Próbowanie radzenia sobie z IIC to zły pomysł. IIC jest tak naprawdę przeznaczone do komunikacji między chipami na jednej płycie. Ponieważ maksymalny prąd wymagany do obniżenia linii jest ograniczony, linie mają stosunkowo wysoką impedancję (kilka kΩ). Oznacza to, że mogą łatwo odbierać szum, co jest poważnym problemem, gdy biegną w nieekranowanym kablu w ścianach, prawdopodobnie tuż obok przewodów zasilających AC.

Użyłbym do tego CAN. CAN wykorzystuje pojedynczą skrętkę połączoną z tylko 60 Ω w dowolnym punkcie, a sygnał jest różnicowy. Oznacza to, że większość nieuniknionych szumów w trybie wspólnym, które zostaną wychwycone w wyniku sprzężenia pojemnościowego, może zostać wyeliminowana przez odbiorniki. CAN działający z prędkością 500 kb / s może pokryć coś wielkości zwykłego domu.

Obecnie dostępnych jest wiele mikrokontrolerów z wbudowanym CAN. Zwykle potrzebny jest oddzielny fizyczny układ nadawczo-odbiorczy (jak zwykły MCP2551), ale kilka najniższych warstw protokołu jest zaimplementowanych w krzemie w urządzeniu peryferyjnym CAN. Firmware współdziała z magistralą CAN na poziomie wysyłania i odbierania kompletnych pakietów. Wykrywanie kolizji i ponowna próba, generowanie sumy kontrolnej, szczegóły sygnalizacji pakietu magistrali, weryfikacja odebranej sumy kontrolnej i regulacja dryftu zegara są obsługiwane za Ciebie.

Nie daj się nabrać na RS-485. To relikt z minionej epoki. Wykorzystuje również pojedynczy sygnał różnicowy, taki jak CAN, więc ma również dobrą odporność na zakłócenia. Jednak ludzie zwykle wpadają w RS-485, ponieważ wygląda na „prostszy”. Dzieje się tak tylko dlatego, że nie patrzą na cały system. Po pierwsze, nie jest to wcale mniej skomplikowane pod względem elektrycznym. Nadal będziesz potrzebować jakiegoś transcievera do kierowania i odbierania sygnału różnicowego. To, czy masz transceiver RS-485 podłączony do UART mikrokontrolera, czy MCP2551 podłączony do urządzenia peryferyjnego CAN, jest prawie nieistotne z punktu widzenia kosztów i złożoności sprzętowej. Duża różnica polega na tym, że RS-485 pozostawia Cię na poziomie surowych bajtów (przez UART). Oznacza to, że aby zaimplementować jakikolwiek sensowny i niezawodny system, musisz wymyślić własny protokół do obsługi wykrywania kolizji, decydować o tym, jak obsługiwać ponowne próby, pakietowanie, generowanie i sprawdzanie sum kontrolnych, kontrolę przepływu itp. Prawidłowe szczegóły są o wiele trudniejsze, niż myślą ludzie, którzy nie przeanalizowali ich wszystkich dokładnie. Dzięki CAN możesz po prostu wysyłać i odbierać pakiety, a sprzęt dba o szczegóły.

I2C nie jest właściwą drogą. Każdy trancievery CAN kosztują dolara i możesz ich używać jako transfery uart i napisać własny protokół, więc nie potrzebujesz mikrokompatybilnego z puszką, jeśli nie chcesz używać pełnego stosu puszek.

Zawsze czuję, że trochę niewygodne, gdy widzę przewodniki cat5 równolegle dla większego prądu. Wkurza mnie to, ponieważ jeśli jeden przewodnik zerwie się, drugi będzie przenosił pełny prąd systemu. Obecne oceny kategorii 5 są bardzo konserwatywne, więc prawdopodobieństwo pożaru jest dość niskie, ale po prostu nie podoba mi się taka możliwość.

Bezpiecznym sposobem na to jest posiadanie polifuse na obu szynach zasilających i połączenie z ziemią na zasilaniu i podłącz każde urządzenie do jednego i tylko jednego zestawu zasilania / uziemienia. W ten sposób, jeśli jeden przewód ulegnie awarii, urządzenia wykorzystujące tę linię tracą moc, zamiast jednej linii przenosić moc dwóch.

Wiele osób lubi umieszczać zasilanie i uziemienie w obu skrętkach z powodów EMI zamiast jednej pary zasilania i jednej pary uziemienia. Jeśli masz dwie pary zasilania / uziemienia, linia energetyczna będzie bliżej ziemi, a pola zostaną anulowane, zmniejszając wszelkie transmitowane lub odbierane fale radiowe z linii energetycznych. Niepotrzebne, ale fajne, jeśli brzęczy dużo szumów elektrycznych.

12 V moim zdaniem jest za niskie do dystrybucji mocy, kiedy 24 V jest nadal dość bezpieczne i znacznie wydajniejsze.

Jeśli automatyzacja po prostu włącza i wyłącza rzeczy w domu, uprościłbym to przez:

• Trzymanie wszystkich „mózgów” w jednym miejscu. W razie potrzeby użyj ekspanderów I / O I2C, ale trzymaj je wszystkie z raspberry pi. Będziesz także potrzebował odpowiedniego sprzętu, aby upewnić się, że nie próbujesz pobierać zbyt dużego prądu ze styków GPIO pi.
• Użyj kabli Ethernet, aby po prostu sterować przekaźnikami. Możesz zbudować własną płytkę lub otrzymać panelowe przekaźniki półprzewodnikowe 120/240 V, które zostaną zamontowane w skrzynce elektrycznej. Przewody w kablach Ethernet Cat5 mogą obsługiwać do 50 V przy 320 mA każdy, co jest więcej niż wystarczające do sterowania przekaźnikiem. W rzeczywistości można sterować 7 przekaźnikami za pomocą jednego kabla (plus jeden przewód do masy). Lub zostaw jeden przewód dla wyjścia 12 V, aby rozłączyć, aby można było również zainstalować przełącznik ręczny. Jeśli są to naprawdę długie przebiegi, być może będziesz musiał wziąć pod uwagę spadek napięcia, ale możesz uzyskać przekaźniki, które będą przełączać się przy 3-32 V. 12 V powinno wystarczyć, nawet przy spadku napięcia.
• Będziesz także chciał skonsultować się z lokalnymi przepisami budowlanymi, aby uzyskać porady dotyczące łączenia kabli wysokiego i niskiego napięcia w tym samym pudełku.
• Proste przełączniki można również wykonać za pomocą kabli Ethernet, ponownie do 7 na kabel, i po prostu podłączyć je do wejść pi. Spadek napięcia może być problemem w przypadku naprawdę długich kabli.
• Możesz także chcieć użyć optoizolatorów do ochrony pi przed uszkodzeniem.
• W przypadku nielicznych urządzeń, które potrzebują więcej niż przekaźnik (np. panel sterowania), użyj kabli Ethernet jako rzeczywistych Ethernet. Nie powinno to być dużym wydatkiem, jeśli takich urządzeń jest niewiele. Mogą to być kolejne pi lub mikrokontroler z siecią Ethernet.

^{symuluj ten obwód - schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

EUREKA ! Domyśliłam się! (nieprzetestowane, przetestuję to w ten weekend)

Układy interfejsu to NXP P82B96 I2C bufor / rozdzielacz i 2 układy interfejsu magistrali CAN TI SN65HVD251P. Zasadniczo używam I2C na CAN PHY.

P82B96 rozumie protokół I2C i obsługuje dla mnie arbitraż na magistrali i daje mi oddzielne styki Tx i Rx, które można ze sobą powiązać. Podaję je do transceivera SN65HVD251P CAN i daje mi dwukierunkową parę różnicową do przesyłania przez przewody.

Piny zasilania są dostarczane bezpośrednio, niebuforowane z szyny 5 V mojego Pi. (Przez chwilę nie będę używał napięcia i zasilania sygnalizacyjnego 12V)

Niezależnie od zalet IIC na poziomie chipów, proponowana przez Ciebie implementacja będzie bardzo trudna. Problemem jest arbitraż autobusowy. Chociaż wiele jednostek może być połączonych równolegle, na przykład za pomocą RS485, najważniejsze pytanie będzie brzmiało:

Skąd jakakolwiek jednostka wie, czy może przejąć kontrolę nad magistralą w celu przesyłania danych?

W IIC, z otwartymi liniami sygnałowymi, dwukierunkowy transfer jest łatwy - ale w autobusach trójstanowych potrzebujesz jakiegoś sposobu, aby zapewnić, że tylko jedna jednostka będzie próbowała prowadzić autobus w danym momencie. To będzie trudne. Możesz to zrobić, szczególnie jeśli ustanowisz jednego mastera i wymagasz, aby wszyscy slave'owie mieli sztywne ograniczenia czasowe dotyczące wysyłania danych i wysyłali dane tylko na żądanie mastera, ale będzie to wymagało znacznego wysiłku ze strony użytkownika w projektowaniu karty interfejsów dla mastera i slave'ów.

Jeśli chodzi o fizyczne sterowniki / odbiorniki, RS485 wystarczy, a dostępnych jest wiele układów interfejsu. Tylko Google.

Nie wiem, czy jesteś zainteresowany gotowym rozwiązaniem, a nie budowaniem własnego obwodu, ale pomyślałem, że pololu sprzedaje te płyty I²C Long Distance Differential Extender wykonane autorstwa SJTbits, które wydają się robić dokładnie to, czego szukasz. (Pełne ujawnienie: pracuję dla Pololu.)

Nawet jeśli nie chcesz go używać bezpośrednio, może spojrzenie na obwód, z którego korzysta, może dać ci kilka pomysłów. Możesz zobaczyć schemat w arkuszu danych; wykorzystuje bufor NXP PCA9600D, sterownik linii różnicowej TI AM26LS31CDR i odbiornik linii różnicowej TI AM26LS32ACDR.

Wiem, że to trochę stare i wydaje się, że gdzieś wśród odpowiedzi znalazło się rozwiązanie, ale mam do zaoferowania tę sugestię. Istnieją urządzenia takie jak PCA9614 / 5/6 od NXP, na które patrzę teraz jako rozwiązanie dla bardziej wytrzymałej magistrali I2C na duże odległości (PCA9614 2-kanałowy wielopunktowy bufor różnicowy I2C w trybie Fast-mode Plus). Zasadniczo prawdą jest, że staje się czymś innym niż prawdziwe I2C, ale na końcach magistrali jest niewidoczne dla urządzeń. Ta konkretna rodzina tłumaczy sygnały na 2 dwukierunkowe pary różnicowe, a są też podobne urządzenia, jak już wspomniano w komentarzach, które przekładają się na 4 jednokierunkowe pary różnicowe. Przekształcenie do zaledwie 2 par pozwala na użycie kabla CAT i nadal ma 2 pary do zasilania / uziemienia.

Kciuki w górę! Obecnie próbuję rozwiązać prawie ten sam problem. Próbuję również używać I2C przez cat5 do automatyki domowej z moim niestandardowym pinoutem. Powodem jest koszt, chcę, aby był bardzo opłacalny, a komponenty I2C nadal co najmniej 5 razy tańsze niż nawet attiny13 uC (AFAIU uC jest wymagane dla CAN i RS485).

1) Obecnie jestem w proces próbny dla pierwszej części systemu i teraz udało mi się z 15-metrowym kablem z 5V i bezpośrednim połączeniem SCL&SDA! Używam PCF8574 i 2 przekaźników do wyzwalania światła w moim pokoju. Pinout to

  12 INT3 + 5V4 SCL5 SDA6 GND78  

2) Rozumiem, że nie stać go na kilka więcej przekaźników lub dodatkowe 10 metrów. .. Spadek napięcia jest znaczny (z 5,5 do 4,7). Więc jeśli chodzi o problem ze spadkiem napięcia, zamiast tego podłączę 12 V do linii i dodam regulatory napięcia 5 V na płytach, aby utrzymać dobre napięcie wszędzie, niezależnie od spadku całej linii. I tak umieszczę dodatkowe zasilacze w przyszłych liniach.

3) Sam sygnał można poprawić za pomocą P82B96 lub taniego P82B715 bez podziału na linie różnicowe. Sam NXP używa Cat5 w niektórych prezentacjach, ale nie mogę znaleźć ich pinout. Ważną częścią jest to, że wyraźnie używają linii sygnałowych w różnych parach ... np. jedna para to GND + SDA druga to VCC + SCL.

4) Kolejna interesująca kwestia - te bufory mogą po prostu podnieść amplitudę do 12 V, aby zwiększyć odporność na szum. Więc prawdopodobnie spróbuję również podłączyć 12V na liniach sygnałowych, co powinno pozwolić na ustawienie podciągnięć bezpośrednio z przewodu 12V ... Ale to zmusi mnie do umieszczenia czegoś takiego jak P82B96 na każdym urządzeniu.

Jak pewnie zauważyłeś, używam również oddzielnej linii przerwań ... Master jest obecnie na płycie arduino podłączonej do komputera. Podstawowe oprogramowanie główne i tak będzie działało na komputerze 24x7, więc arduino po prostu tłumaczy sygnał i obsługuje przerwania. Mogę wysłać określoną konfigurację do obsługi przerwań na pokładzie, np. do obsługi wygodnego przełącznika toggle przez przerwanie ... To pozwala mi zapomnieć o jakichkolwiek opóźnieniach przy ręcznym przełączaniu światła. Obsługa przerwań jest dodatkową zaletą i2c.

Mój pomysł jest taki, że I2C jest na tyle proste, że można je zastosować w okablowaniu mieszkań w < = 100m. Zamiast przechodzić na sygnał różnicowy, mam nadzieję, że zamiast tego uda mi się zmniejszyć dodatkową częstotliwość.

Podoba mi się twój pomysł, aby umieścić zarówno 5 V, jak i 12 V, ponieważ zmniejsza to zapotrzebowanie na regulatory i zmniejsza koszty ... cała idea wieloprzewodowej magistrali, aby obniżyć koszty punktów końcowych, rozważę to również dla nowego wyprowadzenia :)