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【實作實驗室】POE 攝影機沒畫面!監視系統緊急救援

   

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。

標示 802.3af 的 POE 分離線(圖片來源:實作派提供)

一般的電子材料行沒有販售這條分離線,要在專賣監控器的店舖才有販售,看來廠商並沒有打算把它放到電子材料行的通路來賣。

把 POE Switch 的網路線插上,網路孔的燈馬上就亮了,表示有供電,為了保險起見,也測量了 DC Jack 看看是不是有 12 V 輸出,結果確實也有 12 V 輸出,這真是太好了,這就是我要的東西。

POE 分離線的網路 LED 有亮(圖片來源:實作派提供)

攝影機修復

接下來就直接把 POE 分離線的網路接頭與直流電源接頭給剪了,因為我要把這些線與電路板上的線做銜接,這時候就需要我前面畫的那張接線對照表了,這樣才不會接錯線。下圖就是接好的樣子,左邊是電路板上的電源與網路線,右邊是 POE 分離線的電源與網路線,我把兩邊焊在一起,並用膠帶做隔離。

把新的分離線接到攝影機 上(圖片來源:實作派提供)

接好後要先試看看能不能登入這個攝影機,一般這種 IP CAM 裡面都有 Web server,理論上網路線有接對的話應該要出現一些畫面,我插上 POE Switch 後,果然出現攝影機的登入畫面,而且順利登入如下圖,表示網路線沒接錯。

可以登入攝影機但沒有影像(圖片來源:實作派提供)

只是沒有影像讓我很困擾,因為能登入只表示網路是通的,但是攝影機本體行不行,這目前沒辦法確認。我知道監視器材的市場滿封閉的,很多攝影機與主機都是綁廠商綁型號,像我手上這台還是沒有牌的,自己要單獨使用可能沒這麼容易,或許把它接回原來的主機上就看得到了。

於是我只好把攝影機整個組裝好,準備還給主人並安裝在教室的主機上,攝影機組裝好之後就像下面這個樣子。

修理完成的 IP Camera(圖片來源:實作派提供)

把攝影機安裝回教室的主機之後,懷著忐忑的心情請朋友把手機 APP 打開,畢竟從來沒有試過影像畫面,總是有點不安,還好 APP 右上的方格順利出現畫面如下,讓我鬆了一口氣,真是太棒了!

APP 的右上方影像終於出現了(圖片來源:實作派提供)

(本文經同意轉載自實作派電子實驗室原文連結;責任編輯:賴佩萱)

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