Raspberry Pi Teljesítmény az Ethenet felett
Tábornok
Az USB-vel régóta bevett gyakorlat az adatátviteli vonal és az áramellátás összekapcsolása. Az alacsony energiafogyasztású eszközök tápellátása megtalálható az Ethernet számítógépes hálózatokban is. Itt a technológiát "Power over Ethernet" -nek (PoE, POE) hívják. A PoE használata a hálózathoz csatlakoztatott eszközök áramellátására szintén energiamegtakarítást eredményezhet. Minden készülékhez külön tápegységre már nincs szükség, de az ellátás egy központi, intelligens adagolón keresztül történik. Az Ethernet hálózati vonalakon történő további energiaátvitelt az IEEE 802.3af szabvány szabályozza 2003 óta, az IEEE 802.3at szabvány meghatározza a "PoE plus" feltételeit. Utóbbit azért vezették be 2009-ben, hogy magasabb energiaigényű eszközöket is képesek legyenek ellátni. A műszaki paraméterek mellett a szabvány lényeges része az adatok integritásának és a hálózat biztonságának garantálása. Továbbá el kell kerülni, hogy a nem PoE-re tervezett hálózati eszközöket károsítsa a kiegészítő feszültség.
További háttérinformációk a számítógépes hálózatok bevezetésében találhatók. Ezen a ponton arról kell szólnia, hogy a Raspberry Pi tápellátását a hálózati kábelen keresztül távolról hogyan lehet ellátni. Az egész csak rézkábeleken alapuló hálózatokkal működik, természetesen az optikai hálózatokkal nem.
Az IEEE 802.3af specifikáció szabályozza a PoE érvényes értékeit:
- Teljesítmény a fogyasztónál 12,95 W kábelveszteség után.
- Feszültség a fogyasztónál 37 - 57 V.
- Az energiaforrás maximális teljesítménye 15,4 W.
- Feszültség az energiaforráson 44 - 57 V.
- Maximális áram 350 mA
- Az A módot (endspan) a kapcsolók használják, és az egyik 48 V-os pólushoz az 1,2-es, a másikhoz a 3,6-os csapokat használja. Mindkét polaritás lehetséges. Itt az adatokat és az áramot ugyanazon a vezetéken keresztül szállítják, és csak 4 vezetékes kábelre van szükség.
- A B módot (középső) a PoE injektorok használják (lásd alább), és 8 magos kábelt használ. Itt az áramhoz hozzárendelik a (4,5) és (7,8) párokat.
Szakmailag és bütykölés nélkül
A legegyszerűbb módszer és további előzetes ismeretek nélkül két előre megvásárolt eszköz, egy "PoE injektor", amely átláthatóan látja el a hálózati vezetéket, és egy "PoE splitter", amely az energiát elveszi, és amelyből a csatlakoztatott eszköz akkor származik. megkapja az energiáját. A PoE-képes hálózati kapcsoló injektorként is szolgálhat.
A szállítandó készülék felismerésére vagy a nem PoE-képes eszközök sérülésektől való megvédésére regisztrációs eljárás van érvényben. A csatlakoztatott eszköz felismerésével (észleléssel) kezdődik. Ehhez a PoE injektor két meghatározott feszültségi rámpát alkalmaz (2,8 V és 10,1 V), és méri a felvett áramot. Ha nem PoE-kompatibilis eszközt csatlakoztatnak, a folyamat megszakad, és a hálózati kábelre nem kapcsolnak feszültséget. Ellenkező esetben a PoE eszköz teljesítményosztályát kérdezi le a PoE injektor, amely 14,5 V és 20,5 V közötti feszültségimpulzust generál, és az így kapott áramot (osztályozás) méri. Ez az úgynevezett aláírási adatfolyam mutatja az injektort, hogy a végberendezés melyik osztályba tartozik. Ezután a tápfeszültség bekapcsol.
A PoE injektorok és a PoE osztók nem túl drágák, 40 eurónál kevesebbet lehet kapni. Ilyen pár például a TP-Link TL-PoE10R elosztó és a TP-Link TL-PoE150S egyportos injektor. Mindkét eszköz fekete doboz, két RJ45 hálózati csatlakozóval és egy csőcsatlakozóval. A dobozokat egyszerűen összekötik egy hálózati kapcsolattal (az egyik oldalon befelé, a másikon ki). Az injektorral egy tápegység csatlakozik az üreges aljzathoz, az elosztóval a fogyasztó bekapcsolható az üreges aljzatba. Az elosztó lehetővé teszi még a kimeneti feszültség kiválasztását egy kapcsolón keresztül.
Az injektor és az elosztó a hálózati vonalon működik, névleges 48 V-os tipikus feszültséggel. De csak 5 V-ra van szükségünk a Raspberry Pi.
Egyszerű, csináld magad megoldás
Ez megmutatja, hogyan lehet egyszerűsített PoE injektort építeni a legfeljebb 100 Mbit/s sebességű készülékekhez. Az elképzelés az, hogy a 100 Mbit/s sebességhez szükséges négy adatvonalat érintetlenül hagyja, és a négy kihasználatlan vonalat használja az áramellátáshoz, ahogyan a fent említett B módban. Más szavakkal, PoE injektor és PoE osztó épül. A 48 V helyett csak 12 V-ot használnak. Ez a perifériák számára is elegendő, amelyeknél valamivel nagyobb feszültségre van szükség.
Kérjük, vegye figyelembe: PoE támogatás nélküli eszközöket nem lehet biztonságosan csatlakoztatni az élő hálózati kábelhez, kivéve, ha az energiát előzetesen újra elosztják, vagy ha a készülékbe be van építve egy védőáramkör!
A PoE injektor kettős foglalatként van kialakítva, amelyben az (1,2) és (3,6) huzalpárok belül hurcolódnak. A tápegység egyik pólusát ezután a kimenő aljzat 4 és 5, a másik pólust a 7 és 8 pólusokhoz kötjük. A polaritás tekintetében pozitív vonalként a (4,5) vezetéket, negatív pólusként pedig a (7,8) vezetéket használják. . A vonal másik végén az Ethernet-kábel feszültség alatt lévő vezetékeit ugyanúgy fel lehet osztani, és megfelelő tápcsatlakozóhoz vezetheti őket a Rasp Pi működtetéséhez, amelyet ma már csak hálózati kábellel szállítanak. Az összekapcsolási séma ekkor a következőképpen néz ki:
Az injektor beszerzéséhez egyszerűen csatlakoztathatja az áramellátást az egyik RJ45 aljzat (4,5) és (7,8) érintkezõihez, valamint az 1,2,3 és 6 érintkezõkhöz a második RJ45 aljzat ugyanazokkal a csapjaival csatlakoztassa, ahogy a következő kép mutatja. Az elosztót ugyanúgy építenék fel, csak itt a J1 és J2 aljzatok cserélnék feladataikat: J2 a hálózati tápellátáshoz, J1 pedig a Raspberry Pi-hez csatlakozik.
Azonban nem csak néhány biztonsági mechanizmust kell felszerelni mindkét oldalon, hanem a bemeneti feszültséget is 5 V-ra kell csökkenteni az elosztó oldalán. Az injektor számára egy aljzatot biztosítanak egy mikrobiztosítóhoz. Rövidzárlat vagy túl nagy áram esetén a biztosíték kialszik és (remélhetőleg) megvédi a csatlakoztatott hardvert. Diódát használnak a helytelenül polarizált bemeneti áramkörök elleni védelemre, amelyek hibás polaritás esetén kiolthatják a biztosítékot. Ezenkívül egy soros ellenállású LED működési kijelzőként szolgál. A biztosíték mögött fekszik, ezért csak akkor világít, ha a biztosíték ép.
Az osztó bemeneti feszültségének csökkentésére kereskedelemben kapható DC-DC átalakító modult használnak, például a Pollin, Watterott, Ebay, Amazon stb. A modulon van egy vágási potenciométer a kimeneti feszültség beállításához. Az IC LM2596 átalakító legfeljebb 3 A kimeneti áram leadására képes, ha a bemeneti és a kimeneti feszültség közötti különbség nem túl nagy.
Ezek a modulok annyira olcsók, hogy a kész modul kevesebbe kerül, mint ha az alkatrészeket külön-külön vásárolja meg. A tábla nem is szerepel a számításban. Biztosíték is van az elosztóhoz, a DC-DC átalakító és a további 12 V-os csatlakozó a biztosíték mögött található. Itt is soros ellenállással ellátott LED szolgál működési kijelzőként. A biztosíték mögött is van, ezért csak akkor világít, ha a hálózati kábelen keresztüli tápellátás működik és a biztosíték ép.
Mindkét komponens EAGLE fájlja letölthető, lásd az oldal végén található linkeket. Az elrendezések mind egyoldalúak, így a tapasztalt hobbisták könnyen elkészíthetik a táblákat. A következő képek az elrendezést mutatják (nem eredeti méretben, az alkatrész felől nézve); balra az injektort és jobbra az elosztót:
A tápegység csatlakozik az injektorhoz. Szükség esetén egy csőcsatlakozó ц. д. levágják. A Raspberry Pi áramellátásának legegyszerűbb módja, ha levágja az USB-kábel USB-A csatlakozóját egy mikro-USB csatlakozóval. A négy vezeték közül +5 V van a piros vezetéken, és a fekete vezeték van földelve. A másik két vezetéket általában adatátvitelre használják, és itt nincs szükség rájuk. Ha nem akarja "megölni" a kábelt, akkor beszerezhet egy előre összeállított kábelt vörös és fekete vezetékkel is az üzletekben (pl. A Conrad Electronic-tól, 458032-62 rendelési szám, BKL cikkszám: 10080100). Ezután a kábelt csatlakoztatják az 5 V-os csatlakozóhoz.