Raspberry Pi Power over Ethenet
Všeobecné
Pri USB je už dlho bežnou praxou kombinovať dátové prenosové vedenie s napájaním. Napájanie zariadení s nízkou spotrebou energie sa nachádza aj v počítačových sieťach Ethernet. Tu sa táto technológia nazýva „Power over Ethernet“ (PoE, POE). Používanie PoE na napájanie zariadení pripojených k sieti má tiež potenciál na úsporu energie. Pre každé zariadenie už nie je potrebný samostatný zdroj napájania, ale napájanie sa deje prostredníctvom centrálneho, inteligentného napájača. Dodatočný prenos energie po sieťových linkách Ethernetu je od roku 2003 regulovaný štandardom IEEE 802.3af. Norma IEEE 802.3at definuje podmienky pre „PoE plus“. Posledná menovaná bola predstavená v roku 2009, aby bola schopná dodávať aj zariadenia s vyššími energetickými požiadavkami. Okrem technických parametrov je podstatnou súčasťou tohto štandardu aj záruka integrity dát a bezpečnosti siete. Ďalej je potrebné zabrániť tomu, aby sieťové zariadenia, ktoré nie sú určené pre PoE, boli poškodené prídavným napätím.
Ďalšie základné informácie možno nájsť v úvode do počítačových sietí. V tomto okamihu by malo ísť o to, ako môžete na diaľku napájať Raspberry Pi cez sieťový kábel. Celé to funguje iba so sieťami založenými na medených kábloch, samozrejme so sieťami s optickými vláknami to nefunguje.
Špecifikácia IEEE 802.3af reguluje platné hodnoty pre PoE:
- Príkon u spotrebiteľa po strate kábla až 12,95 W.
- Napätie u spotrebiteľa 37 - 57 V.
- Maximálny výkon zdroja energie 15,4 W.
- Napätie pri zdroji energie 44 - 57 V.
- Maximálny prúd 350 mA
- Režim A (endspan) používajú prepínače a používa piny 1,2 pre jeden pól 48 V a piny 3,6 pre druhý. Možné sú obidve polarity. Tu sa dáta a energia prenášajú cez rovnaké vodiče a vyžaduje sa iba 4-vodičový kábel.
- Režim B (midspan) používajú injektory PoE (pozri nižšie) a používa 8-žilový kábel. Tu sú pre prúd priradené páry (4,5) a (7,8).
Profesionálne a bez drotárstva
Najjednoduchší spôsob napájania zariadenia je použitie dvoch vopred zakúpených zariadení, „PoE injektora“, ktorý transparentne napája sieťové vedenie energiou, a „PoE splittera“, ktorý čerpá energiu a z ktorého je napájané pripojené zariadenie. získava svoju energiu. Sieťový prepínač podporujúci PoE môže slúžiť aj ako injektor.
Existuje registračný postup na rozpoznanie zariadenia, ktoré sa má dodať, alebo na ochranu zariadení, ktoré nepodporujú PoE, pred poškodením. Začína sa to rozpoznaním pripojeného zariadenia (detekciou). Za týmto účelom aplikuje PoE injektor dve definované napäťové rampy (2,8 V a 10,1 V) a meria spotrebovaný prúd. Ak je pripojené zariadenie, ktoré nie je schopné PoE, proces sa preruší a na sieťový kábel sa nezapne napätie. Inak je výkonová trieda PoE zariadenia dopytovaná PoE injektorom generujúcim napäťový impulz medzi 14,5 V a 20,5 V a merajúcim výsledný prúd (klasifikácia). Tento takzvaný podpisový prúd ukazuje injektor, do ktorej triedy je terminál klasifikovaný. Potom sa zapne napájacie napätie.
PoE injektory a PoE splittery nie sú príliš drahé, pár dostanete za menej ako 40 eur. Príkladom takého páru by mohol byť rozbočovač TP-Link TL-PoE10R a jednoportový injektor TP-Link TL-PoE150S. Obidve zariadenia sú čierne skrinky s dvoma sieťovými zásuvkami RJ45 a hlavovým konektorom. Krabice sú jednoducho zapojené do sieťového pripojenia (na jednej strane, na druhej strane). S injektorom je k dutej zásuvke pripojená jednotka napájania, pomocou rozdvojky môže byť spotrebiteľ zapojený do dutej zásuvky. Rozdeľovač umožňuje dokonca výber výstupného napätia pomocou prepínača.
Injektor a rozdeľovač pracujú na sieťovom vedení s typickým napätím nominálne 48 V. Potrebujeme však iba 5 V pre Raspberry Pi.
Jednoduché riešenie „urob si sám“
To ukazuje, ako si môžete zostaviť zjednodušený PoE injektor pre zariadenia s maximálnou rýchlosťou 100 Mbit/s sami. Cieľom je ponechať štyri dátové vedenia potrebné pre 100 Mbit/s nedotknuté a použiť štyri nepoužité vedenia na napájanie, ako v režime B uvedenom vyššie. Inými slovami, je zabudovaný PoE injektor a PoE splitter. Namiesto 48 V sa používa iba 12 V. To postačuje aj pre periférie, ktoré potrebujú trochu vyššie napätie.
Upozornenie: Zariadenia bez podpory PoE nie je možné bezpečne pripojiť k živému sieťovému káblu, pokiaľ predtým nie je znovu odpojená energia alebo pokiaľ nie je v prístroji zabudovaný ochranný obvod.!
Injektor PoE je navrhnutý ako dvojitá zásuvka, v ktorej sú dvojice vodičov (1,2) a (3,6) vedené dovnútra. Jeden pól napájacieho zdroja je potom pripojený na piny 4 a 5 výstupnej zásuvky, druhý pól na piny 7 a 8. Pokiaľ ide o polaritu, vedenie (4,5) sa používa ako kladný pól a vedenie (7,8) ako záporný pól . Na druhom konci linky môžete rovnakým spôsobom rozdeliť živé vodiče z ethernetového kábla a viesť ich do vhodnej zástrčky na napájanie zariadenia Rasp Pi, ktoré je teraz dodávané iba so sieťovým káblom. Schéma prepojenia potom vyzerá takto:
Ak chcete získať injektor, môžete jednoducho pripojiť napájanie k pinom (4,5) a (7,8) jednej zásuvky RJ45 a pinom 1,2,3 a 6 s rovnakými pinmi druhej zásuvky RJ45. pripojte, ako ukazuje nasledujúci obrázok. Rozdeľovač by bol skonštruovaný rovnakým spôsobom, iba tu by si zásuvky J1 a J2 vymenili svoje úlohy: J2 je pripojený k sieťovému napájaniu a J1 k Raspberry Pi.
Nielenže by malo byť nainštalovaných niekoľko bezpečnostných mechanizmov na oboch stranách, ale malo by sa tiež znížiť vstupné napätie na 5 V na strane rozdeľovača. Pre injektor je k dispozícii zásuvka pre mikropoistku. V prípade skratu alebo príliš vysokého prúdu dôjde k prepáleniu poistky a (dúfajme) ochrane pripojeného hardvéru. Na ochranu pred nesprávne polarizovaným vstupným obvodom sa používa dióda, ktorá môže pri nesprávnej polarite prepáliť poistku. Ďalej LED ako sériový rezistor slúži ako funkčný displej. Leží za poistkou, a preto sa rozsvieti iba vtedy, keď je poistka neporušená.
Na zníženie vstupného napätia na rozdeľovači sa používa komerčne dostupný modul prevodníka DC-DC, aký môžete získať napríklad od spoločností Pollin, Watterott, Ebay, Amazon atď. Na module je nastavovací potenciometer na nastavenie výstupného napätia. Prevodník IC LM2596 je schopný dodať až 3 A výstupný prúd, ak rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím nie je príliš vysoký.
Tieto moduly sú také lacné, že hotový modul stojí menej, ako keby ste si jednotlivé komponenty kupovali jednotlivo. Doska nie je ani zahrnutá do výpočtu. Poistka je tiež poskytnutá pre rozdeľovač, prevodník DC-DC a ďalšia svorka 12 V sú umiestnené za poistkou. Aj tu slúži LED ako sériový rezistor ako funkčný displej. Nachádza sa tiež za poistkou, a preto sa rozsvieti, iba ak funguje napájanie cez sieťový kábel a poistka je neporušená.
Súbory EAGLE pre obidve komponenty sú k dispozícii na stiahnutie, pozri odkazy na konci stránky. Dispozície sú všetky jednostranné, aby si skúsení fandovia mohli dosky sami ľahko vyrobiť. Nasledujúce obrázky zobrazujú rozloženie (nie v pôvodnej veľkosti, pri pohľade zo strany komponentu); vľavo vstrekovač a vpravo štiepač:
Napájací zdroj je pripojený k injektoru. Ak je to potrebné, hlaveň konektora ц. д. byť odrezaný. Najjednoduchší spôsob napájania Raspberry Pi je prerušenie konektora USB-A na kábli USB pomocou konektora micro-USB. Zo štyroch vodičov je +5 V na červenom vodiči a uzemnenie na čiernom vodiči. Ďalšie dva vodiče sa zvyčajne používajú na prenos údajov a nie sú tu potrebné. Ak nechcete „zabiť“ kábel, v obchodoch dostanete aj vopred zostavený kábel s červeným a čiernym vodičom (napr. Od spoločnosti Conrad Electronic, obj. Č. 458032-62, obj. Č. BKL: 10080100). Kábel sa potom pripojí k 5 V svorke.