1. Описание проекта

К распространённым проводным протоколам связи в умном доме относятся RS485, RS232, CAN, Ethernet, PLC, KNX и др. Ethernet — часто используемый проводной протокол связи, подходящий для передачи данных и подключения к Интернету в умном доме. Через Ethernet устройства умного дома можно подключить к маршрутизаторам или шлюзам для удалённого управления и доступа в Интернет.

Данный проект в основном демонстрирует сценарии применения Ethernet для питания по POE, объединения устройств в сеть и управления в системах умного дома.

2. Лицензия открытого исходного кода

Данный проект использует лицензию CC-BY-NC-SA 3.0, пожалуйста, соблюдайте условия лицензии!

Название лицензии

CC-BY-NC-SA 3.0

Creative Commons License-Attribution-NonCommercial-ShareAlike

Введение

Все указанные выше соглашения являются лицензиями Creative Commons. Буквы в каждой части означают:

CC : Сокращение от лицензии Creative Commons (англ.: Creative Commons license)

BY : Атрибуция. Вы должны указать соответствующее авторство, предоставить ссылку на эту лицензию и обозначить, были ли внесены изменения.

SA: Share Alike (На тех же условиях), если вы ремикшируете, преобразуете или создаёте на основе этой работы, вы должны распространять и публиковать свой вклад под той же лицензией, что и оригинал.

NC : Non-Commercial (Некоммерческое использование), вы не можете использовать эту работу в коммерческих целях.

ND : Производные запрещены. Если вы ремикшируете, преобразуете или создаёте на основе работы, вы не можете распространять или публиковать изменённую работу.

3. Ход проекта и функции модулей

серийный

номер

Примечание: *¹ W5500 заменён на LAN8720, а последующие модули будут модернизированы с применением дизайна корпуса на рейку UM90.

4. Внешний вид изделия

Модуль ①: Модуль POE W5500+TPS2378

Модуль ②: Одноканальный модуль питания DC-DC

Модуль ③: Модуль стыковки гигабитного сетевого кабеля

Модуль ④: Модуль управления PSE TPS23861

Модуль ⑤: Двухканальный модуль питания DC-DC

Модуль ⑥: Модуль управления ESP32

Модуль ⑦: Модуль управления вводом-выводом MCP23017

Комбинация 1

Комбинация 2

общий вид

5. Демонстрация функций изделия

Тест питания светодиода от модуля W5500-POE: https://www.bilibili.com/video/BV1PL411r7Pa/

Тест питания вентилятора от модуля W5500-POE: https://www.bilibili.com/video/BV1rb411Z76Y/

Получение IP-адреса модулем W5500-POE： https://www.bilibili.com/video/BV1uT411D7ks/

Тест скорости сети модуля стыковки гигабитного сетевого кабеля: https://www.bilibili.com/video/BV1MC4y1o7pr/

Тест расширения ввода-вывода ESP32+MCP23017: https://www.bilibili.com/video/BV1Rb4y1g71c/

Введение и тестирование системы: https://www.bilibili.com/video/BV1nc411r7LJ/

6. Принцип работы подмодулей

(1) Модуль питания PSE

①Схема детектирования питания по POE

TPS23861 определяет, следует ли подавать питание на устройство, путём детектирования состояния тока порта питания. При этом три вывода GATE, DRAIN и SEN используются для управления состоянием включения/выключения цепи. Вывод SEN служит для детектирования состояния тока. GATE используется для управления характеристиками включения/выключения внешнего мощного MOS-транзистора. DRAIN используется для обеспечения базового напряжения на стоке. Когда PD-устройство не подключено, GATE реализует управление включением/выключением питания внешних устройств путём открытия и закрытия MOS-транзисторов. Когда нагрузка не соответствует требованиям, базовый ток, детектируемый SEN, очень мал, и в этом случае GATE не будет находиться в постоянно открытом состоянии, а при наличии нагрузки ток, возвращающийся в SEN, будет очень большим. В этот момент микросхема детектирует ток, соответствующий требованиям, и удерживает затвор GATE в длительно открытом состоянии, тем самым реализуя схему детектирования для питания оборудования POE.

②Процесс согласования питания PoE

После подачи питания на PSE-устройство и подключения PD-устройства к PSE-устройству через сеть PSE и PD начинают согласование питания:

Детектирование PD: PSE периодически выдаёт на порт небольшое напряжение с ограниченным током для детектирования наличия PD-оборудования. Если обнаружен резистор с определённым значением сопротивления, это означает, что к концу кабеля подключено питаемое оконечное устройство, поддерживающее стандарт IEEE 802.3af или IEEE 802.3at (конкретный резистор со значением сопротивления от 19kΩ до 26.5kΩ, а обычное небольшое напряжение составляет 2.7V~10.1V, период детектирования — 2 секунды).
Согласование мощности питания (процесс классификации PD-устройства): PSE классифицирует PD и согласует мощность питания. Согласование мощности питания может быть реализовано не только путём анализа сопротивления, передаваемого PSE и PD, но и через протокол обнаружения канального уровня LLDP (Link Layer Discovery Protocol) для обнаружения и уведомления о мощности питания при согласовании.
Начало подачи питания: В течение периода запуска (обычно менее 15μs) PSE-устройство начинает подавать питание на PD-устройство с низкого напряжения, пока не обеспечит 48V постоянного напряжения.
Нормальное питание: После достижения напряжения 48V PSE обеспечивает стабильное и надёжное питание постоянным напряжением 48V для PD-устройства, при этом потребление PD-устройства не превышает максимальную выходную мощность PSE.

Это краткое изложение проекта. Полную версию с подробностями смотрите на сайте оригинала: https://oshwlab.com/oshwhub.com/wired-smart-home-solutions