为树莓派构建PoE HAT

基于树莓派的系统需要互联网连接才能充分发挥其潜力，这对于物联网、图像处理、遥感和其他基于云的应用程序等应用尤其如此。考虑下面的情况：您需要在距离控制单元200米远的农田中获取湿度传感器数据，但现场没有互联网接入或电源插座。由于这些偏远地区缺乏电源插座，远程部署现在受到阻碍。

如果我们可以使用一根局域网电缆为树莓派提供电力和数据会怎么样?在这种情况下，互联网和电力都是通过同一条局域网线路传输的，这种情况被称为以太网供电，在本教程中，我们将确切地了解这一点。我们将讨论什么是爱伦坡?以及如何在树莓派上使用PoE。使用Perf Board，我们将为树莓派和POE注入器制作我们自己的POE硬件附件(HAT)。让我们开始吧!!

为树莓派构建PoE HAT所需的组件

•RJ45母插座(以太网母插座)× 2

•母DC插孔x 2

•穿孔板

•2596 Buck转换器模块

•直流风扇为Pi x 1

•USB母插孔x 1

•Standoff for pi x 2

•USB电缆为pi供电

PoE是什么?它有什么用处?

PoE或以太网供电是一种允许您使用以太网电缆远距离传输电力和数据的技术。

就互联网连接而言，Wifi、WLAN、WiMaX和移动网络等无线连接如今变得越来越普遍，但有线网络仍然具有相关性，因为数据传输速度无法与无线网络相匹配。因此，我们继续相信基于有线局域网的网络有其自身的价值，因此通常被选择。

以太网供电(PoE)是以太网供电的缩写。这种技术使数据和电力可以通过单个CAT5e以太网连接发送。该技术用于IP电话、安全摄像头和无线接入点等。

由于以太网连接被认为是最快速、最可靠的数据传输方法，有一件事仍然落后：电力传输。因为所有的科技产品都需要电力来运作。在下表中，您可以看到迄今为止正在遵循的各种PoE功率容量标准。

POE的优点

•使用PoE安装新的电线可以节省时间和金钱。

•网络电缆不需要有执照的电工来安装，而且它们几乎可以放置在任何地方。

•PoE安装也比常规布线便宜得多。

•PoE允许您将设备安装在难以安装电力的尴尬或偏远地区。

•此外，PoE可以轻松地传输和断开。它类似于即插即用，因为你不必破坏整个网络来移动它。

•如果您想部署带有摄像头的无线接入点或Pi， PoE是理想的选择。

以太网供电的类型

一般来说，PoE有两种类型，一种是主动的，另一种是被动的。

主动PoE：简单地说，主动PoE是在交换机和PoE供电设备之间协商适当电压的任何类型的PoE。而无源PoE不进行协商，因此它总是通过以太网线路发送一定电压的电流，而不管它要使用的是什么设备。

被动PoE：通常被称为被动以太网供电，是一种非标准PoE。它还可以通过以太网电缆供电，而不需要任何形式的协商或接触。无源PoE交换机没有IEEE标准。

因此，为了使事情变得简单，我们将尝试为树莓派构建一个被动POE。但在进一步讨论之前，让我们看看树莓派的功耗，这样我们就知道通过以太网电缆应该传输多少功率。

Raspberry Pi的功耗

由于计算和估计项目的功耗是工程师的必要任务，我们必须知道单个树莓派的空闲功耗。我在这里列出了一些最常用的案例：

注：我们没有包括鼠标和键盘或任何其他外设所消耗的功率，因为它们会消耗相应的功率，可以添加到上述功率中。

以太网电缆引脚

由于我们使用的是用于PoE的局域网电缆，因此了解以太网电缆内部不同线对的功能非常重要。下图显示了目前市场上可用的以太网电缆引脚。

PoE交换机有三种供电方式：PoE模式A、PoE模式B和4对PoE。在PoE模式a中，电源和数据通过1、2、3和6引脚同时传输。在PoE模式b中，电源被泵送到引脚4、5、7和8上，并且4对PoE同时分配给所有8个引脚。主用PoE交换机均支持A、B、4对PoE模式，无源PoE交换机仅支持B模式。

我们正在为树莓派3B+制作PoE ModeB，下图显示了树莓派上的PoE引脚。

为树莓派构建POE注入器

特别是，PoE注入器可用于将网络交换机连接到无线接入点、IP电话、网络摄像机或任何其他IEEE 802.3af/at供电设备(PD)。支持PoE的网络设备通过PoE注入器连接到非PoE LAN switch端口。

PoE注入器基本上有两个输入，一个是直流电源，另一个是以太网端口。我们将制作自己的无源PoE注入器，使用12V电源适配器在局域网电缆中注入或增加直流12V的电位差。现在我们来谈谈这些联系。

因为连接是直接的，我们必须确定哪对导线可用于电力传输，哪对导线负责数据传输。

在上图中，您可以看到4-5和7-8对负责电力传输，剩下的1-2和3-6对负责数据传输。现在让我们来看看电路，我们用它来构建我们的PoE注入器。

我们已经使用引脚4和5携带电源和引脚7和8作为地。其余的引脚用于携带数据。我刚刚使用了两个以太网连接器和一个直流插孔来在零PCB上构建最小的PoE注入器。你可以看到下面完成的板。

为什么PoE工作在12V或更高?

现在我们都知道你的Pi只需要5V就可以上电，但是为什么我们要通过以太网电缆提供12V呢?答案是功率损耗和低电流要求。当我们通过电线发送电力进行长距离传输时，会有功率损耗，因此，电缆内会有电压下降。因此，尽管在注入上提供12V，但根据电缆的长度，我们在接收端只会得到大约10-11V。

另一个原因是我们应该使通过这些局域网电缆的电流尽可能小。根据欧姆定律，电压越高，相同功率下的电流越小。所以PoE总是在更高的电压下工作，有一些PoE标准甚至可以工作到57V。

为树莓派构建POE分离器

这个小工具上有两个输入端口和一个输出端口。输入端口接受PoE以太网连接，而输出端口提供标准以太网和直流电源。在输入端，有PoE以太网。

在输出端，我们有一个标准的以太网连接器和一个直流电源。PoE分离器的作用是将PoE以太网连接分离为标准以太网和可用的直流电源，这与PoE注入器完全相反。现在我们将看到POE分离器的电路图。

电路非常简单，我们只需要使用树莓派上的PoE引脚从以太网电缆获得12V。然后将这个12V提供给LM2596降压转换器，将其降压到5V，然后提供给树莓派本身。我们也用这个12V电源风扇，将冷却树莓派，因为它的工作。现在，由于某种原因，Pi在使用PoE时变得相对发热，需要一个冷却风扇才能安全运行。我们不知道温度轻微上升的原因，如果你知道为什么树莓派在PoE上变热，请在下面的评论区留下他们。

就像PoE注入一样，我们也在零PCB上构建了PoE帽，如下所示。

当安装在树莓派的顶部时，电路板是这样的。

一旦PoE注入器和PoE HAT都准备好了，您就可以直接启动它们，启动树莓派，并检查您的互联网连接。

本文编译自circuitdigest