
К‑линия автомобильной диагностики имеет «подтяжку» к 12 вольтам (питание ЭБУ) и размах сигналов от 0 до 12 V (теоретически, реально уровни немного отличаются).
В системах GM используется другой диагностический протокол – ALDL. В адаптере ALDL используется выход с открытым коллектором и 5 ‑вольтовые уровни сигналов. «Подтяжка» в этих системах находится внутри ЭБУ. В подавляющем большинстве случаев для этих систем не используется оригинальный адаптер, для диагностики применяют K‑Line, либо занизив до 5 вольт напряжение «подтяжки», либо подбором резистора для стабильной работы и на 5 и на 12 вольтовых уровнях.
СОМ – порт компьютера имеет (в нашем, простейшем, случае) две линии – по одной идет чтение сигналов, по другой – запись. Уровни сигналов СОМ – порта от ‑ 12 V до + 12 V, то есть, высокий уровень ‑ 12 V, низкий + 12 V. Подробнее здесь или (на русском) здесь.
Для согласования сигналов используются, как правило, специализированные микросхемы. Микросхема МС 33199 служит для согласования с К‑линией и «разделения» и «смешивания» сигналов. МАХ 232 – специализированная микросхема для согласования различных устройств с RS 232 (стандарт СОМ-порта). МАХ 232 содержит в себе интегральные преобразователи напряжения, позволяющие получить нужные для работы порта +/- 12 V и приводит поступающие сигналы к необходимому уровню. Более «продвинутые» специализированные микросхемы – DS 275 выполняет те же функции, что и МАХ 232 , но имеет автоматическую настройку выходных сигналов по уровню входных и, что немаловажно, не требует громоздкой конденсаторной «обвязки».
Существует несметное количество вариантов схем адаптеров, от самых простых, на двух транзисторах, до полнофункциональных адаптеров на специализированных микросхемах. Естественно, желательно использовать хороший адаптер на специализированных микросхемах.
При диагностике иномарок 90 ‑x годов часто возникает необходимость в дополнительной линиии L (K‑L-Line адаптер), более поздние модели, как правило используют только K‑Line. Схемы адаптеров K‑L-Line можно посмотреть здесь.
Один из самых обстоятельных из известных мне «рукодельщиков» ch 0 zen поместил на своем отличном сайте наиподробнейшее, пошаговое описание изготовления адаптера на MC 33199 по «утюжной» технологии. Очень рекомендую. Можно скачать всю информацию целиком здесь.
Простая схема на 2 ‑х транзисторах
Как проверить адаптер не подключая к автомобилю? Очень просто. Дело в том, что поскольку линия после адаптера однопроводная, можно послать в порт сигнал и тут же его прочитать (режим «эхо»). Для этого необходимо подключить адаптер к компьютеру и воспользоваться древней программой диагностики компьютеров – Check It 3 . 0 . Включаем режим диагностики COM и наблюдаем в окнах прием – передачу символов. Если все проходит нормально, это косвенно говорит о том, что схема работает, для полной уверенности необходимо осциллографом проконтролировать сигналы RxD, TxD и K‑Line. Размах сигналов на разъеме СОМ – порта должен быть от + 12 V до 0 V (в идеале, реально чуть поменьше. По стандарту необходим размах от + 12 до ‑ 12 V), а на линии K‑Line от + 12 V до нуля. Проверку адаптера осуществляет так же программа диагностики ICD.
Адаптер K‑LINE © VSM
Более «правильную» схему адаптера для тех, кому проблематично достать дефицитную микросхему MC 33199 D прислал VSM. Здесь для согласования с портом применена всё та же, довольно распространенная микросхема MAX 232 (ICL 232 CPE, HIN 232 ), а согласование с линией диагностики – микросхема 74 ALS 04 ( 74 LS 04 , К 555 ЛН 1 , К 1533 ЛН 1 ).
Схема эксплуатируется в течении полутора лет, опробована на всех типах контроллеров. Защитный диод желателен с малым падением напряжения, второй – любой импульсный, например КД 521 , 522 . VSM поделился также опытом подстройки нагрузочного резистора. На схеме его номинал 2 Ком, это оптимально для тестирования и программирования блоков «Январь», для «Бошей» его номинал около 1 Ком, для GM – больше 2 Ком. От себя замечу, что номинал резистора применяю 510 ‑ 560 Om, как на «больших» схемах, это обеспечивает ток линии около 20 mA, что повышает помехозащищенность. В GM, повторюсь, нагрузочный резистор установлен в блоке и линия диагностики использует пятивольтовые уровни, внешний нагрузочный резистор в адаптерах ALDL не используется. Нумерация выводов по входу соответствует 9 ‑пиновому разъему СОМ, выхода – 9 ‑пиновому разъему адаптера KR‑ 2 от НПП НТС. С этим адаптером стабильнее всего работает спортивная система впрыска J 5 -Sport (Соколов-Спорт). Остальные, даже именитые адаптеры соединялись не с первого раза, рвали связь и пр.
ПРОВЕРКА И НАСТРОЙКА
1 . Ищем какой-нибудь измеритель, хотя бы простейший электрический тестер.
2 . Убеждается в правильности установки элементов схемы и наличии нужных и отсутствии ненужных соединений между ними.
3 . Подаем + 12 В, адаптер к компьютеру не подключен.
4 . Проверяем наличие + 5 В на выводе 16 MAX 232 и выводе 14 логики, если нет – проверяем правильность установки и работоспособность 142 ЕН 5
5 . Проверяем работу конверторов MAX 232 , т.е. наличие + 10 В на выводе 2 и ‑ 10 В на выводе 6 , если нет – проверяем правильность установки и исправность конденсаторов.
6 . Подаем на вход приемника RS 232 ‑ 10 В, т.е. соединяем выводы 13 и 6 МАХ 232 и проверяем прохождение сигнала: (логическая « 1 » на выходе 12 MAX 232 ) -> (логическая « 1 » на входе 5 ЛН 1 ) -> (логический « 0 » на выходе 6 ЛН 1 ) -> (+ 12 В в k‑line) -> ( логическая « 1 » на входе 1 ЛН 1 ) -> (логический « 0 » на выходе 2 ЛН 1 ) -> ( логический « 0 » на входе 3 ЛН 1 ) -> ( логическая « 1 » на выходе 4 ЛН 1 ) -> (логическая « 1 » на входе 11 MAX 232 ) -> (низкий уровень RS 232 , т.е. менее ‑ 5 В на выходе 14 MAX 232 ). При непрохождении сигнала через любой элемент, проверяем правильность установки и работоспособность этого элемента. Удаляем соединение между выводами 13 и 6 МАХ 232 .
7 . Подаем на вход приемника RS 232 + 10 В, т.е. соединяем выводы 13 и 2 МАХ 232 и проверяем прохождение сигнала: (логический « 0 » на выходе 12 MAX 232 ) -> (логический « 0 » на входе 5 ЛН 1 ) -> (логическая « 1 » на выходе 6 ЛН 1 )-(
0 В в k‑line) -> ( логический « 0 » на входе 1 ЛН 1 ) -> (логическая « 1 » на выходе 2 ЛН 1 )- ( логическая « 1 » на входе 3 ЛН 1 )-( логический « 0 » на выходе 4 ЛН 1 )-(логический « 0 » на входе 11 MAX 232 ) -> (высокий уровень RS 232 , т.е. более + 5 В на выходе 14 MAX 232 ). При непрохождении сигнала через любой элемент, проверяем правильность установки и работоспособность этого элемента. Удаляем соединение между выводами 13 и 2 МАХ 232 .
8 . Подключаем адаптер к порту RS- 232 компьютера, соединяем с k‑line и пытаемся установить связь с контроллером. В случае проблем, при отсутствии осциллографа, проверяем: правильность использования программы; параметры COM-порта (может ли он работать на выбранной скорости обмена); величину резистора в нагрузке k‑line; качество линии связи и т.д.
Адаптер K‑LINE © SHURIKEN
Второй вариант «правильной» схемы адаптера для тех, кому проблематично достать дефицитную микросхему MC 33199 D прислал SHURIKEN (CTTeam). Адаптер по этой схеме эксплуатируется более полутора лет, прошел проверку на всех системах впрыска и характеризуется как «железобетонный». Для согласования с СОМ – портом применена всё та же, довольно распространенная и дешевая (в разных регионах цена колеблется от 30 до 50 руб) микросхема MAX 232 (ICL 232 CPE, HIN 232 ), а согласование с линией диагностики – микросхема LM 339 . Каких либо дополнительных особенностей схема не имеет, катушка L 1 служит для фильтрации импульсных помех.
Описание настройки и осциллограммы Вы можете посмотреть здесь. Так же, как и в предыдущей схеме, нумерация выводов по входу соответствует 9 ‑пиновому разъему СОМ, выхода – 9 ‑пиновому разъему адаптера KR‑ 2 от НПП НТС.
K‑LINE: Новый взгляд на привычные вещи.
Прогресс движется вперед семимильными шагами и заглядывает даже за ворота автомастерских, в которых все чаще и чаще можно встретить ноутбуки в качестве диагностического компьютера. Нет слов, ноутбук более мобилен, функционален и в какой-то мере престижен, прибавляя «вес» автосервису. Но… В последнее время участились жалобы либо на неправильную работу адаптеров К‑Line, либо, что еще хуже, выход из строя COM – портов ноутбука. Дело, мне кажется в том, что у некоторых ноутбуков СОМ-порты работают с уровнями сигналов +/- 3 V, в то время как большинство адаптеров, рассчитанные на РС и собранные на микросхемах МАХ 232 выдают полноценные +/- 12 V. То есть, для работы с ноутбуком желательно иметь адаптер, предназначенный именно для этого. Самый простой путь – заменить привычную нам всем МАХ 232 на МАХ 3232 , имеющую пониженные напряжения сигналов. Цена вопроса – 90 рублей, именно столько составляет разница в стоимости этих микросхем в Волгограде.
Другой, и, как мне кажется (IMHO), более прогрессивный способ предложил HASS_ 78 – использование для согласования с портом ноутбука микросхему DS 275 . Данная микросхема работает с теми уровнями сигналов, которые получает, адаптируясь хоть к СОМ-порту РС, хоть к ноутбуку, представляя собой оптимальное решение для реализации K‑Line. Кроме всего прочего, данный способ практически не требует «обвязки» микросхем.
Итак, схема от Hass‑а на DS 275 и MC 33199 .
.… и МС 33290
Схемы не имеют никаких особенностей, и при правильной сборке не требуют никакой настройки. DА 1 – любой стабилизатор, например LM 2931 AZ‑ 5 , 7805 . Вместо 33199 ( 33290 ) при соответствующем изменении схемы можно использовать L 9243 (из иммобилизатора АПС‑ 4 ).
Получится что-то типа этого.…
Все три варианта адаптеров прекрасно умещаются в корпусе переходника 9 – 9 pin
В заключение хочу сказать, что несмотря на то, что этот K‑Line адаптер очень негативно встречен сборщиками-продавцами «адаптеров» на более простой и дешевой элементной базе, это самое лучшее и правильное решение на сегодняшний день.
Источник
