Хитровычурный USB-хаб.

Автор: abc
Опубликовано 21.09.2017
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2017!"

К сожалению, это не законченное устройство – за время, отведенное на проведение конкурса, я просто не успел дописать код к микроконтроллеру. Все остальное получилось сделать и с этим «остальным» я вас и познакомлю :)

Для подключения к компьютеру разных мелких девайсов я долгое время использовал 4-портовый USB-хаб. Но если вопрос подключения он как-то решал, то количество проводов вокруг него (да и сам он, честно говоря) постоянно вызывали желание «что-то с этим сделать».

Поэтому было решено собрать ему новый корпус и частично упрятать в него хотя бы те из устройств, которые не требуют постоянной коммутации.
Все эти модули (за исключением самого хаба) я покупал в разное время на Алиэкспрессе :

- Плата от заводского USB-концентратора (уже без корпуса) на контроллере GL850.
- Ампер/вольт-метр, больше известный под названием USB doctor. Их бывает много разных, отличаются они используемым дисплеем и (вероятно) точностью показаний.
- Переходник USB-UART на PL2303HX, уже с выпаянными разъемами.
- GPS-модуль на основе NEO-6M.
- DCDC-конвертер на основе LM2596.
- 8-символьный светодиодный модуль на MAX7219.

Заготовкой для корпуса послужил кусок алюминиевого профиля, типа тех, что используются для изготовления офисных перегородок и дверей. Его поперечное сечение –100х50мм, длина обрезка – 80мм.

Все работы с ним проводились на домашнем фрезерном станке и немного – руками, дрелью и напильниками. В первую очередь я отрезал его центральную часть, которая совсем не вписывалась в будущий конструктив (тут немного нарушена хронология - на первом фото он уже без этой перегородки):

Вторым (и основным) этапом было прорезание окошек под индикаторы, разъемы и кнопки :

Фабричная краска на профиле держится очень крепко, обычно, если вдруг надо, ее приходится снимать пескоструем. Но сейчас я просто засунул порезанную заготовку в полиэтиленовый пакет, налил туда немного 647-го растворителя и выставил на полдня на солнце.
После этого краска легко снялась большими лоскутами :

Боковые стенки сделаны из листа толщиной 1,5 мм :

Затем все детали корпуса я отдал в порошковую покраску. Про саму технологию много информации есть в сети, скажу только, что если не заставлять мастера красить «прям щаз» и дождаться загрузки печи каким-то крупным заказом (что называется, упасть на хвост), то покрасить свою мелочевку можно совсем недорого.
В моем же случае мне повезло еще и в том, что мастер предложил мне покрасить корпус в какой-нибудь необычный цвет. Я колебался : привычный черный матовый сочетается с любыми другими цветами практически всегда и везде, но в итоге мастер уговорил меня на «черного крокодила» :

Печатные платы делались по фоторезистивной технологии. Основная плата - двухслойная, проходы между слоями сделаны короткими отрезками толстого провода. Разводка на ней выполнена с учетом возможных дальнейших экспериментов (DIP-панелька под микроконтроллер, штыревые гребенки и т.д.) :

В собранном виде она выглядит так :

На обратной стороне, помимо микроконтроллера, распаяны генератор на 20MHz, стабилизатор LM7833, штыревые разъемы и разная мелочевка :

Две дополнительные платки : с разъемами на заднюю панель и со светодиодами, подсвечивающими выбранный режим работы

А вот «USB-доктор», наоборот, лишился своих разъемов. И он, и светодиодный дисплей крепятся на кросс-плате с помощью отрезков жесткого провода и гнезд от цанговых панелек :

Плата хаба получила основательный внешний обвес : сверху на ней припаян UART-модуль, два внутренних USB-порта выведены на жгутах на одну общую гребенку, еще один – на отдельную 4-пиновую, входной разъем – «принтерный» USB Type-B,

К разъему Type-B припаяна планка с отверстиями под крепеж, поэтому снаружи он выглядит гораздо фотогеничней

Пока собирал, пришлось вспомнить свое медицинское прошлое : не обошлось без двух пинцетов и хирургического зажима. Это предварительная сборка, на данном этапе убедился, что все платы влезают в корпус, ничего не болтается и не замыкает и все работает, как надо.

Потом разобрал, устранил мелкие недочеты и снова собрал.

Осталось закрыть стеклами оба дисплея, поверх GPS-антенны наклеить пластиковую крышку и прикрутить на место боковые панели.

Последний штрих – ручка энкодера. В хозяйстве есть ручки от старых аналоговых мониторов, но они страшные. В магазин идти уже поздно, а завтра будет поздно вдвойне :)
Поэтому я вырезал внутреннюю часть из заводской пластиковой ручки, немного укоротил наружную оболочку от «тюльпана» (чтоб было понятно – на фото такой же разъем, молодой и красивый) и вырезал из акрила небольшую заглушку.

Вот теперь все в порядке :

Чуть подробней про функционал.
В первую очередь, это USB-хаб, два внутренних порта которого выведены на заднюю панель, один – на переднюю, еще один занят под UART-переходник.
Через «доктора» подключены USB-порт на лицевой панели и разъем питания, который находится там же. Т.о. можно контролировать ток потребления небольших девайсов, подключенных через эти разъемы. Напряжение питания (5v или 3v3) можно выбирать тумблером (он расположен справа от табло вольтметра)
На разъем DB-9 выведены эти же два напряжения, буферизированный ШИМ-сигнал с микроконтроллера, сигнал 1pps с GPS-приемника, сигналы TX и RX с PL2303. Остальные пины пока не используются и просто выведены на гребенку.
8-символьный дисплей планируется использовать как часы (в паре с GPS-приемником) и как частотомер, различные режимы которого (частота, период, скважность, длительность одиночного импульса и проч.) выбираются энкодером, сами режимы отображаются мелкими белыми светодиодами (серебристая панель слева от вольтметра). Сравнительно просто удалось реализовать и единицу в девятом разряде : в ее качестве используется красный светодиод (он рядом с дисплеем), т.о. максимальное отображаемое значение (напр., при работе на длительных интервалах) равно 199.999.999.
Справа от энкодера – 3-позиционный тумблер, он служит для быстрого переключения временного интервала измерений (1/10/50 сек).

На задней панели расположены : разъем питания (7-12v), вход USB, два внутренних USB-порта, еще один разъем DB-9 (резервный) и стандартное крепление под штатив.

Это примерная схема устройства .

Почему примерная ? Потому что, при желании, в ней можно использовать не покупные модули, а самодельные. Микроконтроллер также может быть любой 28-ногий из линейки PIC16/PIC18. Сейчас там используется PIC16F886, но я планирую перейти на PIC18F25K20.
Выходное напряжение для питания внешних устройств можно сделать не фиксированным, а регулируемым, достаточно заменить тумблер на переменный резистор и собрать несложную схему стабилизатора.
Входной формирователь и внешний делитель частоты я не собирал, поскольку с радиочастотными устройствами практически не работаю, в основном – с обычными цифровыми со стандартными уровнями КМОП/ТТЛ.
В общем, несмотря на габариты конструкции, в ней есть небольшой запас для дальнейшего апгрейда.

Помимо готовых модулей, которые можно купить на Алиэкспрессе или в наших интернет-магазинах, в проекте приняла незримое участие и куча других девайсов.
Все SMD-детали и малогабаритные электролиты были выпаяны из плат от старых CD-ROMов, белые светодиоды сдуты с неисправных мобилок , разъемы DB-9 остались от фабричных RS422-адаптеров, кусочки черного акрила, которые служат проставками для плат, вырезаны из разбитой тумбы под телевизор, а накладка для антенны GPS - из куска текстурного пластика ABS, из которого когда-то (лет 40 назад, наверное :) формовались детали внутренней отделки «Жигулей».
Анодированные черные винты М2,5 я выпросил у ремонтников ноутбуков, у них такого добра всегда полна коробочка.
Термостатированный генератор – единственная дорогая деталь, но он достался мне б/у-шным, оттого и его цена оказалась совсем небольшой.

Видео я пока не выкладываю, поскольку от анонимности оно и следа не оставит.
Да и будет там не работа устройства, а один из этапов его создания.
А вот финальные фотографии – это всегда пожалуйста :)

Файлы:
Даташиты

Все вопросы в Форум.