Dnes se podíváme, jak pro naší SMS bránu dodat dostatečné množství elektřiny.

Šťáva pro všechny

Základ naší SMS brány tvoří 4 minipočítače Raspberry PI, jeden Raspberry Zero jako hlídač teploty, switch a pár modulů. Elektřinu by tak šlo vyřešit velmi snadno – pro každý minipočítač vlastní USB nabíječka, pro switch nechat jeho zdroj a hotovo. Tohle řešení má jednu obrovskou výhodu – pokud umře jeden zdroj, umře jenom jeden minipočítač a zbytek SMS brány funguje dál. Pokud umře zdroj pro switch, celá SMS brána je sice funkční, ale bez konektivity. Takže výsledek je 6 nabíječek, 6 zabraných zásuvek a stejně se nezbavíme SPOF v podobě switche.

Když se podíváme důkladněji na jednotlivé komponenty, zjistíme, že všechny potřebují pro svůj běh 5V nebo méně. Dokonce i zvolený switch DLink DGS-105 si vystačí s 5V. To nám přináší výhodu – celá SMS brána uvnitř může používat pouze 5V. Rozhodl jsem se tedy do SMS brány zabudovat síťový zdroj LRS-100-5, který mi poskytne snadných 5V pro veškeré komponenty. Zdroj je schopen dodávat až 90W energie (při 5V to je 18A), což bohatě stačí pro součet všech komponent při plném zatížení a ještě máme bohatou rezervu. Zdroj má navíc na výšku pouze 29mm, takže se krásně vejde do zvolené výšky 1U, tj. 44mm. Elektřinu do brány přivedeme pomocí klasického počítačového konektoru ICE C14, který všichni známe z počítačů a běžných zařízení. Konektor je dělaný pro trojžilový kabel, takže počítá i s ochranou zemí, nehrozí tedy problém při zkratu. Z konektoru přivedeme přímo do zdroje zem a nulák, fázi povedeme přes panelovou pojistku a vypínač. Ze zdroje ještě vytáhneme zemnící drát, který připojíme přímo ke krabici, aby se nám fáze nemohla dostat na vnější obal. Opravdu nechceme 230V na povrchu brány, potažmo na celém racku.

Pojistka a vypínač

Dávat hned za napájecí konektor pojistku je velmi, velmi dobrý zvyk. Sice zdroj sám o sobě má několik ochran proti přepětí, přetížení nebo zkratu, vždy je ale vhodné se na ně nespoléhat a přidat ochranu navíc. Pojistka vč. pouzdra do panelu stojí pár desetikorun a ochrání nás před požárem. Za to to rozhodně stojí. Jelikož pojistka bude přímo na fázi 230V, nepotřebuje být nijak silná. Z dokumentace zdroje vidíme, že si při plné zátěži bere ze sítě 1.2A (podle štítku na zdroji bychom dokonce měli počítat s 2.1A) ale musíme počítat se špičkovým odběrem až 50A při studeném startu. Použijeme tedy klasickou pomalou trubičkovou pojistku na 2A, která udrží zdroj i při plné zátěži. Ta sice nehrozí, ale je vhodné počítat se špičkami v odběru dalších komponent a přitom je dostatečně nízko, aby se rychle přepálila při zkratu.

Jako síťový vypínač jsem zvolil dvoupolohový kolébkový spínač, který zvládne proud až 3A, nehrozí tedy jeho poškození – dřív se přepálí pojistka. Vypínač je navíc podsvícený, což je příjemný bonus.

Vnitřní rozvod elektřiny

Ze zdroje máme vytažených 5V, musíme je ale dostat k jednotlivým komponentám. Na rozvod jsem navrhl PDU board, který je osazen několika svorkovnicemi pro připojení jednotlivých zařízení. Připojení switche je naprosto triviální (stačí z jeho zdroje ucvaknout kabel s koncovkou a připojit do PDU), u Raspberry se to může zdát trochu komplikovanější. Ale jenom do okamžiku, kdy si uvědomíme, že na headeru RPI je vyvedená zem a +5V. Tento vývoj je primárně určen k napájení jiných modulů, dá se přes něj ale napájet samotné Raspberry, nepotřebujeme tedy řešit USB kabely. Pozor, napájení přes header obejde nějaké ochrany na Raspberry, je tedy náchylnější k poškození, v praxi jsem se ale s problémem nepotkal. Přímo z PDU boardu budeme napájet Zero, teplotní čidlo a větráky (o řízení teploty bude jeden z dalších dílů). Odesílací Raspberry by šlo napájet z PDU taky, dokonce tak i první verze byla navržena, ale protože stejně vzniká malá destička kvůli RTC a GSM modulu, můžeme použít pro napájení přímo tu. Raspberry používá 5V, takže není potřeba žádné další opatření.

Napájení pro RTC a GSM modul

Napájení pro RTC je snadné, tam stačí přivést 5V a hotovo. RTC na sobě dále obsahuje baterii pro udržení hodin v chodu, zde je nutno použít nabíjecí baterii LIR, protože modul slouží zároveň jako nabíječka a udržuje baterii nabitou. Použití klasické CR baterie by vedlo k jejímu poškození!

Použitý GSM modul SIM800L je trochu zákeřnější. Nepoužívá 5V, ale ani 3.3V, které by bylo možno vytáhnout přímo z Raspberry. Modul je primárně určen pro zabudování do mobilních telefonů a je postaven na 4-4.5V, podle dokumentace je ideální napětí 4.3V. Zde nám pomůže malinká součástka – dioda. Diody se používají primárně k usměrnění proudu (vedou pouze jedním směrem), zároveň na nich ale dochází k drobnému úbytku napětí. Použijeme univerzální diodu 1N4007, která má úbytek krásných 0.7V a z 5V větve nám zařídí požadovaných 4.3V. Za ní ještě přidáme malý kondenzátor, abychom pokryli případné výkyvy a hotovo. Celý napájecí obvod naleznete na RTC boardu. Celé blokové schéma napájení vypadá takto:

Napájení všech komponent máme tedy vyřešeno. Příště se podíváme na řízení teploty v bráně.