POE 攝影機 沒畫面-監視系統緊急救援-維修DIY

一位經營教學空間的朋友來電說,它教室的一個監視 攝影機 沒畫面,由於這套設備似乎常故障,所以他也不想找廠商,希望給我研究看看,能修就修,不能修就填海了。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
故障 攝影機 的APP截圖

於是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,所以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

回家之後馬上把攝影機拆開如下圖,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,檢查了一下電路板,發現上面標示12V,那就表示這個攝影機吃的是12V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
攝影機 內部的訊號與電源

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
攝影機的 POE 網路接頭

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48V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12V電壓。

把 攝影機 接上Switch之後用電表測量紅色電源線,結果電表呈現0V,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
POE 攝影機的網路接線圖

簡單一點說,POE就是利用兩組變壓器之間的電位差來傳遞48V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48V,也就是pin1與pin2的平均電壓是48V,pin3/pin6的共模電壓為0V,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48V,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
灌膠的POE攝影機 尾線

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
POE 尾線的電路板

所以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0V、48V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
POE網路接頭內的接線對應

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12V分離線,POE網路由下方接入,理論上在上方會出現分開的12V與網路訊號。

網購的12V POE分離線
網購的12V POE分離線

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12V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
POE分離線中央的LED沒亮

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
POE 分離線簡圖

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12V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,48V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
另一款 POE 分離線

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偵測機制做進去吧,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
標示802.3af的 POE 分離線

這條分離線在一般的電子材料行並沒有販售,而是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12V輸出,結果確實也有12V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
POE 分離線的網路LED有亮

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
把新的分離線接到 攝影機 上

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之後,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
可以登入 攝影機 但沒有影像

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
修理完成的IP Camera

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,總算沒給自己漏氣。

APP的右上方影像終於出現了
APP的右上方影像終於出現了

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