Mạng gia đình 5 V

Tôi đang lên kế hoạch thêm nhiều thiết bị IoT trong nhà và tôi đang tìm kiếm một giải pháp tao nhã để cung cấp năng lượng cho tất cả chúng. Tất cả họ sẽ cần 5 V, một số ít trong số họ (máy ảnh) sẽ thu hút tới 2 amper, trong khi hầu hết trong số họ sẽ vẽ dưới 500 mA.

Tôi đang nghĩ đến việc chạy một đường 5 V riêng biệt, xuyên qua ngôi nhà, với cáp 10 AWG (để giảm sụt áp) và một máy biến áp 120 V - 5 V, 20 ampe ở mỗi tầng. Tôi sẽ thêm một số loại kết nối, mỗi một vài feet, để có thể kết nối với đường dây dễ dàng trong tương lai.

Mục đích chính của tất cả là để giữ cho các ổ cắm điện của tôi miễn phí, lưu tất cả các máy biến áp duy nhất tôi cần và cho phép tôi mở rộng mạng IoT của mình trong tương lai mà không cần sử dụng bất kỳ ổ cắm bổ sung / cáp treo không cần thiết nào. Đó có phải là một giải pháp khả thi, hay có cách nào hiệu quả hơn để hoàn thành mục tiêu của tôi?

Tôi đang suy nghĩ liệu có nên sử dụng máy biến áp 120 V - 12 V hay không, để bù cho bất kỳ sự sụt giảm điện áp nào và thêm bộ biến đổi buck / bộ điều chỉnh tuyến tính trên mỗi thiết bị, nhưng tôi muốn lưu phần cứng bổ sung nếu nó khả thi.

1. Mạng 5VDC có thể là "ý tưởng tồi".
2. Một mạng điện áp cao hơn một chút với các bộ điều chỉnh cục bộ sẽ tốt hơn một chút nhưng thêm độ phức tạp điện tử.
3. Psu 5V cục bộ với hệ thống phân phối ngắn có thể là tổng thể tốt hơn.

Cáp 12 khổ có điện trở ~ = 1,6 Ohms trên 1000 feet hoặc trên 500 "feet loop".
Vì vậy, bạn nhận được 1.6V giảm trên mỗi amp cho 500 feet-feet hoặc khoảng 3 mV mỗi foot-foot trên mỗi amp.

Lựa chọn 1:

Một bước chạy 5V của 100 feet ở 10 A sẽ giảm 3 mV x 100 x 10 = 3V.
Đó rõ ràng là quá nhiều ở 5V.
Bạn CÓ THỂ đã quyết định rằng tối đa 5A là OK - hoặc dòng điện trung bình bằng một nửa mức tối đa nếu được phân phối rộng rãi và chiều dài tối đa 50 feet có thể được chấp nhận.
Nhưng, thực hiện các thỏa hiệp vẫn sẽ giúp bạn giảm trong phạm vi 0,5 - 1,5 V.
Một vài máy ảnh ở phía xa có thể 'làm hỏng ngày của bạn'.

Mạng của bạn cần phải "câm" và có thể cung cấp năng lượng tối đa ở mức 5 VDC hoặc thông minh và chỉ cung cấp năng lượng bằng cách đàm phán. Ở 10A, đó là 5V x 10A = 50 W và có thể tăng gấp đôi để cho phép thả và nung chảy và .... 50 - 100W là đủ để bắt đầu một đám cháy với một chút khéo léo. Murphy có rất nhiều sự khéo léo. Đó không phải là thiếu sót nghiêm trọng nhưng cần phải chăm sóc. Đây là dòng điện thấp hơn và điện áp thấp hơn so với mạch điện xoay chiều cung cấp - vì vậy nếu bạn quan tâm nhiều đến mạng DC của mình như mạng điện xoay chiều thì có thể ổn - lưu ý rằng các công tắc có thể xử lý tốt DC ở dòng điện định mức (DC khó khăn hơn nhiều so với AC).

Lựa chọn 2:

Phân phối ở mức 8VDC trở lên (10-12VDC tốt hơn) (hoặc bạn có thể sử dụng AC) sẽ cho phép tự do khỏi các sự cố mất điện áp. Nếu bạn sử dụng bộ điều chỉnh cục bộ tuyến tính thì bạn sẽ mất hiệu quả với việc tăng điện áp thức ăn. Nếu 8VDC là "vừa đủ" thì bạn đang mất (8-5) / 8 ~ = 40% sức mạnh của bạn. Và nhiều hơn nữa với điện áp nhiều hơn. Và bạn đã thêm sự phức tạp và chi phí và một hệ thống phi tiêu chuẩn.

Nếu bạn sử dụng bộ chuyển đổi cục bộ, hiệu suất của bộ chuyển đổi cục bộ tương đối ổn định với điện áp nguồn cấp và tổn thất dây giảm khi điện áp tăng do tổn thất điện trở tỷ lệ thuận với bình phương hiện tại. Nhưng các bộ chuyển đổi thêm phức tạp và chi phí. POE (cấp nguồn qua ethernet) là một phiên bản của điều này - và chi phí cho mỗi bộ chuyển đổi có thể là đáng kể cho các thiết bị trên kệ, và so với việc sử dụng các nguồn cung cấp thương mại chính.

Tùy chọn 3:

Một ổ cắm điện duy nhất cho mỗi vị trí cho phép bạn vận hành PSU 5v cục bộ HOẶC một phích cắm AC chính với bộ sưu tập các gói.
Tại bàn nơi tôi đang gõ này, tôi có ổ cứng USB 18 x 12V trên kệ. Tôi đã xem xét việc sử dụng nguồn cung cấp 20A cộng thêm 12 V, dây dẫn tùy chỉnh (ổ cắm std và cáp từ ổ cứng vào hệ thống kết nối), nhưng cho đến nay, các bộ nguồn 18 x 12 V 1A cộng với các phích cắm chính cần thiết đã giành được. Sự sụt giảm điện áp không phải là một vấn đề, tôi có khả năng dự phòng nguồn điện tuyệt vời bằng cách cung cấp 2 psus dự phòng hoặc bằng cách mượn nguồn cung cấp từ nguồn cung cấp ít quan trọng hơn nếu cần.

Nhu cầu cung cấp 5V "USB" của tôi được đáp ứng bởi một số PC có ổ cắm USB, cộng với một số ổ cứng có đầu ra 5V. Và psus "USB" 5V rất sẵn có, giá cả hợp lý (đặc biệt là những chiếc đã qua sử dụng thường đáng tin cậy) và đầu nối là phổ quát.

Và nguồn điện AC (230 V 50 Hz trong trường hợp của tôi) có sẵn trong nhà, hoặc trong bất kỳ nhà hoặc doanh nghiệp nào tôi ghé thăm.

Đối với tôi, và có lẽ đối với bạn, tùy chọn 3 có ý nghĩa nhất.

Tôi đã sử dụng ethernet cấp điện thành công trong các thiết bị khác nhau được triển khai xung quanh nhà tôi.

Ưu điểm bao gồm:

• Có thể sử dụng bất kỳ hệ thống dây Cat-5 hiện có nào bạn có thể có
• Bất kỳ hệ thống dây điện bạn đặt vào có thể được tái sử dụng sau này nếu không cần thiết.
• Bộ điều hợp có sẵn để cung cấp và nhận nguồn điện có sẵn (thường được bán cho các hệ thống camera quan sát).
• Bạn có thể sử dụng cho các kết nối mạng có dây, thường đáng tin cậy hơn Wi-Fi

Tôi đang sử dụng PoE "thụ động" (4 dây cho mạng, 4 dây cho DC +/-) ở mức 24 V, với bước xuống 5V cục bộ ở đầu nhận. PoE 'kim phun' chạy hết UPS của tôi, vì vậy các thiết bị vẫn hoạt động khi bị cắt điện.

Giảm điện áp là kẻ giết người

Vấn đề là, sụt áp rất nghiêm trọng ở điện áp rất thấp, bởi vì dòng điện vốn đã cao hơn, và điện áp rơi là một hàm của dòng điện (E = IR). Đó là một hàm vuông chống điện áp. Điều đó có nghĩa là phân phối 5 V thay vì 12 V tệ hơn theo hệ số 5,76. Ví dụ nhanh, để chạy 100 '(30 m) với mức giảm điện áp 3,6%:

5 volt @ 12 ampe (60 W) cần 212 kcmil (4/0 AWG)
12 volt @ 5 ampe (60 W) cần 26 kcmil (6 AWG)

Đừng "bomp the wah"; thực sự làm tính toán sụt áp

Một lần tôi nhìn vào một dự án năng lượng mặt trời. 15 A @ 12-19 V, 14 dây AWG sẽ ổn. Ngoại trừ anh ta đang đi 200 '(60 m). Vì vậy, ông đã cho nó một vết sưng kích thước dây, và thêm một hoặc một biện pháp tốt, xóa tối đa 10 dây AWG. Tất nhiên, hệ thống hoàn toàn thất bại và không sạc lại pin của anh ấy như đã tính. Anh không thể hiểu được. "Bat ah đã đánh bại wah!" ^†

^{Dịch: "Nhưng tôi đã va vào (tăng kích thước) của dây"}

Và bạn cũng bọc nó. Bạn đã cho nó một cú va chạm chiếu lệ đến # 10 và đi "oughta là đủ!" Bạn thực sự phải đi vào máy tính giảm điện áp và kiểm tra . Điều này nên được dựa trên dòng điện thực tế được vẽ bởi các tải trên dây, không phải là bộ ngắt hoặc xếp hạng cung cấp. Đánh giá một nhánh dài cho 20 A khi chỉ cần mang 2 A là lãng phí.

Tôi đã thực hiện các tính toán vết sưng ở nơi hóa ra tôi không cần vết sưng.

Tuân thủ mã ... Nhưng nó không quá tệ

Bạn vẫn cần tuân theo Mã điện để cài đặt là một phần của tòa nhà. May mắn thay, các mã điện rất thoải mái cho việc cài đặt điện áp thấp và thoải mái hơn nữa khi cài đặt <55 W.

Trang web láng giềng diy.stackexchange.com là một trang tốt cho các câu hỏi về Mã.

12 V là tốt hơn nhiều mà bạn nên làm điều đó.

Như bạn đã thấy từ tính toán giảm điện áp 12/5 ở trên, 12 V hoạt động tốt hơn thế giới. Nó có cân nhắc giảm điện áp, vẫn còn; nhưng chúng giảm đi rất nhiều Trong khi đó, nó rất linh hoạt, và hệ thống thậm chí có thể được mở rộng thành một hệ thống sao lưu toàn bộ nhà.

• Ánh sáng LED 12 V có sự đa dạng rất lớn và có thể điều chỉnh độ sáng và hack nhiều hơn so với ánh sáng chính
• Hầu hết các bộ định tuyến và modem Internet có thể chạy trên nó
• Một số TV có thể chạy trên nó
• Pin có sẵn cho nó giá rẻ hoặc trong một số hóa chất
• Hầu hết các bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời có thể cung cấp cho nó
• Điều đó có nghĩa là khi mất điện, bạn có đèn và Netflix
• Một số chuông cửa thông minh thậm chí có thể chạy trên nó.
• Điều đó với một lò đốt chỉ có gas như Đế chế, máy nước nóng và bếp gas có thể làm cho một ngôi nhà hoàn toàn có thể sống được với lưới điện xuống hoặc vắng mặt

Hơn nữa, nhận được từ 12 V đến 5 V thực sự không phải là vấn đề. Nó có thể là bộ chuyển đổi năng lượng được bán phổ biến nhất ở bất cứ đâu!

Nó phụ thuộc vào khoảng cách như những người khác đề cập. Chúng tôi thực sự đã chạy một mạng RS485 với các nô lệ cung cấp năng lượng chính cách nhau 20 feet trong một cấu hình sao.

Chúng ta có thể dễ dàng chạy với một chiếc 5v 3A trên bản gốc, vì các nô lệ chỉ cần 3,3v được quản lý bằng bộ điều chỉnh điện áp đơn giản.

Và chúng tôi đã sử dụng dây điện xoắn giá rẻ để giảm chi phí cho việc thực hiện nhiều trang web.