Detalles de la implementación de una red de microcontroladores domésticos

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Actualmente estoy construyendo una casa y estoy pensando en agregar algunas funciones de automatización del hogar. Estaba pensando en colocar uno o dos microcontroladores en cada habitación (alojados en una caja de conexiones) y conectarlos a un concentrador central mediante una red CAN. Sé cómo hacer cosas interesantes como programar los microcontroladores y hacer los circuitos necesarios, pero hay algunas cosas más mundanas que no sé cómo hacer mejor:

  1. El primer problema es cómo alimentar a los microcontroladores. No quiero lidiar con las baterías. Tener un convertidor de CA / CC separado para cada microcontrolador parece ineficiente. Como no estoy usando Ethernet, el poder sobre Ethernet parece inconveniente. Así que estoy pensando en tener una fuente de alimentación de CC central (o tal vez una para cada piso), y luego pasar los cables a cada microcontrolador. ¿Suena esto como una buena opción?

  2. No sé nada acerca de las fuentes de alimentación, en términos de qué tipos diferentes están disponibles. ¿Hay puntos que debo tener en cuenta al seleccionar uno?

  3. Necesito ejecutar el bus CAN y la alimentación de cada microcontrolador. ¿Hay un cable estándar para hacer esto? (Algo que tiene dos pares de cables con blindaje y torsión adecuados, supongo). Sería bueno si pudiera tener un solo cable para cada microcontrolador.

  4. Algunos de los sensores pueden estar a varios pies de distancia de los microcontroladores a los que se conectan, por lo que tendré que colocar algunos cables en la pared entre ellos. ¿Puedo usar el cable que tengo para esto o hay alguna consideración especial que deba hacerse? (Lo siento si esto es demasiado general, ¡pero cualquier consejo sería apreciado!)

pregunta Winnie

3 respuestas

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El primer problema es cómo alimentar a los microcontroladores.

Utilizaría una fuente de alimentación central en algún lugar, luego el bus alrededor de DC junto con los cables CAN.

Tenga en cuenta que CAN es un bus lineal con dos extremos distintos. Por lo tanto, coloque la fuente de alimentación en algún lugar cerca del medio. Yo uso 24 V mínimo. He hecho cosas similares y he usado 24 V y 48 V en diferentes casos. 48 V es tan alto como puede y no tiene problemas regulatorios.

Un voltaje más alto es más eficiente ya que habrá menos corriente para la misma potencia. Cada nodo tendría un convertidor reductor que produce los bajos voltajes internos a partir del mayor voltaje del bus.

Por ejemplo, digamos que un nodo usa 100 mA a 5 V internamente, el conmutador Buck es 85% eficiente y el bus está a 48 V. El nodo solo atraería un poco más de 12 mA del bus. Si el bus estuviera a 24 V, el nodo dibujaría 25 mA.

Dibujar menos corriente causa menos caída de voltaje en la resistencia del cable. Tenga en cuenta que esto no solo es un problema para la potencia, sino también para la tierra. CAN es tolerante con el ruido de modo común (lo que sería un desplazamiento de tierra para el bus CAN), pero no puedes ir demasiado lejos.

Si encuentra demasiada holgura en un extremo del cable, siempre puede agregar otra fuente de alimentación en ese extremo. Debido a la resistencia del cable, las fuentes de alimentación múltiples no deben luchar entre sí. Aún así, pondría un diodo Schottky en serie con cada suministro. Este sistema es escalable, ya que puede agregar más suministros más adelante si el voltaje disminuye demasiado en algunos puntos. A menos que esté haciendo algo inusual, un solo suministro de 48 V en el medio es probablemente lo suficientemente bueno. Comienza con eso y ve dónde estás.

hay un modelo en particular

No hacemos eso aquí. Lee las reglas. Hay muchos muchos suministros de 48 V listos para usar. De todos modos, sugerir uno en particular sería una tontería.

¿Hay un cable estándar para hacer esto?

No he encontrado ninguna. Ojalá hubiera. Comencé a hablar con un fabricante de cables sobre esto hace un tiempo, pero me distraje con otras cosas.

... sensores ... ¿Puedo usar el cable que tengo para este

Eso obviamente depende de los requisitos del sensor y de qué es exactamente el cable. Esto es algo que tendrá que analizar cada caso.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Para los elementos 1 - 2, sugeriría una regulación local de voltaje de CC alimentada desde la fuente de alimentación. Algo como esto depende de si te gustan los rieles DIN o no: -

PuedeobtenerlosdeproveedoresdecomponentesenlíneacomoRSComponentsoAmazon.Estentadorescatimarenelmundano,peroconsideraloqueinstalaríaunconstructordecasas.Quieresqueseaconfiableylomásimportanteseguro.Novoyaentrarenporquédeberíadistribuirlasredesprincipalesylasregulacioneslocalesaquí.Esoseríasimplementerepetirelmaterialmuybiencubiertoen:-

Red de energía: CA vs DC

Cómo deshacerse de los adaptadores de CA / CC

Para los ítems 3 -4, es difícil decirlo, pero también considera qué cambiarás. Los controladores no vivirán aislados. Necesitan controlar HVAC, luces o alarmas. Esta es también otra razón para desconectarlos de la red, ya que estarán cambiando la red. La lista es interminable por lo que se requiere flexibilidad. Es posible que desee que toda su iluminación para una habitación se cambie centralmente con relés. Eso requiere cableado de red de todos modos. Si investiga la automatización doméstica, verá que el cableado de Ethernet es el más común. Permite la alimentación a través de Ethernet para algunos dispositivos, y también la transmisión de audio / visual / datos. Y es barato - £ 100 / 300m.

Sin embargo,

CANbus no parece ser tan popular para la automatización doméstica. Ethernet parece dominar, ya que hay un controlador central en los proyectos de la casa y no se puede conectar fácilmente a Internet con un cable CANbus. Entonces tendrías que tener un sistema paralelo. Mira lo que hacen los demás, ya que la automatización se está haciendo popular. También busque en MQTT para el comando y control. Es un tema amplio.

Una cosa que destacaría es el temporizador de vigilancia. Mire esto para que los nodos de control locales sean confiables. Y los perros guardianes a bordo no siempre son. Un puntero poco fiable puede causar estragos en ellos. La sonda espacial Voyager tiene siete ellos , pero es posible que desee un poco menos para una casa.

    
respondido por el Paul Uszak
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Tendrás picos feos en las líneas de 117 voltios dentro de la casa, desde los rectificadores de horno de microondas.

Esas corrientes nominales de 10 amperios se convierten en 100 amperios en los picos del pecado. Los altos voltajes, digamos 1,000 voltios que deben rectificarse, en una unión de 1 diodo que necesita 0,026 voltios para un aumento de corriente de 2.718X, causan enormes velocidades de giro de corriente.

Espere tasas de respuesta de voltaje en el rectificador de 1,000 voltios * 377 = 377,000 voltios por segundo. Con solo 0.026 voltios necesarios para un aumento de 2.718x, el tiempo de turnon es 1 / (377,000 / 0.026) = 1 / (377,000 * 39) = 1 / (15,000,000)

= 60 nanosegundos.

Su cableado de 117 voltios, haciendo caso omiso de la inductancia de la línea, tendrá sobretensiones de 100 amperios con un tiempo de subida de 60 nanosegundos.

Si está a 0.1 metros de ese cable, con PCB que tienen circuitos GND de 0.1 * 0.1 metros, el voltaje inducido variará

Vinduce = 2e-7 * 0.1 * 100 amps / 60 nanosegundos

Vinduce = 2e-8 * 1,600,000,000 amps / segundo = 2e-8 * 1.6 e + 9 = 32 voltios.

Resumen: espere 32 voltios inducidos en cualquier cosa cerca del cableado, cuando el horno de microondas esté funcionando.

    
respondido por el analogsystemsrf

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