【實作實驗室】POE 攝影機沒畫面！監視系統緊急救援

Posted By StrongPiLab on 3 月 18, 2024 in 實作派StrongPiLab, 案例研究, 電子學 | 0 comments

文章導覽

作者：實作派

一位經營教學空間的朋友來電說，它教室的監視攝影機沒畫面，由於這套設備常故障，所以他不想再找廠商，希望給我研究看看，能修就修，不能修就填海。他給我看了 APP 的畫面如下圖，我想這應該是 POE（Power Over Ethernet）的攝影機，果然有一個方格是黑黑如也，方格內還寫了個 No Video，看來真的是攝影機罷工了。

故障攝影機的 APP 截圖（圖片來源：實作派提供）

我到現場把攝影機拆下來，果然發現這是 POE 網路的攝影機，也算是一種 IP Camera，它只需要接一條普通網路線就可以驅動，不需額外插電，因為這是一種把電源併入網路線的技術，使用上也要搭配一台具有 POE 功能的 Switch，否則攝影機會沒電可用。

POE 攝影機哪裡有問題？

回家之後我將攝影機拆開如下圖，由於這是一台白牌攝影機，沒廠牌沒型號，整台光禿禿的，吃多少電壓得自己猜，還好裡面有兩條紅色電源線，檢查一下電路板，發現上面標示 12 V，那就表示這個攝影機吃的是 12 V 的電壓，這些電源全都來自攝影機的網路接頭，所以首先要檢查的就是網路接頭的電源是否有真正進到電路板。

攝影機內部的訊號與電源（圖片來源：實作派提供）

剛好我手邊有個 POE 的 Switch，把它和攝影機對接就知道有沒有過電。為何一定要兩者對接才知道有沒有電？那是因為正規的 POE Switch 會偵測接上的裝置是否也為 POE 規格，如果符合 POE 才會送電，這是一種保護措施，避免把外接的裝置打壞，所以若要測量是否有電壓送出來，我必須先把攝影機與 Switch 相連接，後續才有機會測量到電壓，否則若直接測量 Switch 的網路孔是不會有電壓的。

攝影機的 POE 網路接頭（圖片來源：實作派提供）

我先來看看電源到底有沒有進入電路板，標準的 POE 電壓大約會在 48 V 上下，為了讓電路板可以使用，這個接頭會把電壓轉換為電路板使用的 12 V 電壓。

把攝影機接上 Switch 後用電表測量紅色電源線，結果電表呈現 0 V，所以它還真的是沒有電，至此我很確定攝影機的網路頭（俗稱尾線）故障無法供電，至於攝影機電路板本身是不是有故障，那後面再來處理吧，希望到時候可以不用處理到電路板這一塊，那會很麻煩。

POE 的原理

下圖右邊就是攝影機的網路接頭的內部摘要，你可以看到 IP Camera 的內部與外部的網路之間，有兩組小型變壓器隔著，我在下面講一下它們的用途。

POE 攝影機的網路接線圖（圖片來源：實作派提供）

簡單一點說，POE 就是利用兩組變壓器之間的電位差來傳遞 48 V 的電源電壓，上面這種接法稱為 Mode A，另外還有一種稱為 Mode B，在後面會提到。

複雜一點說，就是 pin1/pin2 的共模 common mode 電壓為 48 V，也就是 pin1 與 pin2 的平均電壓是 48 V，pin3/pin6 的共模電壓為 0 V，但這個共模電壓會不會影響網路訊號的傳遞呢？不會，因為 pin1、pin2 之間採用的是一來一往的平衡訊號，一高一低的電壓相加除以 2 會是個固定值，這個值就是前面講的共模電壓 48 V，pin3 與 pin6 也是相同道理，因此可以達成直流電壓與訊號共存的狀態。

既然已經知道網路頭故障，那換一個應該就好了吧？話是這麼講沒錯，但現實總是殘酷的，攝影機內部網路線，我根本不知道它如何與外部的網路線對應，所以我必須想辦法找到兩者的對應才行。

那該怎麼找對應呢？只好來硬的，拆了它吧。我把它外面的軟橡膠剪開之後，發現裡面是灌膠的，這下麻煩了，我只能用刀片一片一片的削鉛筆，還好平常有練手工藝，花點時間就是，好不容易終於看到黑色的變壓器 H1102NL，如下圖。

灌膠的 POE 攝影機尾線（圖片來源：實作派提供）

只是看到了也不能怎樣，我還是不知道外部網路（右邊的簧片）與左邊的電路板內線到底怎麼對應，只好繼續削，皇天不負苦心人，最後總算是撥雲見日，讓我看到各個焊點與 layout 軌跡，這樣我就能看出它是怎麼走線的。

POE 尾線的電路板（圖片來源：實作派提供）

終於讓我找到接線的對應方式如下，這樣我就知道將來買替代品來的時候，RJ45 的網路接頭要怎麼接到電路板了；另外變壓器 H1102NL 的 pin10、pin15 是0 V、48 V 的共模電源，它們會接到電源電路，由於電源線是紅色與黑色，所以不會弄混也不需要特別標示，我就沒畫出來了。

POE 網路接頭內的接線對應（圖片來源：實作派提供）

POE 分離線

既然有了網路接線對應圖，那接下來就該去買 POE 的分離線了，下圖是我在網路上買到的非標準 12 V 分離線，POE 網路由下方接入，理論上在上方會出現分開的 12 V 與網路訊號。

網購的 12 V POE 分離線（圖片來源：實作派提供）

要確認這東西到底能不能用，需先把它插上我的 POE Switch 試試，免得到時候出錯搞壞唯一的攝影機，結果發現 POE 分離器的 LED 燈竟然沒亮如下圖，而且我也發現 12 V 並沒有從 DC Jack 輸出，顯然這東西在我這個 case 是不能用的。

POE 分離線中央的 LED 沒亮（圖片來源：實作派提供）

基於好奇我概略測試了一下這條分離線的接線方式，初步推估它的接線應該是如下圖，右邊的 RJ45 接頭只有 4 條線 1236，4578 這四條線全部走另外一條路徑，變成電源出來了，這種接線稱為 Mode B。

POE 分離線簡圖（圖片來源：實作派提供）

由於這條分離線接上我的 POE Switch 並沒有反應，我推測裡面應該只是把 4578 這四條線接入 12 V 整流器，稱為被動式 POE，因為沒有 POE 的交握機制，因此 POE Switch 不認為這是個 POE 裝置所以沒有送電。

再賭一次分離線

前一條 POE 分離線算是買錯了，於是我又買了另外一款 POE 分離線如下圖，基本上就是賭一賭，看能不能賭到可以用的分離線，因為買的都是非標準的分離線，所謂標準 POE 就是有 POE 偵測，48 V 電壓是在主要的網路訊號線上，它有幾個通訊協定分別為 802.3af、802.3at 或者 802.3bt，主要在功率的輸出有所不同。

另一款 POE 分離線（圖片來源：實作派提供）

而非標準 POE 裝置就沒有相容性偵測，它是直接送電，所以使用非標準的 POE 設備要很小心，因為有些傳統網路設備沒有相容 POE，若 Switch 直接就硬送電，這樣設備很可能就掛了。這款分離線它的背後有多印了 IEEE 802.3af 的字樣如下，我想應該有把 POE 偵測機制做進去，信心值有增加一點，只不過還是要試看看才行。