Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
PCBway
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Płytka z ESP32 i kablowym Ethernetem z PoE

ghost666 23 Paź 2018 10:32 1161 0
  • Moduł wESP32 to oparta na ESP32 płytka z dodanym gniazdem Ethernet wspierającym zasilanie poprzez to gniazdo (Power over Ethernet, PoE). Zaprojektowana została do szybkiego tworzenia systemów sieciowych dzięki temu, że układ wymaga podłączenia tylko jednego kabla. Na pokładzie znajduje się mocny mikrokontroler (ESP32), a 13 W dostępnej mocy zasilania pozwala na podłączenie dosyć dużej ilości peryferiów. System zapewnia niezawodne połączenie sieciowe i bogatą funkcjonalność w kompaktowym module, co pozwala na tworzenie zaawansowanych systemów Internetu Rzeczy bez martwienia się sprzętowymi niuansami.

    Płytka z ESP32 i kablowym Ethernetem z PoE
    Płytka z ESP32 i kablowym Ethernetem z PoE


    Główne cechy i specyfikacja modułu:

    * Mikrokontroler ESP32;
    * Zasilanie 12 V na linii V+ o mocy co najmniej 12,95 W;
    * Opcjonalna możliwość stabilizacji 5 V na linii V+ o mocy 5 W;
    * Urządzenie PoE zgodne z IEEE802.3at Typu 1 klasa 0;
    * Zasilanie 3,3 V dla mikrokontrolera stabilizowane z V+, moc do 6 W;
    * Wsparcie dla zewnętrznego zasilania poprzez linię V+ w momencie, gdy zasilanie PoE jest niedostępne;
    * Wsparcie dla modułu wESP32-Prog do programowania mikrokontrolera (tylko z zasilaniem 5 V na V+);
    * Wsparcie dla PoE w trybie A (zasilanie po liniach danych) oraz w trybie B (zasilanie po zapasowych parach).

    Liczne peryferia w układzie:

    * Gniazdo RJ45 dla Ethernetu, który pracować może z prędkością do 90 Mbit/s (mierzone dla iperf UDP);
    * Funkcja auto-MDIX dla Ethernetu, umożliwiająca korzystanie z kabli prostych i krosowanych;
    * Wi-Fi IEEE802.11 b/g/n jako zapasowy interfejs sieciowy, gdyby Ethernet był niedostępny;
    * Bluetooth v4.2 BR/EDR (z podstawową i rozszerzoną prędkością danych) oraz Bluetooth Low Energy (BLE).

    Programowanie

    * Opcjonalny moduł wESP32-Prog do programowania modułu poprzez USB;
    * Konsola szeregowa na tym samym gnieździe USB co programator.

    Płytka z ESP32 i kablowym Ethernetem z PoE
    Płytka z ESP32 i kablowym Ethernetem z PoE


    Możliwości rozbudowy:

    * 20-pinowe złącze z 15 pinami GPIO z ESP32 i liniami zasilania 3,3 V i V+ do wykorzystania w dowolnej aplikacji.
    * Moduł wEsP32-Prog może być wlutowany na stałe lub podłączony tymczasowo.

    Cechy fizyczne:

    * Pełna izolacja linii Ethernetu, zgodnie z 802.3at do 1500 Vrms;
    * Wymiary 75 mm x 40 mm z czterema otworami montażowymi pod śruby M2.5;
    * Wysokiej jakości płytka PCB z 70-mikronowej grubości miedzią;
    * Otwory montażowe do przykręcenia radiatora do modułu zasilania PoE, jeśli korzystamy ze znacznej części maksymalnej mocy układu.

    Pomysł stojący za powstaniem wESP32 jest bardzo prosty. Jeśli chcemy podłączyć do sieci urządzenie IoT, korzystamy zazwyczaj z Wi-Fi lub Ethernetu. Oba te interfejsy zużywają dosyć dużo mocy, więc najpewniej moduł podłączony będzie też do zasilacza sieciowego. Oznacza to, że nawet pomimo tego, że mamy urządzenie bezprzewodowe, to podłączamy je gdzieś kablem. Dodatkowo, jeśli chcemy uzyskać wysoki poziom niezawodności, to chcemy skorzystać z mniej awaryjnego kablowego Ethernetu, co oznacza, że i tak moduł podłączymy do sieci kablem. Jest to szczególnie istotne, jeżeli do sieci podłączone jest wiele modułów.

    Jeśli chodzi o łatwość konfiguracji, Ethernet jest o wiele prostszy w konfiguracji niż sieć Wi-Fi. Dodatkowo, sieć przewodowa jest o wiele bezpieczniejsza. Przy komunikacji bezprzewodowej relatywnie łatwo jest np. podsłuchać komunikację podłączonych urządzeń lub wstrzyknąć fałszywe pakiety do sieci. W przypadku Ethernetu nie jest to aż tak proste.

    Zatem i tak mamy urządzenie podłączone gdzieś dwoma kablami - sieciowym i zasilającym. Dlaczego by więc nie połączyć ich w jeden, jeśli mamy taką możliwość? Zasilanie PoE ma wiele zalet - pracuje przy relatywnie niskim napięciu, dlatego też nie są potrzebne żadne uprawnienia elektryczne do kładzenia takich sieci. Jeśli chcielibyśmy podłączyć moduł do zasilacza 230 V, to jeśli nie mamy gniazdka sieciowego, to sprawa nie jest już tak trywialna.

    W ten sposób zatem uzyskujemy wygodny i prosty w instalacji moduł, który do działania potrzebuje zaledwie jednego, standardowego kabla Ethernet. Do niego, w sieci, gdzie podłączamy nasze urządzenia IoT wystarczy w jednym, wygodnym dla nas miejscu podłączyć zasilacz PoE i doprowadzić zasilanie i sieć do wszystkich naszych modułów. Wystarczy zwykły kabel Cat5 do ich połączenia.

    Dodatkowo, w wielu budynkach sieć Ethernetowa jest już położona. Oznacza to, że nie musimy kłaść dodatkowych instalacji i możemy wykorzystać istniejące. Jeśli budujemy właśnie dom, to najpewniej i tak do wielu punktów doprowadzać będziemy kable sieciowe, by podłączyć komputer, telewizor, media center etc. Te same kable mogą zostać wykorzystane do podłączania i zasilania naszych urządzeń Internetu Rzeczy. A dzięki interfejsowi Wi-Fi, który wbudowany jest w moduły, mamy możliwość awaryjnej komunikacji z nimi, jeżeli sieć kablowa z jakiegoś powodu zawiedzie.

    Niezależnie od tego, w jaki sposób chcemy łączyć się z siecią wESP32, idealnym rozwiązaniem będzie kablowy interfejs Ethernetowy z PoE oraz interfejs bezprzewodowy Wi-Fi. Ponieważ może być zasilany z zewnętrznego zasilacza, pozwala to na tworzenie szerokiej gamy urządzeń Internetu Rzeczy, które doskonale sprawdza się w wielu aplikacjach.

    Kompatybilność

    Moduł wESP32 został stworzony do pracy z urządzeniami do zaopatrzenia w energię (PSE) zgodnymi ze standardami IEEE 802.3af oraz 802.3at PoE. Nie jest kompatybilny z tak zwanymi systemami „pasywnego PoE” z napięciem 12 V lub 24 V, jakie dostępne są na rynku. Układ wymaga minimalnego napięcia 37 V zgodnie ze specyfikacją IEEE. Wymagany jest kabel kategorii 3 lub wyższej.

    Choć w przypadku urządzeń zgodnych ze standardami koszt instalacji może być nieco wyższy, to i tak ten wybór jest niezwykle korzystny. Normom poświęcono wiele uwagi – wszystko, by zapewnić, że sprzęt działa dobrze i jest bezpieczny, nie tylko w warunkach laboratoryjnych czy warsztatowych, ale także w faktycznej instalacji produkcyjnej. Przesyłanie zasilania przez długie odcinki kabli nie jest niestety kompatybilne z niskim napięciem (12 V lub 24 V) i urządzeniami pozbawionymi izolacji, a fakt, że te niezgodne rozwiązania istnieją, niestety powoduje zamieszanie wśród klientów.

    Podłączając wESP32 do sieci z zasilaniem PoE pamiętać należy, iż zasilanie do układu trafia z zewnętrznego urządzenia, poprzez czasami dosyć długie kable, więc uzyskanie obiecywanych w specyfikacji 13 W mocy dostępnych w module jest uzależnione od wielu zewnętrznych czynników. Podana moc jest maksymalną mocą, jaką osiągnąć może moduł.

    Porównanie z innymi modułami dostępnymi na rynku

    Na rynku dostępnych jest wiele modułów z ESP32. Bardzo niewiele z nich ma port Ethernet. Jeszcze biedniej wyposażone jest PoE. Jedynym faktycznym konkurentem opisywanego modułu jest ESP32-POE firmy Olimex.

    W zależności od potrzeb moduł ESP32-POE firmy Olimex może mieć pewne zalety:

    * Jest trochę mniejszy, ale jeśli weźmiemy pod uwagę, jak daleko wystaje z niego gniazdo Ethernet i układ ESP32, to wESP32 jest tylko o 30% większy;
    * Posiada slot na kartę microSD na płytce (1-bitowy tryb SD);
    * Ma na pokładzie ładowarkę ogniwa LiPo, choć nie wiadomo, na ile bateria taka jest użyteczna w przypadku zaniku zasilania;
    * Ma programator i złącze USB na pokładzie. To może być istotna zaleta, jeśli potrzebujemy USB UART w gotowym produkcie, jednak z powodu braku izolacji, może nie być praktycznie użyteczny.

    Z drugiej strony moduł Olimex ma poważne wady w porównaniu do wESP32, szczególnie dla tych, którzy chcą używać zasilania PoE dla komercyjnych instalacji:

    Brak izolacji galwanicznej. Specyfikacja IEEE 802.3at wymaga izolacji do 1500 Vrms, a karta katalogowa modułu Olimex ESP32-POE wymienia, iż układ nie posiada izolacji i że nie powinno się jednocześnie podłączać Ethernetu i USB. Z drugiej strony wESP32 został zaprojektowany tak, aby spełniał specyfikację – jest on w pełni izolowany na liniach danych i zasilania, zapewniając bezpieczeństwo i niezawodność we wszystkich sytuacjach.

    Olimex nie podaje specyfikacji dostępnej mocy wyjściowej. Indukcyjność opisana na schemacie jest specyfikowana dla prądu maksymalnie 2 A, co przy 5 V ograniczy dostępną moc do maksymalnie 10 W. Rezystor klasyfikacyjny na schemacie wskazuje na moc maksymalną 12,95 W, ale ograniczenie prądu cewki i brak możliwości chłodzenia układów na płytce drukowanej sprawia, że osiągnięcie tej mocy wyjściowej jest bardzo mało prawdopodobne. Z drugiej strony wESP32 umożliwia w praktyce zapewnienie niezbędnego odprowadzania ciepła i posiada wyjście 12 V, aby rzeczywiście dostarczyć 12,95 W, jak określono w IEEE 802.3at typ 1 klasa 0.

    Do programowania ESP32 w module Olimexa wykorzystano konwerter CH340, który nie jest polecany do stosowania, z uwagi na problemy ze sterownikami, które mogą doprowadzić nawet do uszkodzenia komputera. Programator do wESP32 używa układu CP2102N firmy Silicon Labs, który ma szerokie i bardzo dobre wsparcie.

    Podsumowanie

    Mówiąc w skrócie, moduł wESP32 został zaprojektowany tak, aby zapewnić solidne podstawy: odpowiednią moc zasilania, wydajność obliczeniową i szerokie możliwości komunikacyjne. Dzięki temu może być z łatwością używany w komercyjnych instalacjach. Dodatkowo z układu wyeliminowano wszystko, co można uznać za zbędne dla tej specyficznej aplikacji: kartę SD, złącze USB (chociaż oba mogą być dodane w razie potrzeby). Chodzi o to, aby układ był niedrogi, prosty w instalacji itp.

    Ze względu na brak izolacji inne moduły są całkowicie nieodpowiednie do instalacji w systemach komercyjnych i należą do układów dla hobbystów. Nawet w takim wykorzystaniu trzeba jednakże uważać, by nie uszkodzić na przykład portu USB, podłączając go do komputera w czasie, gdy podłączone jest zasilanie PoE.

    Źródło: https://www.crowdsupply.com/silicognition/wesp32

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9411 postów o ocenie 7057, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • PCBway