Raspberry Pi Power over Ethenet
General
Cu USB, de mult timp este o practică obișnuită combinarea liniei de transmisie a datelor cu sursa de alimentare. Alimentarea dispozitivelor cu consum redus de energie se găsește și în rețelele de calculatoare Ethernet. Aici tehnologia se numește „Power over Ethernet” (PoE, POE). Utilizarea PoE pentru a furniza energie dispozitivelor conectate la rețea are, de asemenea, potențialul de a economisi energie. O unitate de alimentare separată nu mai este necesară pentru fiecare dispozitiv, dar alimentarea are loc printr-un alimentator central inteligent. Transportul suplimentar de energie prin liniile de rețea Ethernet a fost reglementat de standardul IEEE 802.3af din 2003, standardul IEEE 802.3at definește condițiile pentru "PoE plus". Acesta din urmă a fost introdus în 2009 pentru a putea furniza și dispozitive cu cerințe energetice mai mari. În plus față de parametrii tehnici, o parte esențială a acestui standard este garantarea integrității datelor și a securității rețelei. În plus, trebuie evitat ca dispozitivele de rețea care nu sunt concepute pentru PoE să fie deteriorate de tensiunea suplimentară.
Mai multe informații generale pot fi găsite în introducerea la rețelele de calculatoare. În acest moment ar trebui să fie vorba despre modul în care puteți furniza de la distanță un Raspberry Pi cu alimentare prin cablul de rețea. Întregul lucru funcționează numai cu rețele bazate pe cabluri de cupru, desigur, cu rețelele cu fibră optică nu funcționează.
Specificația IEEE 802.3af reglementează valorile valide pentru PoE:
- Putere la consumator după pierderi de cablu de până la 12,95 W.
- Tensiune la consumator 37 - 57 V.
- Puterea maximă a sursei de energie 15,4 W.
- Tensiunea la sursa de energie 44 - 57 V.
- Curent maxim 350 mA
- Modul A (endspan) este utilizat de comutatoare și folosește pinii 1,2 pentru un pol de 48 V și pinii 3,6 pentru celălalt. Ambele polarități sunt posibile. Aici datele și puterea sunt transportate pe aceleași fire și este necesar doar un cablu cu 4 fire.
- Modul B (mijloc) este utilizat de injectoarele PoE (vezi mai jos) și folosește un cablu cu 8 nuclee. Aici perechile (4,5) și (7,8) sunt atribuite curentului.
Profesional și fără jocuri
Cel mai simplu mod de a furniza dispozitivul este de a utiliza două dispozitive pre-cumpărate, un „injector PoE” care alimentează transparent linia de rețea cu energie și un „splitter PoE” care preia energia și de la care este furnizat dispozitivul conectat își obține energia. Un comutator de rețea compatibil PoE poate servi și ca injector.
Există o procedură de înregistrare pentru a recunoaște un dispozitiv care trebuie furnizat sau pentru a proteja dispozitivele care nu sunt compatibile cu PoE de daune. Începe cu recunoașterea dispozitivului conectat (detectare). Pentru a face acest lucru, injectorul PoE aplică două rampe de tensiune definite (2,8 V și 10,1 V) și măsoară curentul tras. Dacă este conectat un dispozitiv care nu este compatibil cu PoE, procesul este întrerupt și nu se comută nicio tensiune pe cablul de rețea. În caz contrar, clasa de putere a dispozitivului PoE este interogată de către injectorul PoE generând un impuls de tensiune între 14,5 V și 20,5 V și măsurând curentul rezultat (clasificare). Acest așa-numit flux de semnături arată injectorul în ce clasă este clasificat dispozitivul terminal. Apoi, tensiunea de alimentare este pornită.
Injectoarele PoE și separatoarele PoE nu sunt prea scumpe, puteți obține o pereche pentru mai puțin de 40 de euro. Un exemplu de astfel de pereche ar fi TP-Link TL-PoE10R Splitter și TP-Link TL-PoE150S Single-Port Injector. Ambele dispozitive sunt cutii negre cu două prize de rețea RJ45 și un conector baril. Cutiile sunt pur și simplu conectate într-o conexiune de rețea (pe o parte, pe cealaltă). Cu injectorul, o sursă de alimentare este conectată la priza goală, cu separatorul consumatorul poate fi conectat la priza goală. Distribuitorul permite chiar și selectarea tensiunii de ieșire printr-un comutator.
Injectorul și splitterul funcționează pe linia de rețea cu tensiunea tipică nominală de 48 V. Dar avem nevoie doar de 5 V pentru Raspberry Pi.
Soluție simplă de bricolaj
Aici este prezentat modul în care un injector PoE simplificat pentru dispozitive cu max. 100 Mbit/s vă pot construi singuri. Ideea este de a lăsa neatinse cele patru linii de date necesare pentru 100 Mbit/s și de a utiliza cele patru linii neutilizate pentru alimentarea cu energie electrică, ca în modul B menționat mai sus. Cu alte cuvinte, sunt construite un injector PoE și un splitter PoE. În loc de 48 V, se folosesc doar 12 V. Acest lucru este suficient și pentru perifericele care necesită o tensiune puțin mai mare.
Vă rugăm să rețineți: Dispozitivele fără suport PoE nu pot fi conectate în siguranță la cablul de rețea live, cu excepția cazului în care energia este repartizată din nou înainte sau dacă un dispozitiv de protecție este încorporat în dispozitiv!
Injectorul PoE este conceput ca o priză dublă în care perechile de sârmă (1,2) și (3,6) sunt conectate în interior. Un pol al sursei de alimentare este apoi conectat la pinii 4 și 5 ai prizei de ieșire, celălalt pol la pinii 7 și 8. În ceea ce privește polaritatea, linia (4,5) este utilizată ca pol pozitiv și linia (7,8) ca pol negativ . La celălalt capăt al liniei, puteți împărți firele sub tensiune de la cablul Ethernet în același mod și le puteți conduce la o priză de alimentare adecvată pentru a opera Rasp Pi, care acum este furnizat doar cu un cablu de rețea. Schema de interconectare arată astfel:
Pentru a obține injectorul, puteți conecta pur și simplu sursa de alimentare la pinii (4,5) și (7,8) ai unei prize RJ45 și pinii 1,2,3 și 6 cu aceiași pini ai celei de-a doua prize RJ45 conectați-vă după cum arată următoarea imagine. Splitter-ul ar fi construit în același mod, doar aici prizele J1 și J2 și-ar schimba sarcinile: J2 este conectat la rețeaua de alimentare și J1 la Raspberry Pi.
Cu toate acestea, nu numai că ar trebui instalate câteva mecanisme de siguranță pe ambele părți, dar și tensiunea de intrare ar trebui redusă la 5 V pe partea separatorului. Pentru injector este prevăzută o priză pentru microfuzibil. În cazul unui scurtcircuit sau a unui curent prea mare, siguranța va arde și (sperăm) să protejeze hardware-ul conectat. O diodă este utilizată pentru a proteja împotriva cablajului de intrare polarizat incorect, care poate arde siguranța dacă polaritatea este inversată. În plus, un LED cu rezistor de serie servește ca afișaj operațional. Se află în spatele siguranței și, prin urmare, se aprinde numai atunci când siguranța este intactă.
Un modul convertor DC-DC disponibil în comerț, precum cel pe care îl puteți obține de la Pollin, Watterott, Ebay, Amazon etc., servește la reducerea tensiunii de intrare a splitterului. Există un potențiometru de tundere pe modul pentru setarea tensiunii de ieșire. Convertorul IC LM2596 este capabil să livreze până la 3 A curent de ieșire dacă diferența dintre tensiunea de intrare și ieșire nu este prea mare.
Aceste module sunt atât de ieftine încât un modul finit costă mai puțin decât dacă cumpărați componentele individual. Tabloul nu este nici măcar inclus în calcul. O siguranță este prevăzută și pentru splitter, convertorul DC-DC și terminalul suplimentar de 12 V se află în spatele siguranței. Și aici, un LED cu rezistor de serie servește ca afișaj operațional. De asemenea, se află în spatele siguranței și, prin urmare, se aprinde numai dacă alimentarea prin cablul de rețea funcționează și siguranța este intactă.
Fișierele EAGLE pentru ambele componente sunt disponibile pentru descărcare, consultați linkurile de la sfârșitul paginii. Aspectele sunt toate unilaterale, astfel încât pasionații experimentați să poată produce cu ușurință plăcile singuri. Următoarele imagini arată aspectul (nu în dimensiunea originală, văzut din partea componentă); stânga injector și dreapta splitter:
Pachetul de alimentare este conectat la injector. Dacă este necesar, un conector butoi ц. д. să fie tăiat. Cel mai simplu mod de a alimenta Raspberry Pi este de a tăia conectorul USB-A de pe un cablu USB cu un conector micro-USB. Dintre cele patru fire, +5 V este pe firul roșu și împământat pe firul negru. Celelalte două fire sunt utilizate în mod normal pentru transmiterea datelor și nu sunt necesare aici. Dacă nu doriți să „omorâți” un cablu, puteți obține și un cablu pre-asamblat cu fir roșu și negru în magazine (de ex. De la Conrad Electronic, nr. Comandă 458032-62, nr. Piesă BKL: 10080100). Cablul este apoi conectat la terminalul de 5 V.