Raspberry Pi Мощност над Ethenet
Общ
С USB отдавна е обичайна практика да се комбинира линията за предаване на данни с захранването. Захранването на устройства с ниска консумация на енергия се намира и в компютърните мрежи Ethernet. Технологията тук се нарича "Power over Ethernet" (PoE, POE). Използването на PoE за захранване на устройства, свързани към мрежата, също има потенциал да спести енергия. Отделно захранващо устройство вече не е необходимо за всяко устройство, но захранването се подава чрез централен, интелигентен захранващ блок. Допълнителното предаване на мощност по мрежови линии Ethernet е регулирано от стандарта IEEE 802.3af от 2003 г., стандартът IEEE 802.3at определя условията за "PoE плюс". Последният е въведен през 2009 г., за да може да се доставят и устройства с по-високи енергийни изисквания. В допълнение към техническите параметри, съществена част от този стандарт е гарантирането на целостта на данните и мрежовата сигурност. Освен това трябва да се избягва, че мрежовите устройства, които не са проектирани за PoE, се повреждат от допълнителното напрежение.
Допълнителна информация може да бъде намерена във въведението за компютърните мрежи. В този момент трябва да става въпрос за това как да захранвате Raspberry Pi захранващо чрез мрежовия кабел. Цялото нещо работи само с мрежи, базирани на медни кабели, разбира се, с оптични мрежи не работи.
Спецификацията IEEE 802.3af регулира валидните стойности за PoE:
- Мощност при потребителя след загуба на кабела до 12,95 W.
- Напрежение на потребителя 37 - 57 V.
- Максимална мощност на енергийния източник 15,4 W.
- Напрежение на енергийния източник 44 - 57 V.
- Максимален ток 350 mA
- Режим A (краен диапазон) се използва от превключвателите и използва щифтове 1,2 за единия полюс от 48 V и щифтове 3,6 за другия. Възможни са и двете полярности. Тук данните и захранването се транспортират през едни и същи проводници и е необходим само 4-жилен кабел.
- Режим B (midspan) се използва от PoE инжектори (виж по-долу) и използва 8-жилен кабел. Тук двойките (4,5) и (7,8) са назначени за тока.
Професионално и без бърникане
Най-лесният начин и без допълнителни предварителни познания е снабдяването с две предварително закупени устройства, "PoE инжектор", който прозрачно захранва мрежовата линия с енергия и "PoE сплитер", който взема енергията и от който свързаното устройство след това е получава своята енергия. Мрежовият превключвател с възможност за PoE може също да служи като инжектор.
Има процедура за регистрация за разпознаване на устройство, което трябва да бъде доставено, или за защита на устройства, които не поддържат PoE, от повреда. Започва с разпознаването на свързаното устройство (откриване). За целта PoE инжекторът прилага две дефинирани напрежения (2,8 V и 10,1 V) и измерва изтегления ток. Ако е свързано устройство, което не поддържа PoE, процесът се прекъсва и към мрежовия кабел не се превключва напрежение. В противен случай класът на мощност на PoE устройството се задава от PoE инжектора, генерирайки импулс на напрежение между 14,5 V и 20,5 V и измервайки получения ток (класификация). Този така наречен поток за подпис показва инжектора, в кой клас е класифициран терминалът. След това захранващото напрежение се включва.
PoE инжекторите и PoE сплитерите не са твърде скъпи, можете да получите чифт за по-малко от 40 евро. Пример за такава двойка може да бъде TP-Link TL-PoE10R сплитер и TP-Link TL-PoE150S инжектор с един порт. И двете устройства са черни кутии с два мрежови гнезда RJ45 и конектор за барел. Кутиите просто са затворени в мрежова връзка (от едната страна, а от другата). С инжектора, захранващ блок е свързан към кухия контакт, с разделителя потребителят може да бъде включен в кухия контакт. Разделителят дори позволява избор на изходно напрежение чрез превключвател.
Инжектор и сплитер работят по мрежовата линия с типичното напрежение от номинално 48 V. Но за Raspberry Pi ни трябват само 5 V.
Просто решение „направи си сам“
Тук е показано как опростен PoE инжектор за устройства с макс. 100 Mbit/s можете да изградите сами. Идеята е да се оставят четирите линии за данни, необходими за 100 Mbit/s, незасегнати и да се използват четирите неизползвани линии за захранване, както в режим Б, споменат по-горе. С други думи, изградени са PoE инжектор и PoE сплитер. Вместо 48 V се използват само 12 V. Това е достатъчно и за периферни устройства, които се нуждаят от малко по-високо напрежение.
Моля, обърнете внимание: Устройствата без поддръжка на PoE не могат да бъдат безопасно свързани към мрежовия кабел, освен ако енергията не се раздели отново предварително или в устройството е вградена защитна верига!
PoE инжекторът е проектиран като двойно гнездо, в което двойките проводници (1,2) и (3,6) са прекарани вътрешно. След това единият полюс на захранването е свързан към щифтове 4 и 5 на изходящия контакт, а другият полюс към щифтове 7 и 8. Що се отнася до полярността, линията (4,5) се използва като положителен полюс, а линията (7,8) като отрицателен полюс . В другия край на линията можете да разделите жиците под напрежение от Ethernet кабела по същия начин и да ги отведете до подходящ щепсел за работа на Rasp Pi, който сега се доставя само с мрежов кабел. Тогава схемата за взаимно свързване изглежда така:
За да получите инжектора, можете просто да свържете захранването към щифтове (4,5) и (7,8) на един контакт RJ45 и щифтове 1,2,3 и 6 със същите щифтове на втория контакт RJ45 свържете, както показва следващата снимка. Разделителят ще бъде конструиран по същия начин, само тук гнездата J1 и J2 ще си разменят задачите: J2 е свързан към мрежовото захранване, а J1 към Raspberry Pi.
Въпреки това, не само трябва да бъдат инсталирани няколко предпазни механизма от двете страни, но и входното напрежение трябва да бъде намалено до 5 V от страната на разделителя. За инжектора е предвидено гнездо за микро предпазител. В случай на късо съединение или твърде висок ток, предпазителят ще изгори и (надяваме се) ще защити свързания хардуер. За защита срещу неправилно поляризирана входна верига се използва диод, който изгаря предпазителя, ако полярността е неправилна. В допълнение, LED с последователен резистор служи като оперативен дисплей. Той се намира зад предпазителя и следователно светва само когато предпазителят е непокътнат.
Търговски наличен DC-DC преобразуващ модул, какъвто можете да получите от Pollin, Watterott, Ebay, Amazon и др., Се използва за намаляване на входното напрежение на сплитера. На модула има подстригващ потенциометър за настройка на изходното напрежение. Конверторът IC LM2596 е в състояние да достави до 3 A изходен ток, ако разликата между входното и изходното напрежение не е твърде висока.
Тези модули са толкова евтини, че завършеният модул струва по-малко, отколкото ако купувате компонентите поотделно. Дъската дори не е включена в изчислението. Предвиден е и предпазител за разделителя, DC-DC преобразувателят и допълнителният 12 V терминал са разположени зад предпазителя. И тук светодиод със сериен резистор служи като оперативен дисплей. Той също е зад предпазителя и следователно светва само ако захранването през мрежовия кабел работи и предпазителят е непокътнат.
Файловете EAGLE за двата компонента са достъпни за изтегляне, вижте връзките в края на страницата. Оформленията са едностранни, така че опитни любители могат лесно да произвеждат дъските сами. Следващите снимки показват оформлението (не в оригинален размер, гледано от страна на компонента); ляв инжектор и десен сплитер:
Захранващият блок е свързан към инжектора. Ако е необходимо, съединител за цев ц. д. да бъде отрязан. Най-лесният начин да захранвате Raspberry Pi е да отрежете USB-A конектора с USB кабел с micro-USB конектор. От четирите проводника +5 V е на червения проводник и земята на черния проводник. Другите два проводника обикновено се използват за предаване на данни и тук не се изискват. Ако не искате да „убиете“ кабел, можете също да вземете предварително сглобен кабел с червена и черна жица в магазините (например от Conrad Electronic, номер за поръчка 458032-62, номер на част BKL: 10080100). След това кабелът е свързан към 5 V терминал.