Comment alimenter les caméras USB et GigE : choisir les bons accessoires

Auteurs : Gianna Riviello

Comprendre les options d'alimentation pour les interfaces de caméra USB et GigE

Le choix entre les deux principaux types d'interfaces de caméra, Universal Serial Bus (USB) et Gigabit Ethernet (GigE), dépend de plusieurs facteurs clés, notamment la vitesse de transfert des données, la complexité et l'évolutivité du système, le coût et la distance physique entre la caméra et le PC hôte. Les caméras GigE offrent des câbles plus longs et des taux de transfert plus rapides que les caméras USB, tandis que ces dernières offrent une configuration « plug and play » plus simple et des coûts initiaux moins élevés. Les GigE peuvent généralement utiliser l'alimentation par Ethernet (PoE), ce qui signifie que l'alimentation et le transfert de données s'effectuent par Ethernet au moyen du même câble, avec diverses options de configuration. Des informations plus détaillées sur les avantages et les inconvénients de chaque interface sont décrites dans notre Guide des interfaces des caméras numériques. En alimentant correctement votre caméra GigE ou USB, vous vous assurez que le système fonctionnera comme prévu. Les différents accessoires permettant d'alimenter et d'optimiser les installations de caméras sont présentés ci-dessous.

Alimentation d'une caméra USB

L'installation d'une caméra USB est simple – il suffit d'un câble USB qui relie la caméra au port USB de l'ordinateur (Figure 1). Ce câble alimente la caméra et transmet les données à l'ordinateur.

La plupart des ordinateurs sont équipés de ports USB de type A, qui servent de connexion côté hôte. Le type de connecteur USB de la caméra – généralement indiqué dans ses spécifications – détermine le câble nécessaire. Un bref aperçu des connecteurs USB couramment disponibles est donné dans la Figure 2.

Consultez toujours la documentation de la caméra pour confirmer le type de connecteur avant de choisir un câble. Par exemple, une caméra dotée d'un connecteur USB Type-C nécessitera un câble Type-A vers Type-C, tandis qu'une caméra dotée d'un connecteur USB Micro-B nécessitera un câble Type-A vers Micro-B. En ce qui concerne les générations USB, il faut retenir que la génération la plus ancienne définit la vitesse du système. Il est donc préférable de faire correspondre les générations dans la mesure du possible, par exemple en utilisant un câble USB 3.1 avec une caméra USB 3.1. Bien que les normes USB 2.0, 3.0 et 3.1 soient rétrocompatibles, les données seront transférées à la vitesse la plus faible.

Outre la longueur limitée du câble à quelques mètres, l'autre limite de l'USB est la bande passante. Cela signifie que, bien que plusieurs caméras puissent être connectées à un PC à l'aide d'un concentrateur de ports USB, elles partageront toutes la bande passante du PC. La Figure 3 ci-dessous montre une configuration de base, où les éléments en vert sont généralement inclus dans le port du concentrateur.

Alimentation d'une caméra GigE (PoE ou non-PoE)

Les caméras GigE se connectent à un PC via Ethernet. Contrairement aux câbles USB, les câbles Ethernet peuvent s'étendre jusqu'à 100 m et permettent un positionnement plus souple de la caméra. Pour assurer la compatibilité, le connecteur du câble Ethernet doit généralement correspondre à celui de la caméra. Les types de connecteurs couramment utilisés sont RJ45 ou M12 à codage X. Le connecteur M12 est plus robuste et souvent utilisé dans des environnements difficiles. Il est doté d'une option de verrouillage fileté pour résister aux vibrations et offre une meilleure protection contre la poussière et l'humidité. Les types de câbles couramment utilisés pour les caméras GigE sont Cat5e ou Cat6. La norme Cat5e est limitée à de plus petites distances et à des caméras de 1Gbps. Les distances plus longues ainsi que les résolutions et les fréquences d'images élevées nécessitent l'utilisation de le Cat6. La plupart des installations de caméras GigE nécessitent des accessoires supplémentaires en plus du câble Ethernet. Les sections suivantes décrivent les options disponibles.

Caméras GigE PoE

Lorsqu'une seule caméra GigE est utilisée avec Power-over-Ethernet (PoE), un injecteur PoE est une option simple et facile pour configurer le système et fournir l'alimentation et le transfert de données par le même câble. L'injecteur de port possède deux ports Ethernet : un port de connexion à la caméra pour connecter l'injecteur à la caméra, et un port de connexion au PC pour connecter l'injecteur au PC. Pour compléter l'installation, deux câbles Ethernet doivent être achetés. S'il n'est pas fourni avec l'appareil, l'injecteur PoE nécessite sa propre alimentation. Aucune source d'alimentation supplémentaire n'est nécessaire pour la caméra, ce qui peut constituer un avantage considérable dans les applications où l'espace est limité. La Figure 4 présente une configuration typique d'un injecteur PoE. L'injecteur de port est la meilleure option pour les systèmes à faible coût, à faible encombrement et à caméra unique.

Lors de l'utilisation de plusieurs caméras GigE ou même d'autres périphériques Ethernet, le commutateur réseau PoE permet de connecter plusieurs unités sur le réseau d'un ordinateur local. Cette configuration permet de maximiser la bande passante disponible par caméra dans les orientations multi-caméras. Chaque caméra se connecte au commutateur via un câble Ethernet sélectionné utilisé pour l'alimentation et le transfert de données. Un câble Ethernet relie également l'ordinateur au commutateur. Tout comme l'injecteur de port PoE, le commutateur a également besoin de sa propre alimentation externe s'il n'est pas déjà inclus. La Figure 5 ci-dessous montre une configuration typique. Bien qu'un commutateur PoE permette la connexion simultanée de plusieurs caméras, il faut garder à l'esprit que la bande passante limitée du réseau peut avoir un impact sur la fréquence des images lorsque de nombreuses caméras haute résolution ou à fréquence d'images élevée sont connectées.

La carte d'interface réseau (NIC) se connecte à l'emplacement PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) d'un PC afin d'améliorer les performances réseau de ce dernier. Comme pour le commutateur réseau, il faut généralement une alimentation séparée si elle n'est pas déjà fournie, et des câbles Ethernet relient plusieurs caméras GigE à la carte et sont utilisés pour l'alimentation de la caméra et le transfert de données. Jusqu'à 4 caméras peuvent être connectées simultanément à une carte PCIe. La Figure 6 montre une configuration typique de carte d'interface réseau. L'installation d'une carte nécessite l'ouverture physique d'un PC pour localiser son emplacement PCIe. Il est donc important de savoir s'il existe des contraintes d'espace dans un PC avant de l'acheter.

Si la caméra sélectionnée est de type 2,5, 5 ou 10GigE, ou si elle nécessite la fonction PoE+, veillez à choisir une carte d'interface réseau qui correspond à la vitesse correspondante et qui prend en charge la fonction PoE+. Ces cartes sont spécialement conçues pour gérer les bandes passantes plus élevées et les besoins en énergie des caméras à haute performance et constituent le meilleur moyen d'alimenter votre caméra.

Caméras GigE non-PoE

Bien que les caméras GigE soient souvent alimentées par le biais de l'alimentation par Ethernet (PoE), elles offrent une autre possibilité d'alimentation par le biais du connecteur d'entrée/sortie à usage général (GPIO), parfois également appelé connecteur I/O. Pour les caméras sans fonction PoE, le port GPIO sert d'entrée d'alimentation principale. Dans cette configuration, l'alimentation est fournie par un bloc d'alimentation externe, et non par le câble Ethernet. Cette solution est idéale pour les systèmes où l'espace est limité et où une utilisation efficace de l'énergie avec une production de chaleur minimale et de faibles pertes de transmission par câble est essentielle. L'installation nécessite toujours un câble Ethernet pour le transfert de données, mais aucun dispositif PoE, tel qu'un injecteur de port, n'est nécessaire (voir Figure 7 ci-dessous). Si vous utilisez des dispositifs externes tels que du matériel de déclenchement, ils sont généralement connectés via le port GPIO. Si un tel matériel est utilisé, il se peut que le connecteur GPIO ne soit plus disponible pour alimenter la caméra. Dans ce cas, l'alimentation doit être fournie via un injecteur PoE, ou un câble à fils volants doit être envisagé pour fournir à la fois l'alimentation et le signal de déclenchement par des fils séparés. Les options matérielles sont répertoriées sous l'onglet « Spécifications » pour chaque caméra, si elles sont disponibles.

Présentation des accessoires d'alimentation pour les caméras USB et GigE

Le Tableau 1 fournit un résumé rapide des accessoires électriques mentionnés dans le texte ci-dessus. Il met en évidence les produits et les options que vous pouvez utiliser pour vos systèmes d'imagerie et fournit également des informations de base pour faciliter votre décision.

Produits pertinents :

Caméras USB

Caméras Gigabit Ethernet

Câbles USB pour Caméras de Vision Industrielle

Accessoires Gigabit Ethernet (GigE)

Injecteur à Port Unique Power over Ethernet (PoE)

Injecteur POE+ Procet 5G 30W

Références

1. Teledyne Vision Solutions. (2015, May 4). Machine Vision Interface Comparison and Evolution: Getting the most out of Integrated Imaging Solution’s USB 3.1 cameras [White paper]. Teledyne Vision Solutions. https://www.teledynevisionsolutions.com/support/support-center/whitepaper/iis/machine-vision-interface-comparison-and-evolution/
2. Edmund Optics Inc. Types de caméra et interfaces pour des applications de vision industrielle Guide Ressources en Imagerie : Caméras, Section 10.1. Edmund Optics. https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/imaging/camera-types-and-interfaces-for-machine-vision-applications/
3. OnLogic. What is PoE (Power over Ethernet)? OnLogic Blog. https://www.onlogic.com/blog/what-is-poe-power-over-ethernet/
4. LUCID Vision Labs. (29 août 2024). Powering a Machine Vision Camera [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=CKMWnZZWHbI

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