一定要用 PoE HAT 嗎? 試試自己動手替樹莓派加上符合 IEEE802.3af 標準的 PoE 模組吧!

樹莓派 4B + SDAPO DP1435-5v

看到標題後,你的內心 OS 可能是「市面上這麼多 PoE HAT 即插即用,幹嘛這麼麻煩?」🥺

或是「PoE 是什麼鬼 😱?!」如果有以上疑問,請容我先簡單說明一下什麼是 PoE 以及這麼做的理由 ⬇️

什麼是 PoE?

Power over Ethernet (簡稱 PoE) 簡單來說就是我們可以透過網路線來提供連接的設備電力,這麼做最顯而易見的好處便是不需要替裝置另外接上電源,在同一條網路線上同時傳輸資料及供電,大幅增加佈線的方便程度。

僅透過一條網路線為樹莓派供電及連接網路

樹莓派在第三代的時候加入了四根所謂的 PoE 針腳 (PoE Pin Headers) 來支援這方面的應用,但因為從乙太網插座中引出腳位後沒有完整供電電路(猜測是變壓器等元件體積原因),所以還須搭配官方或是第三方廠商所推出的 PoE HAT(擴充板)才能使用這個功能 🛠️

樹莓派官方 PoE+ HAT

為什麼不使用現成 PoE HAT?

瞭解什麼是 PoE 後回到第一個問題,既然這樣買個現成的 PoE HAT 使用就好,何必這麼麻煩?確實大多情況下,就算使用 HAT 也能繼續在上方進行擴充堆疊不同的 HAT 做使用。

但如果我有外殼或尺寸的限制,這個方法其實挺不現實的,拿我這次的使用舉例:

PiKVM

圖中這是我使用的 PiKVM 擴充套件以及裝上底殼的樣子(Geekworm KVM-A3 V1.6),使用了之後想加上 PoE 來減少電源走線,但可以很明顯看到,要另外加上任何一張 PoE HAT 都會影響整體的尺寸以及上蓋的安裝,雖然也是可以重新設計外殼,但我最大要求體積能夠盡可能的保持原本的小巧機身,不然房間太小我都快沒地方可以移動了

解決方式 - 自己安裝 PoE 模組

為了解決這個問題,我東找西找發現市面上有單獨的 PoE 模組能夠購買,這樣只需要將樹莓派上的 PoE 針腳從模組輸入,就能得到穩定的 5V 輸出來供給樹莓派了,並且不會像一般 PoE HAT 會佔用到 GPIO 影響到原本 HAT 的使用,可以說是非常完美

SDAPO DP1435-5v

模組的部分我選擇了 SDAPO DP1435-5v 他符合 IEEE802.3af 協議,並且有隔離變壓,輸出能力為 5.15Vdc/2.4A (12.4W),在提供整套系統足夠電流的前提下,體積也適合這次所剩不多的改裝的空間。

PoE 模組與樹莓派接線

首先先來看看 PoE 模組提供的輸入輸出腳位,分別正負極 5V 輸出以及四個 PoE 輸入腳位:

SDAPO DP1435-5v Pinouts

接著是樹莓派的 PoE 腳位定義,這部分其實資源意外的有點少:

Pi 4 PoE Reduced Schematic

對照 PoE 定義:

PoE Pinouts

PoE Headers on Raspberry Pi 4

如上圖,與樹莓派官方提供的腳位定義來看應該同樣以 J14 印刷方向為準,而不是以 PoE 字樣的方向。(順帶一提,因為手邊剩下一張 Pi 4,PoE 沒有針腳是因為之前做其他專案所以把它拆了 🤣)

有關樹莓派 PoE 的相關說明,十分推薦這篇文章:關於 PoE 以及 Raspberry Pi 的 PoE

我也是與文中一樣查到相同的錯誤腳位資訊被搞混了一陣子,非常感謝該文作者清晰的梳理 XD

整理好定義和確認模組針腳資料後按照文章首圖接線即可,並且把 PoE 模組輸出接入 GPIO 的電源腳位:

樹莓派 4B + SDAPO DP1435-5v

⚠️ 通電前一定要再三檢查樹莓派電源腳位沒有接錯 ⚠️ 請不要問我為什麼特別強調這點

測試沒問題可以正常透過 PoE 交換器供電後,我另外有把 PoE 模組的針腳解焊可以進一步節省空間。

模組安裝方案

原本 PiKVM 套件的散熱方案是使用 30mm 風扇,但溫度其實都不高加上無法控速的小風扇太吵,趁這次順便改為被動散熱器。

更換的被動散熱器上有預留 30mm 風扇的鎖孔,因為不需要風扇所以我就把它拿來做固定 PoE 模組用,然後用 3D 列印印了一個固定架:

可以看到圖中隔離變壓器的部分其實有點太高,但我把位置設計在 PiKVM 擴充板的風扇開孔中就沒問題了 🎉

引出 GPIO 電源腳位進行供電以及組裝

由於安裝 PiKVM HAT 後會佔據樹莓派上所有的 GPIO,我們需要改從 HAT 上的延伸 GPIO 接電,但接上杜邦安端子的話會卡到上蓋導致外殼無法組裝 😱

所以我這邊透過 2P 杜邦彎針把 5V 跟 GND 引出來從側邊接到 PoE 模組上,剛好在外殼旁邊的小空間足夠走線:

杜邦 90 度彎針

接上 5V 輸出

可以看下外殼組裝後的樣子,空間可說是剛剛好:

上方視角

側面視角

組裝外殼再次測試,大功告成!

由 PoE 供電的 PiKVM 改裝成功

結語

後來比較忙最近才想到要把過程記錄下來,中間這段時間已經一段時間了使用上都相當穩定,雖然看似只省了一根電源線,但實際上還多省了一個插座 XD

整體走線相對方便了不少個人覺得非常值得,未來有遇到這類問題的朋友也不妨來試試這個方案 👌

參考

SDAPO DP1435-5v Support 10M/100M/1000M IEEE802.3af Standard PoE Module

SDAPO DP1435-5v Datasheet

關於 PoE 以及 Raspberry Pi 的 PoE

PoE+ HAT - Raspberry Pi

Raspberry Pi 4 Reduced Schematics

樹莓派 5 透過 RTC 自動定時開機
Buy Me A Coffee

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