Домашняя сеть 5 В

22

Я планирую добавить несколько устройств IoT в моем доме, и я ищу элегантное решение для питания их всех. Им всем потребуется 5 В, небольшое количество из них (камер) будет потреблять до 2 ампер, в то время как большинство из них будет потреблять менее 500 мА.

Я подумываю о прокладке отдельной линии 5 В через дом с кабелем 10 AWG (для уменьшения падения напряжения) и трансформатором 120 В - 5 В, 20 А на каждом этаже. Я бы добавил несколько разъемов, каждый на пару футов, чтобы в будущем можно было легко подключаться к линии.

Основная цель всего этого - освободить мои электрические розетки, сохранить все необходимые мне отдельные трансформаторы и позволить мне в будущем расширить свою сеть IoT, не используя никаких дополнительных розеток / ненужных висящих кабелей. Это жизнеспособное решение или есть более эффективный способ достижения моей цели?

Я обдумываю, будет ли лучше использовать трансформатор 120 В - 12 В, чтобы компенсировать любое падение напряжения и добавить понижающие преобразователи / линейные регуляторы на каждое устройство, но я хотел бы сохранить дополнительное оборудование, если оно жизнеспособно.

Велимир Тчатчевский
источник
Являются ли какие-либо из этих устройств IOT достаточно маленькими, чтобы местная батарея работала в течение 6 месяцев? Я понимаю, что устройства zigbee могут работать в течение года на CR2032.
Кригги
6
В эти дни я могу купить лицевые панели со встроенными выходами USB 5V. Еще один вариант, который вы должны рассмотреть - это питание через Ethernet (PoE)
pjc50.
Поскольку все эти устройства подключены к сети, питание по сети Ethernet (PoE) является наиболее разумным решением. Да, вам придется использовать адаптеры для понижения напряжения на каждом устройстве, но дело в том, что вам не придется избавляться от необходимости более высокого напряжения распределения, чем 5В. Кроме того, большинство профессионального оборудования, развернутого таким образом, имеет встроенные источники питания PoE. И звучит так, что автономные источники питания PoE => 5 В относительно легко получить.
Рой Тинкер

Ответы:

35
  1. Сеть 5VDC может быть «плохой идеей».
  2. Несколько более высокое напряжение сети с местными регуляторами должно быть немного лучше, но добавляет электронную сложность.
  3. Местные блоки питания 5 В с короткой распределительной системой могут быть лучше в целом.

Кабель 12 калибра имеет сопротивление ~ = 1,6 Ом на 1000 футов или на 500 "петлевых футов".
Таким образом, вы получаете падение напряжения 1,6 В на усилитель для 500 футов петли или около 3 мВ на фут петли на усилитель.

Опция 1:

При напряжении 5 В, скажем, 100 футов при 10 А, падение составит 3 мВ х 100 х 10 = 3 В.
Это явно слишком много на 5В.
Вы МОЖЕТЕ решить, что 5А макс - это нормально - или что средний ток составляет половину от максимума, если он распределен постепенно, и максимальная длина 50 футов может быть приемлемой.
Но компромисс все равно даст вам падения в диапазоне 0,5 - 1,5 В.
Несколько камер на дальнем конце могут «испортить ваш день».

Ваша сеть должна быть либо «тупой» и способной обеспечивать максимальную мощность при 5 В пост. Тока, либо интеллектуальную и обеспечивать питание только по согласованию. При 10 А это 5 В x 10 А = 50 Вт и, вероятно, вдвое больше, чтобы учесть падение, слияние и .... 50 - 100 Вт достаточно, чтобы начать огонь с немного изобретательности. У Мерфи есть много изобретательности. Это не смертельно опасно, но нужна осторожность. Это более низкий ток и более низкое напряжение, чем обеспечивают цепи переменного тока в сети - поэтому, если вы заботитесь о своей сети постоянного тока так же, как и о сети переменного тока, это может быть в порядке - отмечая необходимость в переключателях, способных хорошо обрабатывать постоянный ток при номинальном токе существенно сложнее, чем AC).

Вариант 2:

Распределение, скажем, 8 В постоянного тока или выше (10-12 В постоянного тока лучше) (или вы можете использовать переменный ток) позволит избежать проблем с падением напряжения. Если вы используете линейные локальные регуляторы, вы теряете эффективность с увеличением напряжения питания. Если 8 В постоянного тока «достаточно», вы теряете (8-5) / 8 ~ = 40% своей мощности. И еще раз с большим напряжением. И вы добавили сложность и стоимость и нестандартную систему.

Если вы используете режим переключения локального преобразователя, эффективность относительно постоянна с напряжением питания, а потери в проводке падают по мере увеличения напряжения из-за того, что резистивные потери пропорциональны квадрату тока. Но преобразователи добавляют сложность и стоимость. POE (питание через Ethernet) является одной из версий этого, и цена за конвертер может быть существенной для стандартного оборудования по сравнению с использованием коммерческих источников питания от сети.

Вариант 3:

Одна розетка питания для каждого места позволяет вам использовать либо локальный блок питания 5 В, либо сетевой блок питания с набором штекеров.
На столе, где я это печатаю, у меня на полке лежат жесткие диски USB с питанием 18 x 12В. Я рассмотрел вопрос об использовании источника питания 20А и 12В, пользовательских выводов (стандартный разъем и кабель от жесткого диска к системе подключения), но до сих пор победили 18x12В 1А блоки питания и необходимые сетевые щитки. Падение напряжения не является проблемой, у меня отличное резервирование источника питания, например, путем предоставления 2 запасных 12 В псевдонимов или заимствования источника питания из менее критичного источника питания, если это необходимо.

Мои потребности в питании 5В "USB" удовлетворяются несколькими ПК с разъемами USB, плюс некоторые жесткие диски имеют питание 5В. И 5-вольтовый «USB» psus очень и очень доступный, по хорошей цене (тем более что используемые обычно надежны), а разъем универсален.

И сеть переменного тока (230 В 50 Гц в моем случае) доступна по всему дому или в любом доме или офисе, который я посещаю.

Для меня и, вероятно, для вас вариант 3 имеет наибольшее значение.

Рассел МакМахон
источник
Каковы недостатки использования трансформатора 12 В (со стандартной защитой) по сравнению с использованием выделенного
блока питания
2
@VelimirTchatchevsky 12 В трансформатор - или, скорее, 12 В пост. Тока, почти так же хорош, как отдельные источники питания, но нуждается в штекерах постоянного тока и проводах, подходящих для каждого устройства (может быть, всех 2,5-мм штекеров). Немного больше защиты от повторного появления ошибок. Замыкание 12В 10А МОЖЕТ быть более захватывающим, чем замыкание 12В 1А.
Рассел МакМэхон
@VelimirTchatchevsky Я отредактировал свой вариант 2, чтобы сделать его более общим - но мои выводы во многом совпадают. Я МОГУ пока поменять свои многочисленные 12-вольтовые разъемы для жестких дисков на несколько больших 12-вольтовых, но, вероятно, нет.
Рассел МакМэхон
У меня есть домашняя сеть 24 В постоянного тока, которая прекрасно работает (используя 4 мм ^ 2 / AWG11 кабель между этажами). Простые (и дешевые) местные преобразователи постоянного тока в постоянный на 12 В и 5 В, где это необходимо, отлично работают. Источники питания 24 В постоянного тока (например, для DIN-рейки) легко доступны на eBay (например, используется Phoenix Contact из индустрии автоматизации) и работают круглосуточно.
Нед64
@ Нед64 Да. Если вы можете и хотите найти подходящее оборудование, оно может работать на вас. Для интереса можете предоставить ссылку на упомянутые вами конвертеры. Сравнение цен с сетью на 12В и 5В было бы интересно. В случае моих примерно 20 жестких дисков USB, которые требуют 12 В при напряжении около 1 А (в среднем гораздо ниже, предположительно), было бы интересно посмотреть, как сравниваются затраты. Большая часть потребительского оборудования поставляется с соответствующей сетью (что трудно превзойти по стоимости :-)), но сравнение по розничным ценам было бы интересно. | Моя сеть работает хорошо около 8763/8765 времени - YMMV.
Рассел МакМахон
38

Я успешно использовал power-over-ethernet на различных устройствах, развернутых вокруг моего дома.

Преимущества включают в себя:

  • Можно использовать любую существующую проводку Cat-5, которая у вас может быть
  • Любая проводка, которую вы вставили, может быть перенастроена позже, если она не нужна.
  • Готовые адаптеры для подачи и приема энергии легко доступны (обычно продаются для систем видеонаблюдения).
  • Вы можете использовать для проводных сетевых подключений, которые, как правило, более надежны, чем Wi-Fi

Я использую «пассивный» PoE (4 провода для сети, 4 провода для постоянного тока +/-) при 24 В, с локальным понижением 5 В на приемном конце. PoE-инжектор работает от моего ИБП, поэтому гаджеты остаются включенными при отключении питания.

Ян Х
источник
2
Я считаю этот ответ гораздо более полезным, чем другой. В OP не указано, какие устройства «IoT» он использует, но многие такие устройства поддерживают PoE. Таким образом, PoE является идеальным решением для них. Для других устройств, если им требуется питание 5 В, не имеет значения, какой тип питания используется, потому что вы в любом случае захотите использовать более высокое напряжение, чем 5 В, и поэтому вам придется понизить напряжение до устройство в любом случае. Опять же, можно также сделать это с существующим PoE-совместимым оборудованием вместо того, чтобы пытаться реализовывать себя самостоятельно
Питер Дунихо,
1
@PeterDuniho я написал "другой ответ". Ни одно решение не подойдет всем. PoE - это, по сути, версия одного из 3 моих вариантов, и она достаточно хороша, если цена не велика. Дистанционное преобразование выходных данных в различные требования либо за счет увеличения стоимости дополнительного оборудования, либо PoE с такой возможностью - например, зарядного устройства USB, 12 В для внешнего дисковода (которых у меня много), +/- постоянного тока или переменного тока для некоторых коммуникаторов, ... , || ОП специально спросил о нагрузках 5В. Мой ответ и этот ответ отвлеклись на более общие нагрузки. Преимущество PoE заключается в резервном копировании при сбое сети, но для этого нужен ИБП.
Рассел МакМэхон
3
Это ответ - я запускал все виды вещей из POE, как телефоны, камеры, точки доступа или используя разветвитель на конце устройства. Что-то вроде adafruit.com/product/3785 прекрасно работает для малинового Pi с пред-POE, и у них есть варианты, которые выдают 5V или 12V. Также у вас есть надежная проводная сеть, а не беспроводная, и один центральный пункт для установки ИБП, чтобы защитить их всех от перебоев в электроснабжении.
Кригги
5
+1 Это было решением проблемы, на которой остановилась индустрия, и у них было МНОГО денег на всю сделку. Операторы использовали 48 В для питания старых телефонов POTS, а PoE использует такой же тип напряжения по тем же причинам. Компромисс между безопасностью / изоляцией и проволочным датчиком.
KalleMP
1
@IsmaelMiguel Возможно, вам придется справиться с понижением до 5 В на самих устройствах IoT ... вам уже нужно обеспечить защиту цепи на устройстве, чтобы скачок напряжения или какой-либо неисправный преобразователь в сети не поглотил их все. Это сделало бы все немного проще для вас, в сети.
SnakeDoc
9

Падение напряжения - убийца

Проблема заключается в том, что падение напряжения является очень острым при очень низких напряжениях, потому что токи по своей природе выше, и падение напряжения является функцией от токов (E = IR). Это квадратная функция от напряжения. Это означает, что распределение 5 В вместо 12 В хуже в 5,76 раза. В качестве быстрого примера, для бега на 100 '(30 м) с падением напряжения на 3,6%:

5 вольт при 12 амперах (60 Вт) требуется 212 кОм (4/0 AWG)
12 вольт при 5 амперах (60 Вт) требуется 26 кСм (6 AWG)

Не "топайте вау"; на самом деле сделать расчет падения напряжения

Однажды я посмотрел на солнечный проект. 15 A @ 12-19 В, 14 AWG провод будет в порядке. За исключением того, что он собирался 200 '(60 м). Таким образом, он дал ему удар по размеру проволоки и еще одну или хорошую меру, очистить провод до 10 AWG. Конечно, система была полностью неисправна и не заряжала его батареи, как рассчитывалось. Он не мог понять. "Бат ах бомбил вау!"

† Перевод: «Но я натолкнулся (увеличил размер) на провод»

И ты тоже это сделал. Вы дали ему небрежный толчок к # 10 и сказали: «Хватит!» Вы действительно должны пойти в калькулятор падения напряжения и проверить . Это должно быть основано на фактическом токе, потребляемом нагрузкой на проводах, а не на выключателе или номинальной мощности. Оценить длинную ветвь на 20 А, когда нужно только нести 2 А - пустая трата времени.

Я сделал расчеты ударов, где оказалось, что мне не нужен удар.

Соблюдайте Кодекс ... Но это не так уж плохо

Вам все еще нужно следовать электрическим кодам для установки, которая является частью здания. К счастью, электрические нормы очень ослаблены для установок низкого напряжения, и далее ослаблены для установок <55 Вт.

Соседний сайт diy.stackexchange.com хорош для вопросов Кодекса.

12 В намного лучше, чем вы должны это сделать.

Как вы видели из расчета падения напряжения 12/5 выше, 12 В работает лучше. Это имеет соображения падения напряжения, все еще; но они значительно уменьшены. Между тем, он очень универсален, и система может быть расширена до системы резервного копирования всего дома.

  • Светодиодное 12-вольтное освещение имеет огромное разнообразие и более тусклое и взламываемое освещение, чем сетевое освещение.
  • Большинство интернет-роутеров и модемов могут работать на нем
  • Некоторые телевизоры могут работать на нем
  • Батареи легко доступны для него дешево или в ряде химических
  • Большинство солнечных контроллеров заряда может поставлять его
  • Это означает, что при отключении электроэнергии у вас есть свет и Netflix
  • Некоторые умные дверные звонки могут даже бежать на нем.
  • Что с газовой печью, такой как Empire, газовый водонагреватель и плита могут сделать дом вполне пригодным для жизни, когда решетка не работает

Более того, питание от 12 В до 5 В действительно не является проблемой. Это, пожалуй, самый продаваемый преобразователь энергии в любом месте!

Харпер - Восстановить Монику
источник
13
Могу ли я предложить заменить «Бат-а-а-а-а-а-а-а» на то, что вы действительно имели в виду? Я безуспешно гуглил его, будь то локализованный жаргон или региональная фонетика для «чего-то натолкнуть провод (до следующего размера)», означающего «округлить до следующего, а затем еще на один шаг»
Criggie
Компромисс 12В хорош, так как в наличии так много свободного оборудования, и безопасность не представляет проблемы.
KalleMP
Исправлено это @Criggie (в обзоре * 8 ')
Марк Бут
1
Пожалуйста, предоставьте ссылку на первоисточник изображений в вашем ответе. Мы должны быть уверены, что отдаем должное создателю этих фотографий. С другой стороны, изображения на самом деле ничего не добавляют к ответу, поэтому, если вы хотите избежать «рекламы», вы можете просто удалить их.
Эллиот Олдерсон
2
@ Криги Я сам это одобрил, молодец Марк Бут ...
Харпер - Восстанови Монику
0

Это зависит от расстояния, как другие упоминали. Мы фактически управляли сетью RS485 с ведущими ведомыми рабами на расстоянии 20 футов друг от друга в звездообразной конфигурации.

Мы могли легко работать с 5v 3A на ведущем устройстве, так как ведомым потребовалось только 3,3 В, что управлялось с помощью простого регулятора напряжения.

И мы использовали дешевые скрученные электрические провода, чтобы снизить стоимость многосайтовой реализации.

Арун
источник