Dvojitý USB tlačítkový spínač pro PC

Někdy je nutné pracovat na dvou počítačích současně. Také radioamatéři, kteří si nastavují oblíbené počítače Raspberry Pi, v praxi používají paralelně běžný velký počítač. To znamená, že na stole by měly být dva monitory a sada dvou klávesnic a myši. Kromě nedostatku místa je tu problém s omylem, kdy se někdo pokusí použít nesprávnou klávesnici nebo myš. Myslíme si, že ti, kteří někdy museli takto pracovat, tyto problémy znají.

Řešením může být použití pouze jedné sady konzolových zařízení (obrazovka plus klávesnice a myš). Moderní počítačové monitory mají obvykle několik vstupních konektorů a přepínání zdroje signálu se provádí jedním tlačítkem. Klávesnici nebo myš je však nutné přepínat opět ručně, což není příliš pohodlné. Navrhované zařízení však tento problém řeší a umožňuje přepínat myš a klávesnici z počítače na počítač jedním kliknutím tlačítka.

Jak funguje přepínač?

USB zásuvky (standard 1.1 a 2.0) mají čtyři kontakty: VCC, GND a diferenciální pár D+ a D-. Stačí tedy tyto čtyři vodiče propojit současně a fyzicky tak odpojit USB klávesnici od jednoho počítače a připojit ji k jinému. V praxi by stačil otočný přepínač, ale pak by se jednalo o mechanické, pomalé a nespolehlivé zařízení, nikoli o elektronické. Představovaný přepínač využívá elektromechanická bistabilní relé s elektronickým ovládáním. Relé, na rozdíl od polovodičových spínačů, zajišťuje úplnou dielektrickou izolaci ovládaných obvodů od ovládacích. Cívka bistabilního relé vyžaduje napájení pouze během přepínání, což šetří energii.

Schéma zapojení zařízení je znázorněno na obrázku. V tomto projektu byla použita dvě jednovijová bistabilní relé PR1 a PR2. Každé z nich má dva nezávislé spínací obvody (PR1 spíná VCC a GND a PR2 signály D+ a D-). Zařízení má tedy 2 výstupní konektory USB typu B (USB1 a USB2 pro připojení počítačů) a vstupní konektor USB3 typu A. Místo vstupního konektoru lze použít USB hub, který umožňuje současně přepínat myš a klávesnici.

U bistabilních relé s jednou cívkou dochází k přepínání v důsledku změny polarity cívky. K tomu byl použit poněkud neobvyklý H-můstek. Neobvyklé je, že se používají dvě nezávislá napájecí napětí, sbíraná ze dvou různých výstupních portů USB (nebo spíše z počítačů, které jsou k nim připojeny). Zda je daný port USB napájen počítačem, indikují LED1 a LED2, které jsou připojeny přes rezistory omezující jejich proud – R1 a R2.

Pro přepnutí obvodu na port USB1 stiskněte tlačítko S1. Proud začne protékat rezistorem R3 a otevírá tranzistory T3 a T5. Otevřený tranzistor T3 také otevírá tranzistor T4 přes rezistor R1. Proud tak může protékat z portu USB1 VCC přes tranzistor T1, cívky relé a přes tranzistor T5 a uzavírat obvod s portem GND. Po uvolnění tlačítka se tranzistory sepnou, ale bistabilní relé zůstanou sepnutá. Přepnutí na USB2 probíhá podobným způsobem, ale tentokrát tlačítko S2 otevírá tranzistory T6, T2 a T4 a proud cívkami relé teče v opačném směru pomocí otevřených tranzistorů T4 a T2.

Neúmyslné současné stisknutí obou tlačítek může být problematické. Pak se současně otevřou horní a dolní tranzistory, což povede ke zkratu elektrického vedení k zemi. Polymerové pojistky B1 a B2 by měly chránit před takovou událostí, ale neměli byste to úmyslně dovést do této situace. Cívky obou relé jsou zapojeny paralelně a paralelně k nim je zapojena sada antiparalelních zenerových diod. To chrání řídicí tranzistory před napětím indukovaným v cívkách relé v okamžiku vypnutí. Kondenzátory C1 a C2, zapojeny paralelně ke svorkám tlačítek S1 a S2, chrání obvod před účinky vibrací kontaktů tlačítek a rezistory R13 a R14 zajišťují polaritu tranzistorů T3 a T6.

Je také nutné probrat zdánlivě zvláštní uspořádání dvou tranzistorů T7 a T8. Jedná se téměř o klasický spouštěč, jehož úkolem je zapamatovat si, které tlačítko bylo stisknuto naposledy, a rozsvítit odpovídající LED. Funguje následovně: tranzistory T7 a T8 v konfiguraci invertoru jsou vzájemně propojeny: kolektor jednoho přes rezistor (R11 a R12) s bází druhého a naopak. Tento obvod má dva stabilní stavy, v daný okamžik může být otevřen pouze jeden z tranzistorů. Aby se tranzistor T7 otevřel, je třeba na jeho bázi krátce přivést napětí (zde ze spínače S1 přes diodu D3 a rezistor R9). Tranzistor T7 se otevře a proud protékající jeho bází a rezistorem R12 způsobí úbytek napětí na kolektoru tranzistoru T8, čímž zabrání jeho otevření. Po uvolnění tlačítka S1 bude proud v bázi T7 nadále protékat rezistorem R12. Tento stav bude stabilní až do stisknutí spínače S2, kdy proud protéká diodou D4 a rezistorem R10 v bázi tranzistoru T8. Otevřený tranzistor T8 přes rezistor R11 způsobí úbytek napětí na kolektoru tranzistoru T7, což způsobí jeho uzavření. I přes uvolnění tlačítka S2 bude bázový proud tranzistoru T8 stále protékat rezistorem R11.

Kolektorové obvody tranzistorů T7 a T8 jsou společně napájeny usměrňovacími diodami D1 a D2 a omezovacími rezistory R7 a R8. LED diody LED3 a LED4 jsou v emitorových obvodech tranzistorů T7 a T8 zapojeny poněkud neobvykle. Úkolem těchto LED diod je signalizovat, který tranzistor je otevřený, tj. které tlačítko bylo stisknuto naposledy (a tedy který USB port je aktivní).

Instalace a seřízení obvodu

Zařízení používá jednostrannou desku s plošnými spoji. Protože většina součástek je typu SMD a používají se i velké součástky pro montáž do otvorů, bude její montáž oboustranná. Nejlepší je začít pájet s nejmenšími součástkami pro povrchovou montáž – pak bude deska ležet naplocho na stole.

Místo propojky ZW můžete připájet rezistor R0 1206. Správně sestavený přepínač z funkčních prvků by měl fungovat ihned po připojení k počítačům. Není nutné, aby oba počítače fungovaly současně. V takové situaci jednoduše nebude možné přepnout na neaktivní USB zásuvku. LED1 a LED2 ukazují, který počítač pracuje.

Zařízení si v okamžiku vypnutí „pamatuje“, která zásuvka byla naposledy aktivní. Bohužel ihned po zapnutí nemusí kontrolky LED (LED3 a LED4) plnit svůj úkol (mohou se rozsvítit nesprávné). Situaci zachrání krátké stisknutí tlačítka S1 nebo S2. Tento přepínač je určen pro použití s nízkopříkonovými USB zařízeními, jako jsou klávesnice a myši. Vzhledem k použití nízkoproudých relé je přísně nepřijatelné připojovat zařízení, která vyžadují vysoký proud, například externí pevný disk. Problém však lze přirozeně vyřešit instalací výkonnějších prvků.

Líbil se vám článek? Můžete ho ohodnotit!