Leitor de MicroSD caseiro para Arduino

Ao trabalhar em dois projetos paralelos e inter-relacionados, o NavGATe, que é um sistema eletrônico de guia para que pessoas com deficiência visual possam circular de forma segura em locais públicos, e o projeto de doutorado, que trata justamente da interação das pessoas com deficiência visual e interfaces eletrônicas de guia, com base na  dissertação de mestrado que trata deste tema (USP - Princípios para o design de audionavegação em ambientes públicos para pessoas com deficiência visual), faz-se necessário coletar informações para a pesquisa sem interferências durante os estudos de campo com voluntários utilizando o NavGATe em edifícios e em estações do Metrô de São Paulo. Neste contexto, foi necessário projetar um transmissor específico do NavGATe que fica comigo durante toda a observação. Para este projeto foi utilizado o microcontrolador ATMEGA328, da fabricante Atmel, no qual precisava ler um cartão de memória MicroSD.

O cartão MicroSD é um componente que utiliza uma baixa tensão de trabalho, de 3,3v, 70% da tensão de alimentação comum em aparelhos digitais, que é de 5v. Se o cartão for ligado em 5v, ele queima, sem piedade! Assim, tamto a alimentação quanto os sinais precisam ser convertidos de 5v para 3,3v. Para esta tarefa, existem no mercado de módulos eletrônicos para hobbystas um leitor de cartões MicroSD. No entanto, eu estava no final de semana, e não possuía acesso à compra emergencial deste componente. Assim, resolvi construir um, e fui verificar se tinha alguma coisa que poderia fazer com meus componentes eletrônicos. E voilá! Tinha sim, duas formas de fazer um adaptador de cartão de memória MicroSD para incorporar ao receptor do NavGATe. Resolvi então compartilhar esta rápida construção com vocês.

Preparação e materiais:

Primeiro, a lista de peças que usei, que não é nada absurdo:

• 1 circuito integrado regulador 78L33;
• 1 capacitor cerâmico de 100nF;
• 1 módulo "level converter" (baratinho, $0.28 em importação da china, ou cerca de $1.60 no Brasil, valor convertido em dolar);
• 1 adaptador SD para MicroSD, desses baratinhos mesmo, que inclusive vem de brinde quando compramos cartões MicroSD;
• 1 "head" macho de 6 pinos (tem um de 8 na foto, quebrei ele para 6 pinos).

Foto 1 - componentes do projeto

Os componentes estão na foto 1. Para quem não conhece o Circuito Integrado Regulador 78L33, é o componente parecido com um transístor comum de sinal na foto. Parece um transístor, mas é um regulador de tensão, um circuito completo com diversos transístores internos.

A título de adaptação, pode-se substituir o módulo "level conveter" por um circuito integrado CD4050B, com algumas pequenas modificações na conexão. Tratarei desta opção no futuro.

A utilização do módulo "level converter" ou do CI CD4050B, ambos em conjunto com o regulador 78L33, é mandatário neste circuido, pois a memória MicroSD trabalha a 3,3v, e a maioria dos circuitos trabalha a 5 ou 12v. Muitas "versões" desta adaptação encontradas pela Internet são feitas por amadores que colocam divisores de tensão com resistores. Não façam isso, nunca, pois os resistores, por serem componentes passivos, não regulam a tensão de saía, e picos de energia passam direto por eles, queimando o cartão.

Para este projeto eu resolvi universalizar o módulo que construí, então coloquei os "heads" macho para encaixar em diversas plataformas de prototipagem, como o Arduino, o Raspberry PI e o PIC (e até o antigo BasicStamp, se existir ainda alguém que o utiliza). A conexão e soldagem dos pinos é direta, no caso de usar o módulo "level converter", e pode ser vista nas fotos 2 e 3.

Conexões:
Com os contatos do adaptador de memória à mostra e para baixo, veremos o chanfro à direita. Nesta posição, a contagem de contatos fica, de cima para baixo, 8 - 7 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 - 9 (o pino "9" é o pino recuado). Desta forma, ligue o "level converter" assim:

Muito cuidado ao soldar os contatos do adaptador: o corpo dele é de plástico, muito frágil. Tente não derreter tudo!

Foto 2			Foto 3

Note que o contato 8, o contato 6 e o contato 9 do adaptador MicroSD ficam sem conexão.

O que demanda de atenção ao ligar é o regulador 78L33: com o chanfro para baixo, a "perninha" esquerda é tensão de entrada, vai ligado ao HV do "level converter". A "perninha" do meio é GND, vai ligado ao GND do "level converter" e a "perninha" direita é a tensão de saída, vai ligada ao "LV" do "level converter". Em paralelo com as "perninhas" central e direita vai o capacitor de 100nF, (note que eu soldei na parte de baixo do conjunto, na foto 2) para que o regulador não oscile e destrua o cartão de memória. Por fim, solde o head macho de 6 pinos aos contatos HV1, HV2, GND, VH, HV3 e HV4 do "level converter".

A pinagem resultante do conversor nos pinos de contatos, contado de cima para baixo, fica assim:

• 1 - MISO (data out) - Saída de dados serial
• 2 - CLK (ou SCK) - clock
• 3 - GND (-) - Negativo da alimentação
• 4 - VCC (+) - Alimentação (5 a 12v)
• 5 - MOSI (data in) - Entrada de dados serial
• 6 - CS (Chip select) - Habilita leitura e gravação de dados

A tensão de entrada deste circuito vai de 5 a 12v, deixando um campo amplo de utilização. Na foto 4 vemos o módulo encaixado em um Arduino UNO R3.

Foto 4 - Conversor encaixado em um Arduino Uno R3

Nesta conexão, a saída 10 do Arduino deve ser programada para se manter constantemente em baixo (LOW), para simular a alimentação negativa para o conversor, enquanto que a saída 11 deve ser programada para se manter em cima (HIGH), para simular a alimentação do cartão, o que pode ser programado de forma constante ou somente quando for necessário escrever ou ler do cartão, economizando energia.

A programação fica para cada um. Para Arduino, existe uma biblioteca que facilita muito o uso do cartão SD e que pode ser utilizado para este adaptador: é a biblioteca SD Library. Se mesmo assim houverem dúvidas, eu estou a disposição, basta perguntar nos comentários.

Boa diversão!