Sichere Stromversorgungsmethoden - Arbeiten mit Kindern

Ich führe dieses Jahr an der Uni ein Forschungsprojekt durch, das die Entwicklung kleiner elektronischer sensorischer Geräte für Kinder (unter 7) mit Autismus beinhalten wird. Sicherheit muss natürlich sehr ernst genommen werden.

Es werden nur relativ geringe Strommengen verwendet - wahrscheinlich um einfache Sensoren auf einem Arduino-Board mit Strom zu versorgen -, aber da mein Wissen über alle elektronischen Dinge ziemlich begrenzt ist, dachte ich, ich würde versuchen, zuerst einige Vorschläge zu bekommen.

Bei meiner Recherche habe ich PoE bei littlebird gefunden: http://littlebirdelectronics.com/collections/freetronics/products/4-channel-power-over-ethernet-midspan-injector - was wie eine ziemlich gute Lösung aussieht, Da ich die Möglichkeit haben möchte, das Gerät über ein lokales Netzwerk fernzusteuern. Ein Vorteil ist auch, dass ich die Anzahl der aus dem Gerät herausragenden Kabel auf ein Minimum reduzieren kann und auch kein direktes Kabel zu einer Wandsteckdose habe.

Bisher bin ich wirklich nur in der Phase der Planung des "Kerns" dieser Geräte, die ein Arduino-Board mit begrenzten Sensoren sein würde, möglicherweise unter Verwendung der internen Teile einer Wii-Fernbedienung. Da ich noch keine bestätigten Teilnehmer habe, weiß ich nicht genau, mit welchen sensorischen Bedürfnissen ich arbeiten werde (jedes autistische Kind wird spezifische sensorische Probleme haben) und daher genau, wie viel Strom ich für die Geräte benötige. Ich werde jedoch versuchen, es auf ein Minimum zu beschränken, einfach aus Sicherheitsgründen.

Wenn Sie Ihre Frage lesen, sieht es so aus, als hätten Sie ein Problem. Vielleicht "was ist der einfachste Weg, dieses Gerät mit Strom zu versorgen, wenn Kinder es nicht erreichen können?" und habe jetzt etwas recherchiert. Nach der Recherche haben Sie etwas gefunden, das funktionieren könnte. Ihre Frage ist auf Ihre Lösung ausgerichtet, wenn Sie stattdessen an einer originellen Frage interessiert waren, geben Sie direkt oft sehr, sehr gute Antworten und informieren Sie manchmal über etwas, für das Sie sich auf dem Gebiet befinden müssten, um es leicht zu lernen.
Sie haben absolut Recht - es war eine sehr Suggestivfrage. Nach meiner Recherche scheint PoE eine gute Lösung zu sein, aber aufgrund meines begrenzten Wissens bin ich definitiv offen für Vorschläge.
@kodampixel, wenn Sie Ihre Frage so bearbeiten, dass sie das enthält, was Sie benötigen, alle Ihre Spezifikationen und uns entscheiden lassen, dass wir helfen können, aber wir brauchen wirklich alle Ihre Anforderungen. Das Abtippen kann ein wenig dauern, aber Ihre Frage war gut geschrieben, und ich bin sicher, dass Ihnen das Ergebnis gefallen wird, wenn Sie uns sagen, was Sie brauchen, und Experten einbeziehen.
Danke für den Vorschlag, Kortuk. Ich habe den Beitrag aktualisiert, was die Sache jetzt hoffentlich etwas klarer macht.
dafür bezahlen sie mich nicht :)

Antworten (3)

Power over Ethernet (PoE) ist wahrscheinlich am besten geeignet, wenn die Geräte netzwerkfähig sind, ansonsten entspricht ein Ethernet-Kabel ziemlich genau einem (Schwachstrom-) Netzkabel oder einem USB-Kabel.

Für alle Geräte, die von Testpersonen „getragen“ oder „angebracht“ werden sollen, würde ich dringend ein ungebundenes Design in Betracht ziehen, das mit wiederaufladbaren Batterien betrieben wird. Für kleine Signale (dh Sensoren, Datenprotokollierung, keine Motoren, sehr einfache LED-Beleuchtung) sollte diese Option für Zeiträume von bis zu 24 Stunden oder länger leicht wirtschaftlich und praktisch sein. NiMH wäre aufgrund der niedrigen Kosten und der breiten Verfügbarkeit meine erste Wahl, gefolgt von Lithium. Stellen Sie einfach sicher, dass Sie ein geeignetes Ladegerät für den Batterietyp verwenden, und die Dinge sollten einfach funktionieren.

Beachten Sie , dass die meisten wiederaufladbaren Batterien wie AA-Zellen nur 1,2 statt 1,5 Volt liefern, sodass 4 davon nicht für 5 V ausreichen, die zur stabilen Stromversorgung eines Arduino erforderlich sind, während nicht wiederaufladbare (dh Einweg-) Zellen wie Alkali- oder Zink-Kohle würde.

Bei Elektrizität müssen Sie sowohl Spannung als auch Strom kennen. Der Arduino selbst benötigt einen Eingangsbereich von 7-12 DC bis zu 500 mA (ich habe keine durchschnittliche / typische Stromreferenz, würde aber etwa 100-125 mA oder weniger schätzen) von einer externen Gleichstromquelle. Der USB-Anschluss kann auch verwendet werden, um 5 Volt, bis zu 500 mA, von einem USB-Hub mit Stromversorgung oder einem USB-Anschluss mit Stromversorgung zu ziehen.

Die Verwendung eines kostengünstigen AC/DC-Netzadapters mit geringem Strom (z. B. 250–500 mA Ausgang ) ( Wandsteckdose ) wäre eine Standardmethode, wenn ein nicht unerheblicher Stromverbrauch besteht oder ein kontinuierlicher Betrieb über einen langen Zeitraum erforderlich ist. Ein modernes Schaltnetzteil (SMPS)-basiertes Gerät ist zu geringen Kosten erhältlich und hat ein geringes Gewicht, da es auf die Notwendigkeit eines darin eingeschlossenen großen Leistungstransformators verzichten kann. Kombiniert mit den Leistungsbegrenzungsfunktionen, die bereits im Aruino (UNO) von der rücksetzbaren Sicherung enthalten sind(PTC, glaube ich), der für die USB-Stromquelle verwendet wird, und / oder der lineare Spannungsregler, der zur Regulierung der Stromversorgung von einem AC-DC-Netzteil verwendet wird, der auch Überspannungs-, Strombegrenzungs- und Kurzschlussschutz umfasst, es sei denn, Sie benötigen zusätzliche Stromanforderungen (z. B. Motoren, Hochleistungs-LEDs) können Sie den im Arduino eingebauten Schutz als ausreichenden Stromschlag- / Verbrennungsschutz verwenden.

Danke, das war eine wirklich hilfreiche Antwort - viele neue Ideen, die ich mir ansehen kann. Glücklicherweise muss ich mich nicht damit abmühen, den Teilnehmern der Studie physisch irgendetwas beizufügen, also denke ich, dass ich es zunächst mit PoE versuchen werde (wie Sie sagen, ist es auch ein Häkchen bei der Netzwerkfähigkeit). Ich hatte jedoch nicht daran gedacht, dass der Arduino als Stoßschutz für niedrige Ströme fungieren kann - das wird auch sehr hilfreich sein.
Um es ein wenig zu vereinfachen: Beim Arbeiten mit Niederspannungs- und Niederstromelektronik besteht das größte verbleibende Risiko darin, die Stromversorgung kurzzuschließen (kurzzuschließen). Die Strombegrenzung (wie Sicherungen und rückstellbare Sicherungen, Leistungsschalter und Überstromschutzgeräte/ICs) löst also die meisten Probleme. Der zweite ist der Polaritätsschutz der Stromversorgung, der mit einer einfachen Diode (oder einem P-Kanal-MOSFET mit geerdetem Gate) gehandhabt werden kann, um sicherzustellen, dass der positive Spannungseingang korrekt angeschlossen ist.

Ein PoE-Switch wird normalerweise verwendet, um IP-Telefone über ein Ethernet-Kabel mit Strom zu versorgen, ohne dass ein zusätzliches Netzteil erforderlich ist. Es hört sich so an, als würden Sie mit Ihren Geräten etwas Ähnliches tun.

Der Midspan-Injektor ist sicherlich eine kostengünstige Möglichkeit, einen Ethernet-Port ohne Stromversorgung mit Strom zu versorgen, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass er die Versorgungsspannung steuern kann. Sie können PoE-Switches mit allem eingebauten erhalten, daher empfehle ich auch, sich diese anzusehen, da sie möglicherweise sauberer und einfacher zu verwenden sind, aber möglicherweise etwas mehr kosten.

Sie könnten auch Ihre eigene Version des Midspan-Injektors für noch weniger Geld herstellen. Sie benötigen einige RJ45-Buchsen und ein Netzteil, und verbinden Sie einfach die Datenpins direkt durch und die Versorgung der Ausgangsbuchsen mit den Power-Pins.

Hier ist eine Tabelle der Pinbelegung für RJ45-Ethernet mit und ohne Stromversorgung:

PINBELEGUNG

Eine Sache, auf die Sie achten müssen, ist, dass „Standard“-PoE 48 V beträgt, die je nach Länge Ihres Ethernet-Kabels auf bis zu 32 V abfällt. Stellen Sie sicher, dass Sie beim Aufteilen der Versorgung vom Ethernet am Ardunio-Ende etwas haben, um die Spannung auf 9-12 V zu reduzieren. Wenn Sie einen Injektor verwenden, können Sie diesen steuern und eine niedrigere Spannung liefern, aber wenn Sie einen Standard-PoE-Switch verwenden, müssen Sie sich dessen bewusst sein.

Welche Art von sensorischen Geräten werden Sie an Ihre PoE-Ports anschließen?

Danke für die schnelle Antwort! Ich plane, sehr einfache und begrenzte sensorische Eingaben zu verwenden: vielleicht einen Drucksensor oder Beschleunigungsmesser. Diese würden möglicherweise so etwas wie einen kleinen Motor oder LEDs auslösen. Batteriebetrieb könnte also eine alternative Option sein, aber ich möchte immer noch in der Lage sein, Daten mit dem lokalen Netzwerk zu kommunizieren, was bedeutet, dass Kabel oder ein Sender einer bestimmten Beschreibung verwendet werden.

Sie haben wahrscheinlich ein Human Research Review Board, um Ihre Entscheidung zu treffen (zumindest in den USA). Batterien sind oft die einfachste sichere Stromversorgung. Sie müssen immer noch von jeder anderen elektrischen Quelle isolieren, wahrscheinlich einschließlich Ihres Netzwerks. Überprüfen Sie die Überprüfungskriterien.

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