Implementierungsdetails eines Mikrocontroller-Heimnetzwerks

Das erste Problem ist, wie die Mikrocontroller mit Strom versorgt werden.

Ich würde irgendwo eine zentrale Stromversorgung verwenden und dann zusammen mit den CAN-Kabeln um Gleichstrom herumbusen.

Denken Sie daran, dass CAN ein linearer Bus mit zwei unterschiedlichen Enden ist. Sie platzieren das Netzteil daher irgendwo in der Nähe der Mitte. Ich würde mindestens 24 V verwenden. Ich habe ähnliche Dinge getan und in verschiedenen Fällen 24 V und 48 V verwendet. 48 V ist so hoch, wie Sie gehen können, ohne dass Sie in regulatorische Probleme geraten.

Eine höhere Spannung ist effizienter, da bei gleicher Leistung weniger Strom fließt. Jeder Knoten hätte einen Abwärtswandler, der die internen niedrigen Spannungen aus der höheren Busspannung erzeugt.

Nehmen wir zum Beispiel an, ein Knoten verbraucht intern 100 mA bei 5 V, der Abwärtsumschalter hat einen Wirkungsgrad von 85 % und der Bus liegt bei 48 V. Der Knoten würde nur etwas mehr als 12 mA aus dem Bus ziehen. Wenn der Bus 24 V hätte, würde der Knoten 25 mA ziehen.

Das Ziehen von weniger Strom verursacht einen geringeren Spannungsabfall über dem Kabelwiderstand. Beachten Sie, dass dies nicht nur ein Problem für die Stromversorgung, sondern auch für den Boden ist. CAN ist tolerant gegenüber Gleichtaktrauschen (wie ein Masseversatz für den CAN-Bus aussehen würde), aber Sie können nicht zu weit gehen.

Wenn Sie an einem Ende des Kabels zu viel Durchhang feststellen, können Sie an diesem Ende jederzeit ein weiteres Netzteil hinzufügen. Aufgrund des Kabelwiderstands sollten sich die mehreren Netzteile nicht gegenseitig bekämpfen. Trotzdem würde ich mit jeder Versorgung eine Schottky-Diode in Reihe schalten. Dieses System ist skalierbar, da Sie später weitere Versorgungen hinzufügen können, wenn die Spannung an einigen Stellen zu stark einbricht. Sofern Sie nicht etwas Ungewöhnliches tun, ist eine einzelne 48-V-Versorgung in der Mitte wahrscheinlich gut genug. Beginnen Sie damit und sehen Sie, wo Sie stehen.

gibt es ein bestimmtes modell

Das machen wir hier nicht. Lese die Regeln. Es gibt viele, viele handelsübliche 48-V-Versorgungen. Eine bestimmte vorzuschlagen, wäre sowieso albern.

Gibt es dafür ein Standardkabel?

Ich habe keine gefunden. Ich wünschte, es gäbe. Ich habe vor einiger Zeit angefangen, mit einem Kabelhersteller darüber zu sprechen, wurde aber von anderen Dingen abgelenkt.

... Sensoren ... Kann ich dafür einfach jedes Kabel verwenden, das ich habe?

Das hängt natürlich von den Anforderungen des Sensors ab und was genau das Kabel ist. Das müssen Sie von Fall zu Fall analysieren.

Für die Punkte 1 - 2 würde ich eine lokale Gleichspannungsregelung vorschlagen, die aus dem Stromnetz gespeist wird. So etwas, je nachdem, ob Sie auf DIN-Schienen stehen oder nicht: -

Sie können sie von Online-Komponentenanbietern wie RS Components oder Amazon beziehen. Es ist verlockend, am Alltäglichen zu sparen , aber bedenken Sie, was ein Hausbauer installieren würde. Sie soll zuverlässig und vor allem sicher sein. Ich werde hier nicht darauf eingehen, warum Sie Netze verteilen und lokal regulieren sollten. Das wäre einfach das Wiederholen von Material, das sehr gut behandelt wird in: -

Stromnetze: AC vs. DC

Verzicht auf AC/DC-Adapter

Für die Punkte 3-4 ist es schwer zu sagen, aber bedenken Sie auch, was Sie wechseln werden. Die Kontrolleure werden nicht isoliert leben. Sie müssen HLK, Beleuchtung oder Alarme steuern. Dies ist auch ein weiterer Grund, sie vom Netz zu betreiben, da sie das Netz wechseln werden. Die Liste ist endlos, daher ist Flexibilität erforderlich. Vielleicht möchten Sie Ihre gesamte Beleuchtung für einen Raum zentral mit Relais schalten. Das erfordert ohnehin eine Netzverkabelung. Wenn Sie sich mit der Hausautomation befassen, werden Sie feststellen, dass Ethernet-Verkabelung am häufigsten verwendet wird. Es ermöglicht Power over Ethernet für einige Geräte sowie Audio-/Video-/Datenübertragung. Und es ist billig - 100 £ / 300 Millionen.

CANbus scheint jedoch für die Hausautomation nicht so beliebt zu sein. Ethernet scheint zu dominieren, da es in Hausprojekten eine zentrale Steuerung gibt und Sie das Internet nicht einfach über ein CANbus-Kabel übertragen können. Sie müssten dann ein paralleles System haben. Schauen Sie sich an, was alle anderen tun, da die Automatisierung immer beliebter wird. Sehen Sie sich auch MQTT für Befehl und Kontrolle an. Es ist ein breites Thema.

Eine Sache, die ich hervorheben möchte, sind Watchdog-Timer. Untersuchen Sie dies, damit die lokalen Steuerknoten zuverlässig sind. Und an Bord sind nicht immer Wachhunde. Ein zwielichtiger C-Zeiger kann sie verwüsten. Die Voyager-Raumsonde hat sieben davon , aber vielleicht möchten Sie ein paar weniger für ein Haus.

Sie werden hässliche Spitzen auf den 117-Volt-Leitungen im Haus haben, von Mikrowellengleichrichtern.

Diese 10 Ampere Nennströme werden an den Sin-Spitzen zu 100 Ampere. Die hohen Spannungen, beispielsweise 1.000 Volt, die gleichgerichtet werden müssen, über 1 Diodenübergang, der 0,026 Volt für eine 2,718-fache Stromerhöhung benötigt, verursachen enorme Stromanstiege.

Erwarten Sie Spannungsanstiege am Gleichrichter von 1.000 Volt * 377 = 377.000 Volt pro Sekunde. Da nur 0,026 Volt für eine 2,718-fache Erhöhung benötigt werden, beträgt die Einschaltzeit 1 / (377.000 / 0,026) = 1 / (377.000 * 39) = 1/(15.000.000)

= 60 Nanosekunden.

Ihre 117-Volt-Verkabelung hat, abgesehen von der Leitungsinduktivität, 100-Ampere-Stöße mit Anstiegszeiten von 60 Nanosekunden.

Wenn Sie 0,1 Meter von diesem Draht entfernt sind und die Leiterplatte 0,1 * 0,1 Meter GND-Schaltungen hat, wird die induzierte Spannung ve sein

Vinduce = 2e-7 * 0,1 * 100 Ampere/60 Nanosekunden

Vinduce = 2e-8 * 1.600.000.000 Ampere/Sekunde = 2e-8 * 1,6 e+9 = 32 Volt.

Zusammenfassung: Erwarten Sie 32 Volt, die in irgendetwas in der Nähe der Verkabelung induziert werden, wenn der Mikrowellenherd arbeitet.