為樹莓派構(gòu)建PoE HAT

基于樹莓派的系統(tǒng)需要互聯(lián)網(wǎng)連接才能充分發(fā)揮其潛力，這對于物聯(lián)網(wǎng)、圖像處理、遙感和其他基于云的應(yīng)用程序等應(yīng)用尤其如此?？紤]下面的情況：您需要在距離控制單元200米遠(yuǎn)的農(nóng)田中獲取濕度傳感器數(shù)據(jù)，但現(xiàn)場沒有互聯(lián)網(wǎng)接入或電源插座。由于這些偏遠(yuǎn)地區(qū)缺乏電源插座，遠(yuǎn)程部署現(xiàn)在受到阻礙。

如果我們可以使用一根局域網(wǎng)電纜為樹莓派提供電力和數(shù)據(jù)會怎么樣?在這種情況下，互聯(lián)網(wǎng)和電力都是通過同一條局域網(wǎng)線路傳輸?shù)模@種情況被稱為以太網(wǎng)供電，在本教程中，我們將確切地了解這一點。我們將討論什么是愛倫坡?以及如何在樹莓派上使用PoE。使用Perf Board，我們將為樹莓派和POE注入器制作我們自己的POE硬件附件(HAT)。讓我們開始吧!!

為樹莓派構(gòu)建PoE HAT所需的組件

?RJ45母插座(以太網(wǎng)母插座)× 2

?母DC插孔x 2

?穿孔板

?2596 Buck轉(zhuǎn)換器模塊

?直流風(fēng)扇為Pi x 1

?USB母插孔x 1

?Standoff for pi x 2

?USB電纜為pi供電

PoE是什么?它有什么用處?

PoE或以太網(wǎng)供電是一種允許您使用以太網(wǎng)電纜遠(yuǎn)距離傳輸電力和數(shù)據(jù)的技術(shù)。

就互聯(lián)網(wǎng)連接而言，Wifi、WLAN、WiMaX和移動網(wǎng)絡(luò)等無線連接如今變得越來越普遍，但有線網(wǎng)絡(luò)仍然具有相關(guān)性，因為數(shù)據(jù)傳輸速度無法與無線網(wǎng)絡(luò)相匹配。因此，我們繼續(xù)相信基于有線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)有其自身的價值，因此通常被選擇。

以太網(wǎng)供電(PoE)是以太網(wǎng)供電的縮寫。這種技術(shù)使數(shù)據(jù)和電力可以通過單個CAT5e以太網(wǎng)連接發(fā)送。該技術(shù)用于IP電話、安全攝像頭和無線接入點等。

由于以太網(wǎng)連接被認(rèn)為是最快速、最可靠的數(shù)據(jù)傳輸方法，有一件事仍然落后：電力傳輸。因為所有的科技產(chǎn)品都需要電力來運作。在下表中，您可以看到迄今為止正在遵循的各種PoE功率容量標(biāo)準(zhǔn)。

POE的優(yōu)點

?使用PoE安裝新的電線可以節(jié)省時間和金錢。

?網(wǎng)絡(luò)電纜不需要有執(zhí)照的電工來安裝，而且它們幾乎可以放置在任何地方。

?PoE安裝也比常規(guī)布線便宜得多。

?PoE允許您將設(shè)備安裝在難以安裝電力的尷尬或偏遠(yuǎn)地區(qū)。

?此外，PoE可以輕松地傳輸和斷開。它類似于即插即用，因為你不必破壞整個網(wǎng)絡(luò)來移動它。

?如果您想部署帶有攝像頭的無線接入點或Pi， PoE是理想的選擇。

以太網(wǎng)供電的類型

一般來說，PoE有兩種類型，一種是主動的，另一種是被動的。

主動PoE：簡單地說，主動PoE是在交換機和PoE供電設(shè)備之間協(xié)商適當(dāng)電壓的任何類型的PoE。而無源PoE不進行協(xié)商，因此它總是通過以太網(wǎng)線路發(fā)送一定電壓的電流，而不管它要使用的是什么設(shè)備。

被動PoE：通常被稱為被動以太網(wǎng)供電，是一種非標(biāo)準(zhǔn)PoE。它還可以通過以太網(wǎng)電纜供電，而不需要任何形式的協(xié)商或接觸。無源PoE交換機沒有IEEE標(biāo)準(zhǔn)。

因此，為了使事情變得簡單，我們將嘗試為樹莓派構(gòu)建一個被動POE。但在進一步討論之前，讓我們看看樹莓派的功耗，這樣我們就知道通過以太網(wǎng)電纜應(yīng)該傳輸多少功率。

Raspberry Pi的功耗

由于計算和估計項目的功耗是工程師的必要任務(wù)，我們必須知道單個樹莓派的空閑功耗。我在這里列出了一些最常用的案例：

注：我們沒有包括鼠標(biāo)和鍵盤或任何其他外設(shè)所消耗的功率，因為它們會消耗相應(yīng)的功率，可以添加到上述功率中。

以太網(wǎng)電纜引腳

由于我們使用的是用于PoE的局域網(wǎng)電纜，因此了解以太網(wǎng)電纜內(nèi)部不同線對的功能非常重要。下圖顯示了目前市場上可用的以太網(wǎng)電纜引腳。

PoE交換機有三種供電方式：PoE模式A、PoE模式B和4對PoE。在PoE模式a中，電源和數(shù)據(jù)通過1、2、3和6引腳同時傳輸。在PoE模式b中，電源被泵送到引腳4、5、7和8上，并且4對PoE同時分配給所有8個引腳。主用PoE交換機均支持A、B、4對PoE模式，無源PoE交換機僅支持B模式。

我們正在為樹莓派3B+制作PoE ModeB，下圖顯示了樹莓派上的PoE引腳。

為樹莓派構(gòu)建POE注入器

特別是，PoE注入器可用于將網(wǎng)絡(luò)交換機連接到無線接入點、IP電話、網(wǎng)絡(luò)攝像機或任何其他IEEE 802.3af/at供電設(shè)備(PD)。支持PoE的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過PoE注入器連接到非PoE LAN switch端口。

PoE注入器基本上有兩個輸入，一個是直流電源，另一個是以太網(wǎng)端口。我們將制作自己的無源PoE注入器，使用12V電源適配器在局域網(wǎng)電纜中注入或增加直流12V的電位差?，F(xiàn)在我們來談?wù)勥@些聯(lián)系。

因為連接是直接的，我們必須確定哪對導(dǎo)線可用于電力傳輸，哪對導(dǎo)線負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸。

在上圖中，您可以看到4-5和7-8對負(fù)責(zé)電力傳輸，剩下的1-2和3-6對負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)在讓我們來看看電路，我們用它來構(gòu)建我們的PoE注入器。

我們已經(jīng)使用引腳4和5攜帶電源和引腳7和8作為地。其余的引腳用于攜帶數(shù)據(jù)。我剛剛使用了兩個以太網(wǎng)連接器和一個直流插孔來在零PCB上構(gòu)建最小的PoE注入器。你可以看到下面完成的板。

為什么PoE工作在12V或更高?

現(xiàn)在我們都知道你的Pi只需要5V就可以上電，但是為什么我們要通過以太網(wǎng)電纜提供12V呢?答案是功率損耗和低電流要求。當(dāng)我們通過電線發(fā)送電力進行長距離傳輸時，會有功率損耗，因此，電纜內(nèi)會有電壓下降。因此，盡管在注入上提供12V，但根據(jù)電纜的長度，我們在接收端只會得到大約10-11V。

另一個原因是我們應(yīng)該使通過這些局域網(wǎng)電纜的電流盡可能小。根據(jù)歐姆定律，電壓越高，相同功率下的電流越小。所以PoE總是在更高的電壓下工作，有一些PoE標(biāo)準(zhǔn)甚至可以工作到57V。

為樹莓派構(gòu)建POE分離器

這個小工具上有兩個輸入端口和一個輸出端口。輸入端口接受PoE以太網(wǎng)連接，而輸出端口提供標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和直流電源。在輸入端，有PoE以太網(wǎng)。

在輸出端，我們有一個標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)連接器和一個直流電源。PoE分離器的作用是將PoE以太網(wǎng)連接分離為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和可用的直流電源，這與PoE注入器完全相反?，F(xiàn)在我們將看到POE分離器的電路圖。

電路非常簡單，我們只需要使用樹莓派上的PoE引腳從以太網(wǎng)電纜獲得12V。然后將這個12V提供給LM2596降壓轉(zhuǎn)換器，將其降壓到5V，然后提供給樹莓派本身。我們也用這個12V電源風(fēng)扇，將冷卻樹莓派，因為它的工作?，F(xiàn)在，由于某種原因，Pi在使用PoE時變得相對發(fā)熱，需要一個冷卻風(fēng)扇才能安全運行。我們不知道溫度輕微上升的原因，如果你知道為什么樹莓派在PoE上變熱，請在下面的評論區(qū)留下他們。

就像PoE注入一樣，我們也在零PCB上構(gòu)建了PoE帽，如下所示。

當(dāng)安裝在樹莓派的頂部時，電路板是這樣的。

一旦PoE注入器和PoE HAT都準(zhǔn)備好了，您就可以直接啟動它們，啟動樹莓派，并檢查您的互聯(lián)網(wǎng)連接。

本文編譯自circuitdigest