Отримайте живлення від порту RS-232 для ПК

Цей текст намагається розкрити таємницю, як вивести живлення із послідовного живлення ПК. Існує досить багато малих ланцюгів, які беруть всю свою робочу потужність від послідовного порту, де немає реального вихідного виводу. Прикладами для цього типу схем є миша ПК та захисний ключ програмного забезпечення. Ви можете задатися питанням, як це можливо.

Існує один спосіб отримати трохи живлення від послідовного порту: викрасти його з сигнальних ліній. Коли ви розробляєте свою власну схему, яка підключає лише ПК, тоді єдиною лінією, яку можна використовувати, є вихідні сигнальні лінії від послідовного порту ПК: DTS, RTS і TD.

У нормальній робочій ситуації DTR і RTS піднімаються, тому вони дають позитивну вихідну напругу (близько + 12 В, коли вони не завантажені). Висновок TD знаходиться в логіці 1, коли дані не надсилаються, що означає, що більшість часу більшість часу перебуває під негативною напругою (-12 В, коли не завантажується). Напруга на цих виходах падає досить швидко при збільшенні струму навантаження, оскільки вони призначені для нормального керування лише вхідними ланцюгами RS-232 (опір 3-7 кОм). Напруга падає приблизно на 1-2 вольта кожні 1 мА збільшення струму навантаження. Зазвичай потік струму короткого замикання становить 7-10 мА (це залежить від типів схем, що використовуються в послідовному порту ПК).

ПК послідовна миша

Послідовна миша ПК використовує, як правило, лінії DRT та RTS для генерування + 5 В потужності мікросхеми мікроконтролера в миші. Оскільки типові оптико-механічні миші також потребують живлення для 4 світлодіодів у детекторах руху оптрона, витрачати енергію не потрібно багато. Типова миша для ПК може мати такі вимоги до живлення: "+ 15V 4mA -15V 4mA" (взято з нижньої частини миші Microsoft).

Типовий підхід до використання потужності мікроконтролера полягає у використанні діодів для взяття струму від ліній DTR та RTS, а потім подачі його через резистор до всіх (інфрачервоних) світлодіодів детекторів руху. Всі чотири (інфрачервоні) світлодіоди підключені послідовно, що дає приблизно + 5 В падіння напруги на всіх світлодіодах (типово для ІЧ-світлодіодів, що використовуються в миші). Це + 5 В є достатньою потужністю для мікроконтролера миші низької потужності. Схема послідовного передавання даних складається з простої дискретної схеми транзистора, щоб вона споживала якомога менше енергії. Позитивне живлення зазвичай береться від ліній RTS і DRT (відразу після діодів і до того, як резистор переходить на світлодіоди). Негативне живлення передавача береться з виводу TD. Типовий послідовний порт миші для ПК приймає загальний струм 10 мА і працює при діапазоні напруги 6-15 В. Для отримання додаткової інформації про роботу миші на ПК перевірте документ мого протоколу миші на ПК. Деякі схеми робочого імплементації миші на ПК можна знайти в реалізації миші для ПК за допомогою COP800 (AN-681) від National Semiconductor та впровадженні простого послідовного контролера миші за допомогою PIC16C5x (AN519) від Microchip.

Мій ланцюг

Наступна схема є прикладом отримання живлення від послідовного порту RS-232. Це дає регульоване + 5В живлення для логічних схем, а також нерегульовані позитивні та негативні джерела живлення для передавальної схеми RS-232. Схема дає лише кілька міліамперів вихідної потужності, оскільки потужність, доступна від послідовного порту, обмежена (а резистори R1, R2 та R3 більше обмежують струм).

Ідея модифікації: Використовуйте схему з 9-контактним послідовним портом

Сучасні ПК, як правило, мають 9-контактний порт замість цього старшого 25-контактного порту. Якщо ви хочете використовувати цю схему з таким ПК, у вас є два варіанти: використовувати 9-25-контактний адаптер або змінити схему на 9-контактний порт. Для перетворення вам слід внести наступні зміни в схему виведення:

Ідея модифікації: Отримайте більше актуальності

Ви можете отримати трохи більше струму від схеми, якщо залишити резистори (R1, Rs, R3) і замінити їх на короткий шматок дроту. Регулятор 78L05 постійно приймає струм 3-4 мА і потребує принаймні падіння напруги на 2 В, тому, якщо ви можете знайти подібний регулятор, який приймає менше струму і має менший спад напруги, ви отримуєте більше струму для своєї схеми. Такий тип ланцюга можна знайти за адресою http://www.ee.washington.edu/eeca/circuits/serialpower.txt.

Інші схеми

Деякі схеми вхідного сигналу малих ланцюгів, які я бачив, приймали позитивні та негативні джерела живлення для простої схеми операційного підсилювача лише за допомогою ліній DTR і RTS. Просто підводячи одного з них до 1, а іншого до 0, використовуючи відповідну програмну процедуру, є доступні позитивні та негативні напруги від цих контактів.

Деякі прості схеми, які не займають багато енергії (менше 2 мА), можуть приймати свою потужність просто від однієї послідовної лінії порту (DRT, RTS або TD). Я використав цей підхід у моїй схемі послідовного порту A/D-перетворювача, де взяв живлення від лінії DTR і відрегулював його до + 5 В за допомогою резистора 1 кОм і стабілітрона 5,1 В.

Девід Тейт розробив схему регулятора, яка приймає порт від порту RS-232 і видає регульований + 5 В. Ця схема базується на двох стандартних транзисторах і декількох інших компонентах. Ви можете завантажити схему за адресою http://www.ee.washington.edu/eeca/circuits/serialpower.txt

Скільки я справді отримую потужність ?

Скільки ви можете насправді отримати із послідовного порту, залежить від технології схеми, яка використовується в послідовному порту. Інформаційний бюлетень B&B Electronics Connection № 2 має хорошу статтю "Поради щодо використання перетворювачів з живленням від порту" про те, скільки ви дійсно можете отримати від різних послідовних портів. З тексту статті витягнуто такі дані:

ПРИМІТКА: Показники потужності - це те, що можна отримати, використовуючи методи, які B&B Electronics використовує у своїх схемах. Значення, позначені *, - це потужність, доступна після того, як негативна потужність перетвориться на позитивну + 5 В з додатковою електронікою в ланцюзі, підключеному до послідовного порту.

Ось ще одна таблиця, скільки енергії забезпечується від різних комп’ютерів з лінії RTS порту RS-232 і як навантаження впливає на наявну напругу. Інформація зібрана із статей RS-232 про електроживлення, розміщених у групі новин sci.electronics.design. Я не перевірив ці результати, але це, схоже, цілком подібні значення, які я знайшов у своїх експериментах RS-232, і їх слід застосовувати також до інших ліній портів RS-232 у ПК (TXD та DTR). Вибір процесора не впливає на лінійний привід RTS, вони лише перелічені, щоб розрізнити різні машини. Єдине, що впливає на вихідну силу струму, це те, як інтерфейси послідовного порту реалізовані на материнській платі або в платі вводу-виводу (яка мікросхема драйвера використовується).

Остерігайтеся комбінування штифтів для більшої вихідної потужності, оскільки використання двох штифтів не обов'язково дає подвійну потужність. Багато сучасних вихідних буферів RS-232 використовують схему зарядного насоса для генерації напруг RS-232 з джерелом + 5 В, і це часто буде перетворювач зарядного насоса, який обмежує речі (тобто на всіх контактах), а не окремі драйвери контактів, особливо на ноутбуки.

Реле приводу, що використовують живлення порту RS-232

Якщо послідовний порт не використовується для інших цілей, тоді для роботи одного чи двох пристроїв використовуйте RTS та лінію DDR. Їх можна встановити та скинути за допомогою простих команд вводу-виводу на мікросхему послідовного порту (UART).

Використання твердотільного реле 3-8 В постійного струму

Якщо твердотільне реле працює на діапазоні вхідного струму 5 мА, ви можете запустити його безпосередньо, використовуючи наступну схему: Якщо 5 мА недостатньо для напівпровідникового реле, тоді ви можете об'єднати потужність від двох вихідних ліній RS-232 разом, використовуючи наступна схема При використанні цієї комбінованої схеми ви повинні пам’ятати, що лінії RTS і DTR управляються одночасно. Якщо у вас активована лише одна лінія в той час, немає гарантії, що реле активоване чи ні, якщо воно займає більше 5 мА.

Мікроелектронні реле

Використання вхідного сигналу 3 мА «Мікроелектронне реле» або «Фотоелектричне реле» Точна термінологія залежить від виробника. Вони є в основному дуже чутливими оптомуфтами, які мають транзисторний вихід MOSFET. (DC) Або у них є 2 МОП-транзистори спиною до спини для перемикання змінного струму. Значення резистора R слід розраховувати так, щоб струм, що протікає через "реле", становив близько 3 мА.

Чутливі герконові реле

Ви можете керувати безпосередньо чутливим 12-канальним реле, яке має мінімальний опір котушки 1200 Ом. Внутрішнє обмеження струму в драйверах RS232 дасть комбіновану напругу 0 або близько 12 В на реле в залежності від рівня лінії DTR. Коли лінії DTR і TXD мають різний потенціал, реле отримує напругу, а коли вони мають однаковий потенціал, реле не отримує живлення. Лінія TXD зазвичай має негативний потенціал, коли дані не надсилаються, тому реле отримує напругу, коли лінія DTR піднята.

Управління реле за допомогою програмного забезпечення

Штифтами DTR та RTS послідовного порту можна керувати, безпосередньо записуючи на адресу порту вводу-виводу, яка є базовою адресою порту RS-232 + 4.

Біти, які слід встановити для цього порту, такі:

Біт D0: стан виводу DTR (0 = -12В, 1 = + 12В)
Біт D1: стан виводу RTS (0 = -12В, 1 = + 12В)
Біти D2-D7: Залиште ці значення 0

У прикладах схеми управління реле вище + 12 В подає живлення на реле, а -12 В не нервує його. Ось коротка таблиця різних значень, які ви надсилаєте на послідовний порт, і станів, які отримують різні висновки:

Стандартні адреси портів вводу-виводу для різних COM-портів є такими (у деяких системах іноді використовуються різні): Straigt, що управляє портами вводу/виводу, якщо мікросхема управління послідовним портом, як правило, є простим способом управління ретрансляцією.

Для фактичних прикладів коду програмування погляньте на мою взаємодію з паралельним портом, що зробила прості приклади програм статті. Просто змініть адреси портів вводу-виводу та значення, які ви надсилаєте на порт, щоб вони відповідали загальним значенням цієї статті, і приклади можна використовувати.

Поради щодо проектування пристроїв із живленням RS-232

Пам'ятайте, що різні драйвери RS-232 забезпечують різну напругу та струм. Ймовірно, вам доведеться перевірити, який мікросхема драйвера використовується в системі, яку ви хочете натиснути (якщо потужність дійсно обмежена), або переконатися, що ваші вимоги настільки низькі, що не має значення.

У портах IBM PC RS RS-232, як правило, використовуються драйвери MC1488. Нині вони обмежені +/- 10ma. "Еквівалентна схема" на таблиці даних показує 300 Ом послідовно з виходом та додаткові 70 Ом послідовно з драйверами транзисторів. Типові Vcc та Vee складають +/- 12V +/- 10%. Це при температурі стику 20 градусів Цельсія.

Якщо ви використовуєте всі виходи, ви можете розраховувати лише на 7,5 мА на вихід у типовому тепловому середовищі друкованих плат. Паспортні дані мають криву значення цього струму в залежності від температури переходу.

Якщо ви збираєтеся поєднувати виходи, щоб отримати більше струму, спробуйте використовувати драйвери з різних 1488-х, щоб ви не надто скорочували їхнє життя, перегріваючи їх. І встановлюйте діоди послідовно з відведеннями, щоб вони не намагалися битися один з одним.

Можливі проблеми з новими комп’ютерами

За останні кілька місяців дедалі частіше повідомляється про проблеми з ноутбуками та кількома настільними комп'ютерами, оскільки сигнали послідовного порту подаються лише до + -5 В (а не 12 В номінального струму, обмеженого на ПК тощо). Тож якщо ви погодитесь на такий дизайн, переконайтесь, що він буде працювати на +3 і -3В - все, що у вас може залишитися. Довгостроковий USB може взяти на себе власність - над чим подумати, якщо ви починаєте виробництво.