Rete domestica a 5 V.


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Sto pensando di aggiungere più dispositivi IoT a casa mia e sto cercando una soluzione elegante per alimentarli tutti. Avranno tutti bisogno di 5 V, un piccolo numero (telecamere) assorbirebbe fino a 2 ampere, mentre la maggior parte assorbirebbe meno di 500 mA.

Sto pensando di far passare una linea separata da 5 V, attraverso la casa, con un cavo da 10 AWG (per ridurre la caduta di tensione) e un trasformatore da 120 V - 5 V, 20 ampere su ogni piano. Aggiungerei una sorta di connettori, ciascuno un paio di piedi, per poterlo collegare facilmente alla linea in futuro.

Lo scopo principale di tutto ciò è quello di mantenere libere le mie prese elettriche, salvare tutti i singoli trasformatori di cui avrò bisogno e permettermi di estendere la mia rete IoT in futuro, senza utilizzare ulteriori prese / cavi sospesi non necessari. È una soluzione praticabile o esiste un modo più efficiente per raggiungere il mio obiettivo?

Sto valutando se sarebbe meglio usare un trasformatore da 120 V a 12 V, al fine di compensare qualsiasi caduta di tensione e aggiungere convertitori buck / regolatori lineari su ciascun dispositivo, ma vorrei salvare l'hardware aggiuntivo se è praticabile.


Qualcuno di questi dispositivi IOT è abbastanza piccolo da essere utilizzato da una batteria locale per 6 mesi? Capisco che i dispositivi a zigbee possono funzionare per un anno su un CR2032.
Criggie il

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In questi giorni posso acquistare frontalini per prese con uscite USB 5V integrate. Un'altra opzione da considerare è power over ethernet (PoE)
pjc50,

Poiché tutti questi dispositivi sono collegati in rete, Power over Ethernet (PoE) è la soluzione più sensata. Sì, dovrai utilizzare gli adattatori per ridurre la tensione su ciascun dispositivo, ma il fatto è che non avrai bisogno di una tensione di distribuzione superiore a 5v. Inoltre, la maggior parte delle attrezzature professionali impiegate in questo modo ha alimentatori PoE integrati. E sembra che gli alimentatori PoE => 5v standalone siano relativamente facili da ottenere.
Roy Tinker,

Risposte:


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  1. Una rete 5VDC può essere "una cattiva idea".
  2. Una rete di tensione leggermente superiore con regolatori locali dovrebbe essere leggermente migliore ma aggiunge complessità elettronica.
  3. Le psu locali a 5 V con un sistema di distribuzione a corto raggio potrebbero essere complessivamente migliori.

Il cavo calibro 12 ha una resistenza di ~ = 1,6 Ohm per 1000 piedi o per 500 "piedi ad anello".
In questo modo si ottiene una caduta di 1,6 V per amplificatore per 500 piedi loop o circa 3 mV per piede loop per amplificatore.

Opzione 1:

Una corsa di 5 V, diciamo 100 piedi a 10 A, scenderà 3 mV x 100 x 10 = 3 V.
Questo è ovviamente troppo a 5 V.
Potresti decidere che 5A max è OK - o che la corrente media è metà del massimo se distribuito in modo ecologico, e una lunghezza massima di 50 piedi può essere accettabile.
Tuttavia, scendere a compromessi ti farà comunque scendere nell'intervallo 0,5 - 1,5 V.
Alcune fotocamere in fondo possono "rovinare la giornata".

La tua rete deve essere "stupida" e in grado di fornire potenza massima a 5 V CC o intelligente e fornire energia solo tramite negoziazione. A 10 A questo è 5 V x 10 A = 50 W e probabilmente il doppio di quello per consentire la caduta e la fusione e .... 50-100 W sono sufficienti per accendere un fuoco con un po 'di ingegnosità. Murphy ha molta ingegnosità. Non è fatalmente imperfetto, ma è necessaria attenzione. Si tratta di una corrente inferiore e di una tensione inferiore rispetto ai circuiti CA di rete, quindi se si presta molta attenzione alla propria rete CC come a quella CA potrebbe essere OK - rilevando la necessità di interruttori in grado di gestire bene la corrente CC alla corrente nominale (essendo CC sostanzialmente più difficile di AC).

Opzione 2:

La distribuzione a 8 V CC o superiore (10-12 V CC migliore) (o è possibile utilizzare CA) consentirà di evitare problemi di caduta di tensione. Se si utilizzano regolatori locali lineari, si perde efficacia con l'aumento della tensione di alimentazione. Se 8VDC è "appena sufficiente" stai perdendo (8-5) / 8 ~ = 40% della tua potenza. E ancora una volta con più tensione. E hai aggiunto complessità e costi e un sistema non standard.

Se si utilizza la conversione in modalità locale, l'efficienza dei convertitori è relativamente costante con la tensione di alimentazione e le perdite di cablaggio diminuiscono all'aumentare della tensione a causa delle perdite resistive proporzionali al quadrato della corrente. Ma i convertitori aggiungono complessità e costi. POE (Power over Ethernet) è una versione di questo - e il costo per convertitore rischia di essere sostanziale per le apparecchiature standard e rispetto all'utilizzo di forniture commerciali alimentate dalla rete.

Opzione 3:

Una singola presa di corrente per posizione consente di utilizzare una PSU 5v locale o una presa di rete CA con una raccolta di prese.
Alla scrivania in cui sto scrivendo ho dischi rigidi USB 18 x 12V su uno scaffale. Ho considerato l'uso di un alimentatore da 20A più 12V, cavi personalizzati (presa standard e cavo dall'HDD a un sistema di connessione) ma, finora, i powerpacks 18 x 12V 1A più i necessari plug di rete hanno vinto. La caduta di tensione non è un problema, ho un'eccellente ridondanza dell'alimentazione, fornendo ad esempio 2 psus di ricambio di 12 V o prendendo in prestito un'alimentazione da un'alimentazione meno critica, se necessario.

Le mie esigenze di alimentazione "USB" da 5 V sono soddisfatte dai diversi PC con prese USB, inoltre alcuni degli HDD hanno alimentato uscite da 5 V. E i psus "USB" da 5 V sono molto disponibili, a buon prezzo (soprattutto perché quelli usati sono generalmente affidabili) e il connettore è universale.

E l'alimentazione di rete (230 V 50 Hz nel mio caso) è disponibile in tutta la casa o in qualsiasi casa o azienda che visito.

Per me, e probabilmente per te, l'opzione 3 ha molto senso.


quali sono gli svantaggi dell'utilizzo di un trasformatore 12v (con protezioni standard) rispetto all'utilizzo di una psu dedicata su ciascun dispositivo
Velimir Tchatchevsky

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@VelimirTchatchevsky Trasformatore 12V - o più probabilmente un psu 12V DC, è quasi buono quanto le alimentazioni separate dal punto di vista dell'alimentazione ma ha bisogno di spine DC e cavi adatti a ciascun dispositivo (forse tutte le spine di alimentazione da 2,5 mm). C'è leggermente più protezione contro il recupero fallito. Mettere in corto circuito un'alimentazione a 12V 10A PUO 'essere più eccitante di cortocircuitare un alimentatore a 12V 1A.
Russell McMahon,

@VelimirTchatchevsky Ho modificato la mia Opzione 2 per renderla più generale, ma le mie conclusioni sono più o meno le stesse. Potrei ancora cambiare i miei numerosi plug-in HDD da 12 V con alcuni alimentatori da 12 V più grandi, ma probabilmente no.
Russell McMahon,

Ho una rete domestica a 24 V CC che funziona perfettamente (usando un cavo 4mm ^ 2 / AWG11 tra i piani). Convertitori DC-DC locali semplici (ed economici) per 12V e 5V, ovunque siano necessari, funzionano alla grande. Gli alimentatori a 24 V CC (ad es. Per guida DIN) sono prontamente disponibili su eBay (ad es. Phoenix Contact utilizzato dall'industria dell'automazione) e funzionano come un fascino 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Ned64,

@ Ned64 Sì. Se puoi e sei disposto a cercare attrezzature adeguate, può funzionare per te. Per interesse puoi fornire un link ai convertitori che menzioni. Il confronto dei prezzi con la rete a 12V e 5V sarebbe interessante. Nel caso dei miei circa 20 HDD USB che richiedono 12V a circa 1A (in media molto più basso presumibilmente) sarebbe interessante vedere come i costi sono stati confrontati. La maggior parte delle apparecchiature di consumo viene fornita con un'alimentazione di rete adeguata (che è difficile da battere sui costi :-)) ma il confronto a prezzi al dettaglio sarebbe interessante. | La mia rete elettrica funziona bene circa l'8763/8765 del tempo - YMMV.
Russell McMahon

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Ho usato con successo il power over Ethernet in vari dispositivi installati in casa mia.

I vantaggi includono:

  • È possibile utilizzare qualsiasi cablaggio Cat-5 esistente
  • Qualsiasi cablaggio inserito può essere riutilizzato in seguito, se non necessario.
  • Sono immediatamente disponibili adattatori standardizzati per l'alimentazione e la ricezione (generalmente venduti per i sistemi TVCC).
  • È possibile utilizzare per le connessioni di rete cablata, che sono generalmente più affidabili del Wi-Fi

Sto usando PoE "passivo" (4 fili per rete, 4 fili per DC +/-) a 24 V, con stepdown locale a 5 V all'estremità ricevente. L '"iniettore" PoE si esaurisce nel mio UPS, quindi i gadget restano alimentati con un'interruzione di corrente.


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Trovo questa risposta molto più utile dell'altra. L'OP non è specifico su quali dispositivi "IoT" sta utilizzando, ma molti di questi dispositivi sono pronti per PoE. Quindi PoE è la soluzione perfetta per loro. Per altri dispositivi, se richiedono un'alimentazione di 5 V, non importa quale sia il design di erogazione dell'alimentazione, poiché in ogni caso si desidera utilizzare una tensione superiore a 5 V, quindi sarà necessario ridimensionare la tensione a il dispositivo comunque. Ancora una volta, potrebbe anche farlo con hardware compatibile PoE esistente invece di provare a implementare te stesso
Peter Duniho,

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@PeterDuniho Ho scritto "l'altra risposta". Nessuna soluzione è adatta a tutti. PoE è essenzialmente una versione di una delle mie 3 opzioni ed è abbastanza bene se il costo non è un grande oggetto. Conversione dell'output a vari requisiti in remoto sia per il costo aggiuntivo di apparecchiature extra o PoE con tale funzionalità - ad esempio caricatore USB, 12V per unità disco esterna (di cui ne ho molti), +/- DC o AC per alcuni dispositivi com, ... . || L'OP ha chiesto specificamente carichi a 5V. La mia risposta e questa risposta sono divenute carichi più generali. PoE ha il vantaggio del backup con interruzione di rete, ma necessita quindi di un UPS.
Russell McMahon,

3
Questa è la risposta: ho eseguito ogni sorta di cose dal POE, sia nativamente come telefoni, telecamere, AP o usando uno splitter all'estremità del dispositivo. Qualcosa come adafruit.com/product/3785 funziona benissimo per un raspberry Pi pre-POE e hanno varianti che producono 5 V o 12 V. Inoltre hai una rete cablata affidabile non wireless e un punto centrale da mettere su un UPS per proteggerli tutti dall'alimentazione.
Criggie,

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+1 Questa è stata la soluzione al problema su cui l'industria si è stabilita e avevano un sacco di soldi per l'intero affare. I telcos utilizzavano 48 volt per alimentare i vecchi telefoni POTS e PoE utilizza lo stesso tipo di tensioni per lo stesso tipo di motivi. Scambiare tra sicurezza / isolamento e calibro di filo.
KalleMP il

1
@IsmaelMiguel Forse dovresti gestire il passaggio a 5 v sul dispositivo IoT stesso ... devi già gestire la protezione dei circuiti sul dispositivo, per evitare che un sovraccarico o un convertitore difettoso sulla rete li risolva. Ciò renderebbe le cose un po 'più semplici per te, per quanto riguarda la rete.
SnakeDoc,

9

La caduta di tensione è il killer

Il problema è che la caduta di tensione è estremamente acuta a tensioni molto basse, perché le correnti sono intrinsecamente più elevate e la caduta di tensione è una funzione delle correnti (E = IR). È una funzione quadrata contro la tensione. Ciò significa che la distribuzione di 5 V anziché 12 V è peggiore di un fattore di 5,76. Ad esempio, per una corsa di 30 m con una caduta di tensione del 3,6%:

5 volt a 12 ampere (60 W) necessita di 212 kcmil (4/0 AWG)
12 volt a 5 ampere (60 W) richiede 26 kcmil (6 AWG)

Non "bomp the wah"; esegue effettivamente il calcolo della caduta di tensione

Una volta ho visto un progetto solare. 15 A @ 12-19 V, 14 cavi AWG andrebbero bene. Tranne che stava andando a 200 '(60 m). Quindi gli diede un bernoccolo di dimensioni del filo e uno in più o una buona misura, cancella fino a 10 cavi AWG. Naturalmente, il sistema è stato un guasto completo e non ha ricaricato le batterie come calcolato. Non riusciva a capire. "Bat ah ha battuto il wah!"

† Traduzione: "Ma ho rialzato (aumentato la dimensione del) filo"

E lo hai anche armato. Hai dato un botto superficiale al n. 10 e hai detto "Oughta basterà!" Devi effettivamente andare nel calcolatore della caduta di tensione e controllare . Ciò dovrebbe basarsi sulla corrente effettiva assorbita dai carichi sui cavi, non sull'interruttore o sulla potenza nominale. Valutare un ramo lungo per 20 A quando deve trasportare solo 2 A è uno spreco.

Ho fatto i calcoli del bump dove si è scoperto che non avevo bisogno del bump.

Rispettare il codice ... Ma non è poi così male

È ancora necessario seguire i codici elettrici per l'installazione che fa parte dell'edificio. Fortunatamente, i codici elettrici sono molto rilassati per le installazioni a bassa tensione e ulteriormente rilassati per le installazioni <55 W.

Il sito vicino diy.stackexchange.com è valido per le domande sul codice.

12 V è molto meglio che dovresti farlo.

Come hai visto dal calcolo della caduta di tensione 12/5 sopra, 12 V funziona meglio nel mondo. Ha ancora delle considerazioni sulla caduta di tensione; ma sono notevolmente ridotti. Nel frattempo, è altamente versatile e il sistema può anche essere esteso per essere un sistema di backup per tutta la casa.

  • L'illuminazione a LED a 12 V ha un'enorme varietà ed è più dimmerabile e hackerabile dell'illuminazione di rete
  • La maggior parte dei router e modem Internet può essere eseguita su di esso
  • Alcuni televisori possono funzionare su di esso
  • Le batterie sono prontamente disponibili per questo a buon mercato o in una serie di prodotti chimici
  • La maggior parte dei regolatori di carica solare può fornirlo
  • il che significa che in un'interruzione di corrente, hai luci e Netflix
  • Alcuni campanelli intelligenti possono persino funzionare su di esso.
  • Che con una fornace a gas come un impero, scaldabagno a gas e stufa possono rendere una casa perfettamente vivibile con la griglia verso il basso o assente

Inoltre, passare da 12 V a 5 V non è davvero un problema. È probabilmente il convertitore di potenza più comunemente venduto ovunque!


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Potrei suggerire di cambiare "Bat ah bomped the wah" con qualsiasi cosa tu intendessi davvero? L'ho cercato su Google senza fortuna, sia il suo gergo localizzato, sia la fonetica regionale per "qualcosa che fa saltare il filo (alla dimensione successiva)" che significa "arrotonda al prossimo e poi un ulteriore passo"
Criggie,

Il compromesso a 12 V è valido in quanto vi sono così tante attrezzature di supporto disponibili gratuitamente e la sicurezza non è un problema.
KalleMP il

Risolto il problema con @Criggie (in revisione * 8 ')
Mark Booth,

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Fornisci un link alla fonte originale delle immagini nella tua risposta. Dobbiamo essere sicuri di dare il giusto credito al creatore di quelle foto. D'altra parte, le immagini non aggiungono davvero nulla alla risposta, quindi se vuoi evitare la "pubblicità" potresti semplicemente cancellarle.
Elliot Alderson,

2
@Criggie L'ho approvato da solo, ben fatto Mark Booth ...
Harper - Reinstalla Monica il

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Dipende dalla distanza come altri menzionati. Abbiamo effettivamente gestito una rete RS485 con un master che alimentava gli schiavi a 20 piedi di distanza in una configurazione a stella.

Potevamo facilmente correre con un 5v 3A sul master, poiché gli slave avevano bisogno solo di 3,3v che era gestito usando un semplice regolatore di tensione.

E abbiamo usato fili elettrici intrecciati economici per ridurre i costi per un'implementazione multi-sito.

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