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

如果我們可以使用一根局域網電纜為樹莓派提供電力和數據會怎么樣?在這種情況下，互聯(lián)網和電力都是通過同一條局域網線路傳輸的，這種情況被稱為以太網供電，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!!

為樹莓派構建PoE HAT所需的組件

?RJ45母插座(以太網母插座)× 2

?母DC插孔x 2

?穿孔板

?2596 Buck轉換器模塊

?直流風扇為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或以太網供電是一種允許您使用以太網電纜遠距離傳輸電力和數據的技術。

就互聯(lián)網連接而言，Wifi、WLAN、WiMaX和移動網絡等無線連接如今變得越來越普遍，但有線網絡仍然具有相關性，因為數據傳輸速度無法與無線網絡相匹配。因此，我們繼續(xù)相信基于有線局域網的網絡有其自身的價值，因此通常被選擇。

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

由于以太網連接被認為是最快速、最可靠的數據傳輸方法，有一件事仍然落后：電力傳輸。因為所有的科技產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功率容量標準。

POE的優(yōu)點

?使用PoE安裝新的電線可以節(jié)省時間和金錢。

?網絡電纜不需要有執(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允許您將設備安裝在難以安裝電力的尷尬或偏遠地區(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絡來移動它。

?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供電設備之間協(xié)商適當電壓的任何類型的PoE。而無源PoE不進行協(xié)商，因此它總是通過以太網線路發(fā)送一定電壓的電流，而不管它要使用的是什么設備。

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

因此，為了使事情變得簡單，我們將嘗試為樹莓派構建一個被動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電纜應該傳輸多少功率。

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

以太網電纜引腳

由于我們使用的是用于PoE的局域網電纜，因此了解以太網電纜內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，電源和數據通過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。

為樹莓派構建POE注入器

特別是，PoE注入器可用于將網絡交換機連接到無線接入點、IP電話、網絡攝像機或任何其他IEEE 802.3af/at供電設備(PD)。支持PoE的網絡設備通過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電纜中注入或增加直流12V的電位差?，F在我們來談談這些聯(lián)系。

因為連接是直接的，我們必須確定哪對導線可用于電力傳輸，哪對導線負責數據傳輸。

在上圖中，您可以看到4-5和7-8對負責電力傳輸，剩下的1-2和3-6對負責數據傳輸?，F在讓我們來看看電路，我們用它來構建我們的PoE注入器。

我們已經使用引腳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據。我剛剛使用了兩個以太網連接器和一個直流插孔來在零PCB上構建最小的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電纜提供12V呢?答案是功率損耗和低電流要求。當我們通過電線發(fā)送電力進行長距離傳輸時，會有功率損耗，因此，電纜內會有電壓下降。因此，盡管在注入上提供12V，但根據電纜的長度，我們在接收端只會得到大約10-11V。

另一個原因是我們應該使通過這些局域網電纜的電流盡可能小。根據歐姆定律，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標準甚至可以工作到57V。

為樹莓派構建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以太網連接，而輸出端口提供標準以太網和直流電源。在輸入端，有PoE以太網。

在輸出端，我們有一個標準的以太網連接器和一個直流電源。PoE分離器的作用是將PoE以太網連接分離為標準以太網和可用的直流電源，這與PoE注入器完全相反?，F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引腳從以太網電纜獲得12V。然后將這個12V提供給LM2596降壓轉換器，將其降壓到5V，然后提供給樹莓派本身。我們也用這個12V電源風扇，將冷卻樹莓派，因為它的工作。現在，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上構建了PoE帽，如下所示。

當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)網連接。

本文編譯自circuitdigest