Bảo vệ máy tính xách tay khỏi các thiết bị được kết nối USB

Trong vài tháng qua, tôi đã tiêu diệt được 2 máy tính xách tay hoàn toàn tốt thông qua lập trình phát triển điện tử thông qua USB. Tôi đã tự hỏi những gì có thể được thực hiện để ngăn chặn điều này. Một vài ý tưởng tôi đã có (không chắc là thực tế như thế nào):

1. Đầu nối / hub USB với điốt 5V zener kẹp trên đường dây nguồn và dữ liệu
2. Đầu nối / đầu nối USB với bộ cách ly quang trên đường dữ liệu
3. cung cấp kết nối usb với nguồn điện bên ngoài cộng với ý tưởng đã đề cập trước đó

Kết hợp với những ý tưởng này có lẽ điện trở trên cả hai dòng 5v D + và D- để giới hạn dòng điện để nói 200mA (đủ cho hầu hết các thiết bị tôi sử dụng).

Chỉ tự hỏi những gì một số kỹ sư giàu kinh nghiệm hơn bản thân tôi nghĩ về những ý tưởng này và ý nghĩa thực tế của chúng?

Vấn đề thực sự không phải là cổng USB không được bảo vệ, vấn đề thực sự là thiết bị của bạn có nguy cơ khiến bạn và các thiết bị của bạn có nguy cơ bị kết nối với các nguồn điện áp cao, tương đối cao.

Bạn có thể giải quyết quá điện áp thoáng qua bằng điốt kẹp, nhưng những điều này sẽ không giúp ích gì nếu nguồn cung cấp của bạn đủ mạnh - chúng sẽ thất bại, và sau đó bạn ở trong tình trạng tương tự như trước đây, chỉ một phần nghìn giây và mùi của chất bán dẫn bị cháy xa hơn.

Vấn đề của bạn là một vấn đề tồi tệ, vì rất nhiều lý do, và máy tính xách tay của bạn là ít nhất trong số đó:

USB có nghĩa là được xử lý thủ công (đó là từ ngữ dư thừa), vì vậy nếu lỗi này giết chết máy tính xách tay của bạn, tôi không có niềm tin mạnh mẽ nhất rằng nó vốn đã tiết kiệm cho tương tác của con người.

Vì lý do chính đáng, tiêu chí thiết kế cho mạch điện liên quan đến việc chuyển đổi điện áp cao hơn với điện áp thấp hơn.

Nói chung: bạn cần cách ly điện giữa bất kỳ con người nào (ngay cả kỹ thuật viên dịch vụ) có thể chạm vào trong khi vận hành và điện áp nguy hiểm.

Do đó: tách riêng bộ điều khiển USB của bạn và những thứ nó chuyển. Đó là thực tế phổ biến để điều khiển tải điện cảm hoặc điện áp cao bằng cách sử dụng bộ ghép quang, có phía thứ cấp được điều khiển bởi một nguồn cung cấp điện riêng.

Bố trí bảng phải làm cho các vùng điện áp cao tách biệt với môi trường 5V / MCU. Chỉ các bộ ghép quang, lõi biến áp và rơle mới có thể được phép vượt qua ranh giới đó. Không thỏa hiệp.

Một vấn đề điển hình là mặt đất cung cấp năng lượng cho thiết bị của bạn có tiềm năng hoàn toàn khác so với mặt đất USB - mặc dù đó không phải là vấn đề đối với máy tính xách tay, mà chính nó phải tách biệt với mọi thứ khác, có rất nhiều trường hợp bạn gặp phải rắc rối với điều đó (ví dụ: mặt đất máy tính xách tay kết thúc trên mặt đất ethernet, mặt đất âm thanh, mặt đất RS-232 ...). Sự tách biệt nghiêm ngặt (cách ly) giữa bộ điều khiển và bộ điều khiển làm cho nó trở thành một vấn đề cố hữu.

Tôi chủ yếu làm việc với các thiết bị điện tử phát triển dựa trên Arduino và PIC để điều khiển máy giặt và máy bán hàng tự động (Nó không phải là cùng một thiết bị đã phá hủy cả máy tính xách tay). Vì chủ yếu chỉ là rủi ro của điện áp cao, việc sử dụng điốt zener sẽ là một giải pháp rẻ tiền đơn giản hay sẽ gây rối với mặt dữ liệu của mọi thứ?

Tốt Vì bạn đề cập đến "sử dụng điốt zener" để bảo vệ chống lại "điện áp cao" không xác định, giờ đây chúng tôi có một điểm dữ liệu đáng tin cậy: bạn không biết bạn đang làm gì.

Do đó, bạn cần một bộ cách ly USB để bảo vệ cổng máy tính xách tay khỏi chính bạn. Tôi cảm thấy tiếc cho máy tính xách tay đó, btw.

Ý tôi là, máy tính xách tay bị cách ly do nguồn điện không được nối đất. Vì vậy, thổi cổng USB của máy tính xách tay giống như ... khó khăn ... Làm thế nào chính xác bạn đã quản lý để làm điều đó chính xác? Bạn đã gửi điện áp nguồn xuống cổng USB hay cái gì đó?

Vì bạn đang sử dụng Arduino làm cơ sở, giải pháp rất dễ dàng .... sử dụng bộ xử lý dùng một lần để lập trình và gỡ lỗi. Môi trường phát triển Arduino phù hợp độc đáo trên Raspberry Pi mà bạn có thể cấp nguồn từ môi trường nhúng của mình và nói chuyện qua mạng không dây từ các máy tính xách tay còn lại hoặc có lẽ là máy tính để bàn.

Điều này sẽ không ngăn bạn chiên Raspberry Pi, nhưng nó sẽ giảm chi phí cho lỗi mạch xuống khoảng 35 đô la.

Ok, sau vô số các giải thích và các trường hợp được trình bày khác nhau, hãy để tôi đưa ra một giải pháp cho vấn đề làm thế nào để bảo vệ máy tính xách tay khỏi bị rán trong môi trường phục vụ tại hiện trường:

1. Luôn kết nối thiết bị kiểm tra / chẩn đoán của bạn với đối tượng dịch vụ trước và cấp nguồn cho thiết bị.

2. Trước khi kết nối thiết bị với máy tính xách tay, hãy kiểm tra mọi điện áp đáng ngờ giữa các tấm chắn USB bằng DMM có trở kháng thấp (tiêu chuẩn 10-20k), giữa cổng DUT và cổng máy tính xách tay, ở cả chế độ DC và AC.

3. Nếu tìm thấy một điện áp đáng kể (5 - 10 - 50 V), sử dụng một biến áp cách ly thực sự ở một trong hai đầu.

Sử dụng Pi / Beaglebone / Tinkerbox qua WiFi sẽ rẻ và dễ dàng. CHIP có vẻ tốt, xem https://getchip.com/pages/chip . 5-9 $ mỗi thiết bị. Bạn có thể giết 7 CHIP với giá 1 Pi3. Rõ ràng là bạn vẫn cần phải giải quyết vấn đề điện áp tiêu diệt chạm tới cổng USB, nhưng ít nhất máy trạm của bạn sẽ an toàn. Đừng kết nối nó với mạng LAN của bạn với ethernet.

Chuyển các tệp chỉ đơn giản là vấn đề sử dụng quyền truy cập ssh không mật khẩu dựa trên khóa vào các tệp scp sang Pi / khác và vỏ từ xa để tải lên. Đối với arduino, có gói arduino-mk và có các công cụ tương tự cho PIC. Không còn nghi ngờ gì nữa, bạn cũng có thể chỉ lưu các tệp của mình trên chia sẻ SMB / CIFS đã xuất và sử dụng trình điều khiển từ xa để tạo và tải nó lên bảng của mình.

Nếu điện áp tiêu diệt xảy ra lần nữa, bạn sẽ chỉ mất 30 - 35 đô la.

Tôi vẫn chưa tìm ra cách các điện áp này từng xoay xở để vượt qua MCU của bạn và vào cổng USB. Nó có ngắn không? Nó đến từ đâu? Tôi đã phá hủy nhiều bản sao arduino, và tôi thực sự tò mò.

Ngoài ra, các cổng USB thường được polyfuse chống lại điện áp vừa phải. Bạn thực sự cần đặt một điện áp âm trên chân 5V để giết cổng (hoặc dương với chân GND), bộ điều khiển và có lẽ là bo mạch chủ. Làm thế nào bạn quản lý giết hai máy tính xách tay? Nó có thể là ma thuật của dòng điện xoay chiều trong công việc?