Raspberry Pi Потужність через Ethenet
Загальні
З використанням USB давно поширеною практикою є поєднання лінії передачі даних із джерелом живлення. Блок живлення пристроїв з низьким енергоспоживанням також міститься в комп'ютерних мережах Ethernet. Тут технологія називається "Потужність через Ethernet" (PoE, POE). Використання PoE для живлення пристроїв, підключених до мережі, також може заощадити енергію. Окремий блок живлення більше не потрібен для кожного пристрою, але живлення відбувається через центральний інтелектуальний живильник. Додаткова передача потужності по мережевих лініях Ethernet регулюється стандартом IEEE 802.3af з 2003 року, стандарт IEEE 802.3at визначає умови "PoE плюс". Останній був введений в 2009 році, щоб також мати можливість постачати пристрої з підвищеними енергетичними потребами. На додаток до технічних параметрів, важливою частиною цього стандарту є гарантія цілісності даних та безпека мережі. Крім того, слід уникати, щоб мережеві пристрої, не розроблені для PoE, пошкоджувались додатковою напругою.
Подальшу довідкову інформацію можна знайти у вступі до комп'ютерних мереж. На цьому етапі мова повинна йти про те, як ви можете віддалено живити Raspberry Pi живленням через мережевий кабель. Все це працює лише з мережами на основі мідних кабелів, звичайно, з волоконно-оптичними мережами це не працює.
Специфікація IEEE 802.3af регулює допустимі значення для PoE:
- Потужність у споживача після втрати кабелю до 12,95 Вт.
- Напруга у споживача 37 - 57 В.
- Максимальна потужність джерела енергії 15,4 Вт
- Напруга на джерелі енергії 44 - 57 В.
- Максимальний струм 350 мА
- Режим A (кінцевий інтервал) використовується перемикачами і використовує виводи 1,2 для одного полюса 48 В і висновки 3,6 для іншого. Можливі обидві полярності. Тут дані та потужність передаються за однаковими проводами, і потрібен лише 4-провідний кабель.
- Режим B (midspan) використовується інжекторами PoE (див. Нижче) і використовує 8-жильний кабель. Тут пари (4,5) і (7,8) призначені для струму.
Професійно і без майстра
Найпростіший спосіб постачання пристрою - це використання двох заздалегідь придбаних пристроїв - «інжектора PoE», який прозоро постачає енергію мережевій лінії, і «роздільника PoE», який забирає енергію і від якого підключається пристрій. отримує свою енергію. Мережевий комутатор, що підтримує PoE, може також служити інжектором.
Існує процедура реєстрації для ідентифікації пристрою, що постачається, або для захисту пристроїв, що не підтримують PoE, від пошкодження. Починається з розпізнавання підключеного пристрою (виявлення). Для цього інжектор PoE застосовує дві визначені рампи напруги (2,8 В і 10,1 В) і вимірює витрачений струм. Якщо підключено пристрій, що не підтримує PoE, процес переривається, і жодна напруга не перемикається на мережевий кабель. В іншому випадку клас потужності PoE-пристрою запитується за допомогою інжектора PoE, який генерує імпульс напруги між 14,5 В і 20,5 В і вимірює результуючий струм (класифікація). Цей так званий потік сигнатур показує інжектор, до якого класу класифікований термінальний пристрій. Потім включається напруга живлення.
Інжектори PoE та розгалужувачі PoE не надто дорогі, пару можна придбати менше ніж за 40 євро. Прикладом такої пари може бути спліттер TP-Link TL-PoE10R та однопортовий інжектор TP-Link TL-PoE150S. Обидва пристрої - це чорні ящики з двома мережевими розетками RJ45 і роз'ємом для стовбура. Ящики просто закріплені в мережному підключенні (з одного боку, з іншого). За допомогою інжектора до порожньої розетки підключений блок живлення, за допомогою сплітера споживач може бути підключений до порожньої розетки. Спліттер навіть дозволяє вибирати вихідну напругу за допомогою перемикача.
Інжектор і розгалужувач працюють на лінії мережі із типовою напругою номінально 48 В. Але нам потрібно лише 5 В для Raspberry Pi.
Просте рішення «зроби сам»
Це показує, як ви можете самостійно створити спрощений інжектор PoE для пристроїв з максимальною швидкістю 100 Мбіт/с. Ідея полягає в тому, щоб залишити незайманими чотири лінії передачі даних, необхідні для швидкості 100 Мбіт/с, і використовувати чотири невикористані лінії для живлення, як у режимі B, згаданому вище. Іншими словами, побудовані інжектор PoE та розгалужувач PoE. Замість 48 В використовується лише 12 В. Цього також достатньо для периферійних пристроїв, яким потрібна трохи більша напруга.
Зверніть увагу: Пристрої без підтримки PoE не можна безпечно підключити до мережевого кабелю, якщо енергія заздалегідь не від'єднана або в пристрій не вбудований захисний контур!
Інжектор PoE виконаний у вигляді подвійної розетки, в якій пари дротів (1,2) та (3,6) проходять всередину. Потім один полюс джерела живлення підключається до висновків 4 і 5 вихідної розетки, інший полюс - до висновків 7 і 8. Що стосується полярності, лінія (4,5) використовується як позитивний полюс, а лінія (7,8) як негативний полюс . На іншому кінці лінії ви можете таким же чином розділити дроти від кабелю Ethernet і підвести їх до відповідної вилки живлення для роботи Rasp Pi, яка зараз постачається лише з мережевим кабелем. Тоді схема взаємозв'язку виглядає так:
Щоб отримати інжектор, ви можете просто підключити джерело живлення до висновків (4,5) і (7,8) однієї розетки RJ45 та висновків 1,2,3 і 6 з тими ж виводами другої розетки RJ45 підключіть, як показано на малюнку нижче. Спліттер був би побудований таким же чином, тільки тут сокети J1 і J2 помінялися б своїми завданнями: J2 підключений до мережі, а J1 до Raspberry Pi.
Однак не тільки слід встановити кілька захисних механізмів з обох сторін, але і вхідну напругу слід зменшити до 5 В на стороні розгалужувача. Інжектор має розетку для мікро запобіжника. У разі короткого замикання або занадто сильного струму запобіжник перегорить і (сподіваємось) захистить підключене обладнання. Діод використовується для захисту від неправильно поляризованої вхідної схеми, яка може перегорити запобіжник, якщо полярність неправильна. Крім того, світлодіод із послідовним резистором служить робочим дисплеєм. Він лежить за запобіжником і тому загоряється лише тоді, коли запобіжник цілий.
Комерційно доступний модуль перетворювача постійного струму, такий як ви можете отримати від Pollin, Watterott, Ebay, Amazon тощо, використовується для зменшення вхідної напруги на розгалужувачі. На модулі є потенціометр для обрізки для встановлення вихідної напруги. Перетворювач IC LM2596 здатний подавати до 3 А вихідного струму, якщо різниця між вхідною та вихідною напругою не надто велика.
Ці модулі настільки недорогі, що готовий модуль коштує дешевше, ніж якщо ви купуєте компоненти окремо. Дошка навіть не включена в розрахунок. Для розгалужувача також передбачений запобіжник, перетворювач постійного струму та додатковий термінал 12 В розташовані за запобіжником. Тут також світлодіод із послідовним резистором служить робочим дисплеєм. Він також знаходиться за запобіжником і, отже, загоряється, лише якщо джерело живлення через мережевий кабель працює, а запобіжник цілий.
Файли EAGLE для обох компонентів доступні для завантаження, див. Посилання в кінці сторінки. Макети всі односторонні, так що досвідчені любителі можуть легко виготовити дошки самі. На наступних малюнках показано макет (не в оригінальному розмірі, видно з боку компонента); лівий інжектор і правий спліттер:
Блок живлення підключений до інжектора. При необхідності - стовбуровий роз’єм на блоці живлення ц. д. бути відрізаним. Найпростіший спосіб живити Raspberry Pi - це відрізати роз'єм USB-A на USB-кабелі за допомогою роз'єму micro-USB. З чотирьох проводів +5 В знаходиться на червоному проводі і заземлення на чорному проводі. Два інших дроти зазвичай використовуються для передачі даних і тут не потрібні. Якщо ви не хочете «вбивати» кабель, ви також можете придбати заздалегідь зібраний кабель з червоно-чорним дротом у магазинах (наприклад, від Conrad Electronic, номер замовлення 458032-62, номер частини BKL: 10080100). Потім кабель підключається до 5-вольтової клеми.