Projeto de Pesquisa – USB Tester

6 10 2008

Apesar de apresentarem valores acessíveis, os dispositivos portáteis de armazenamento com memória flash, mais conhecidos como pendrives, em determinadas ocasiões possuem valor inestimável. Ligá-los nas portas USB soldadas à placa mãe geralmente não apresentam problemas nem riscos, mas e às portas da frente do gabinete? Quem montou a máquina pode acidentalmente ter ligado os fios da USB invertidos, fazendo com que dispositivos ligados na porta queimem por receberem polarização invertida.

E quando seu pendrive tem dados que não podem ser perdidos? A prevenção, neste caso, é a melhor saída. Para isso, um dispositivo simples e muito barato pode evitar tais danos.

Este projeto já foi implementado, seguem os esquemas e detalhes. É importante lembrar que este dispositivo evita a queima por polarização invertida, porém não testa a transferência de dados.

Material:

- Porta USB cable

- Resistor 330 ohms 1/8W

- Led vermelho

- Solda (estanho)

- Ferro de solda

- Fita isolante (opcional)

- Cola quente (opcional)

(todo material é encontrado em lojas de eletronica. Para leds de outras cores é necessário observar a impedância do resistor.)

O custo dos componentes foi R$ 2,00 (em Goiânia, rua 68, setembro/2008), a solda, o ferro, a fita isolante e a cola quente não entram nestes custos.

Montagem:

Para montar é muito simples. Segue o circuito.

 

Circuito que testa a voltagem da porta USB

Circuito que testa a voltagem da porta USB

 

 

A configuração das portas USB é encontrada aqui: http://pinouts.ws/usb-pinout.html

 

Na porta USB cable são os dois pinos da extremidade que realizam a polarização. O circuito é muito simples, e mesmo que você não saiba qul é o +5v e qual é o terra, pode implementar o circuito. A única diferença será quando seu led acenderá.

Caso você utilize a implementação do circuito proposto, o led acenderá quando a porta estiver polarizada corretamente, e caso esteja invertido ele acenderá quando a porta estiver polarizada invertida. Para testar quando seu led acende, teste nas portas USB da placa mãe, que estão sempre corretas (se acenter, acenderá sempre que a porta estiver boa, se não, acenderá sempre que tiver invertido). Lembrando que é importante o uso dos componentes de valores corretos para não queimar o led, uma vez que a maioria deles suporta uma tensão reversa de 4V e a tensão reversa de fato seria no máximo, com um led bem claro, uns 3,5V.

Pode também utilizar leds de outras cores, sendo que isto influencia no resistor a ser utilizado.

Para montagem da malha é necessário a porta USB, o led e o resistor. As pernas dos componentes são suficientes para serem soldadas entre si e entre a porta, não necessitando de fios adicionais.

Pode acontecer do circuito, quando fechada a porta USB, tocar na carcaça da mesma, e acontece um efeito totalmente indesejável: a resistência no circuito aumenta muito, fazendo com que o dispositivo não funcione. Para evitar, ou enrole uma fita isolante em cada condutor da malha (o que é ineficiente e muito trabalhoso), ou coloque cola quente nas partes condutoras, para evitar o contato (bem mais simples, eficiente, fora que evita oxidação, reforça as soldas, reduz a sensibilidade à água, mantém a impedância do sistema, e ajuda na vedação do circuito).

Devido ao corpo da porta USB ser todo metálico e estar sujeito à DDP de 5V, esta carcaça é carregada por indução, e pode ocorrer de uma pessoa descalça, com muitos íons no sangue, ao tocar o dispositivo em funcionamento, sentir um choque pequeno (muito inofensivo, mas qualquer choque é desagradável!). Para evitar isto, encapsulei o dispositivo com fita isolante preta, das mais vagabundinhas. O efeito ficou muito bom, basta enrolar bem apertado. O acabamento é criatividade de cada um!

Relação resistor e led

Para este cálculo, utilizamos equações básicas da eletrônica (Lei de Ohm): V=R*I e W=V*I

Primeiramente é necessário obter as especificações do led. Da porta USB, que será nossa fonte, já possuímos: 5V de saída.

Na implementação, utilizamos um led vermelho, com tensão 1,7V e corrente 10mA. Para facilitar, segue tabela com os principais valores encontrados no mercado. Lembrando, quanto mais exato forem os dados, maior a vida útil do led.

Tensão dos LEDs x COR:

Infravermelho: 1.5V ou menos
Vermelho: 1.7V
Amarelo: entre 1.7 e 2V
Verde: entre 2 e 3V
Branco/Azul/Violeta: mais de 3V

Corrente: 0.01A = 10mA

Como necessitamos saber as potências e valores de resistores, segue relação dos valores comerciais.

Potencia fracionária de resistores:

 1/8W = 0.125W
 1/4W = 0.25W
 1/2W = 0.5W
 1W pra cima

 

Resistores comerciais

 

 

 

 

 

1.0ohm

1.1ohm

1.2ohm

1.3ohm

1.5ohm

1.6ohm

1.8ohm

2.0ohm

2.2ohm

2.4ohm

2.7ohm

3.0ohm

3.3ohm

3.6ohm

3.9ohm

4.3ohm

4.7ohm

5.1ohm

5.6ohm

6.2ohm

6.8ohm

7.5ohm

8.2ohm

9.1ohm

Para obter os demais valores basta multiplicar por: 10, 102, 103, 104, 105, 106

 

O pedido é na forma fracionária mesmo (p. ex: resistor de trezentos e trinta ohms e um oitavo watt, resistor doze ohms e meio watt).

Contas do circuito

No curcuito mostrado, há uma fonte (no nosso caso 5V da USB), um led e um resistor em série. Conforme a lei de Kirchoff, a soma das correntes deve ser nula, e a soma das tensões idem. Como temos tensão de entrada 5V, e um led que consome 1,7V, devemos dissipar 3,3V (5 – 1,7). O dissipador será nosso resistor. Para calcular qual impedância o mesmo deve ter, usamos os dados que possuímos (corrente do led e tesnão a ser consumida):

V=R*I

Vdissipada=R*Iled

Vdissipada = Vfornecida – Vled = 3,3V

Iled = 10mA

3,3 = R*0,01

R = 330 ohms

Com esses cálculos temos a resistência necessária. Agora é necessário calcular a potência qu o resistor deve suportar, pela fórmula W=V*I.

Wresistor = Vresistor*Iresistor

Vresistor = 3,3V

Iresistor = 10mA

Wresistor = 3,3*0,01 = 0,033W

Como garantia, em geral pegamos um resistor que suporte aproximadamente duas vezes mais potência, no caso 0,066W. O valor comercial mais próximo, a maior, é 1/8 W (0,125W), portanto será esta potência. Com essas continhas, vimos que tudo está perfeitamente equilibrado, sem desgaste excessivo do led.

Sempre que precisarmos aproximar, aproximamos a maior, NUNCA a menor.

Analogia para outros leds

Sabendo das contas acima, vamos estipular legendas, resolver literalmente as equações e definir fórmulas gerais para os resistores. Lembrando que estas contas são válidas apenas para esta implementação, um led em série com um resistor, sujeito a uma fonte. Outras implementações podem ser encontradas em http://www.casemodbr.com/resistor.htm ou http://py2bbs.msxpro.com/led.php

Vled = Vd

Vfornecida = Vf

Iled = Id

R = valor de impedância o resistor

Vresistor = Vr

Iresistor = Ir

W = potência do resistor

V = R*I

Portanto, chegamos às seguintes equações finais:

R = (Vf – Vd)/Id

W=(Vf – Vd)*Id

Agora, vamos usar um led verde (2,5V e 10mA) na porta USB (fonte, de 5V).

R=(5-2,5)/0,01 = 250 ohms (valor comercial mais próximo  a maior é 270 ohms)

W=(5-2,5)*0,01 = 0,025 watts (por segurança, dobramos este valor, no caso 0,05 watts. Valor comercial mais próximo a maior é 1/8W)

Portanto, para o led verde com as características usaríamos um resistor de 270 ohms e 1/8W.

Assim que possível colocarei as fotos do dispositivo.

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