ESP32 com Ethernet cabeada: Usando o LAN8720

Nativamente o ESP32 já possuí conexão à Internet através do Wi-Fi, porém nem sempre poderemos contar apenas com esta forma de conexão, em aplicações onde não há rede Wi-Fi ou aplicações de longas distâncias, por exemplo, não é possível a utilização do Wi-Fi, então para contornar esta situação precisamos utilizar uma conexão cabeada. E é aí que surge a Shield Ethernet LAN8720 para utilizarmos em nossos projetos, permitindo que possamos conectar nosso ESP32 há uma rede Ethernet cabeada e neste post vamos te ensinar a realizar esta conexão.

Sumário:

1 – Pinout da Shield Ethernet LAN8720 com o ESP32;

2 – Diagrama da ligação (esquemático);

3 – Código;

4 – Material em vídeo;

5 – Referências.

1 – Pinout da Shield Ethernet LAN8720 com o ESP32

Infelizmente a Shield Ethernet LAN8720 não funciona apenas conectando diretamente ao ESP32, Para que possamos conecta-la teremos que realizar algumas alterações.

Seguindo está ligação:

Sendo os pinos sinalizados em azul pinos fixos, que não podem ser ligados em outras GPIO’s do ESP32.

O pino GPIO0 não pode estar no nível BAIXO durante a sequência de inicialização, caso contrário o bootloader irá aguardar a programação do serial e para que isso não ocorra o pino deve ser mantido ALTO durante a inicialização. Portanto para isso utilizamos um resistor de 4k7Ω para realizar um pullup na entrada. Esta conexão é feita porque o GPIO0 também é a entrada de clock para o bloco de funções EMAC do ESP32.

E também é necessário que os 50MHz do REFCLK sejam fornecidos pouco antes do LAN8720 ser inicializado. Para isto deve ser usado o pino “Enable”, que é o pino de habilitação do oscilador, se ele for mantido BAIXO a saída é desabilitada, e o pino GPIO17 definido como PHY_POWER no código, que é uma entrada de inicialização que após iniciar é reconfigurada como saída e definida como HIGH, logo está conexão é feita conectando o pino NC da Shield ao “Enable” do oscilador da Shield e ao pino GPIO17, para garantir que o pino de habilitação do oscilador esteja em nível BAIXO é adicionado um resistor de 4k7Ω realizando um pulldown.

2 - Diagrama da ligação

Figura 01: Ligação da Shield com ESP32.

Figura 02: Ligação do Enable do Oscilador da Shield.

3 – Código

Assim como nas ligações o código requer algumas alterações para que rode diretamente no ESP32. Partindo do código de exemplo disponível na IDE do Arduino, que pode ser encontrado dentro da IDE em:

Arquivo > Exemplos > WiFi > ETH_LAN8720

Figura 03: Código Exemplo.

Precisamos incluir no início do código a definição dos pinos que ligamos anteriormente e como o LAN8720 na placa Waveshare é inicializado para usar o endereço I2C 1 precisamos configurar isto no código também, abaixo demonstramos as alterações:

Figura 04: Definições dos pinos e Endereço I2C.

E dentro do void setup precisamos incluir no “ETH.begin( );” a inicialização destes pinos que definimos:

Figura 05: Inicialização.

Com estas alterações o código de exemplo já funciona e deve nos retornar no monitor serial uma confirmação de acesso ao google, desta forma:

Figura 06: Retorno código de exemplo.

Mas para este blog preferimos implementar um código mais interessante para demonstrarmos esta funcionalidade.

Portanto utilizaremos um código onde conectaremos a nossa a placa a rede e obtemos o endereço de IPv4, através dele podemos acessar uma página no navegador onde podemos realizar o acionamento de uma saída no ESP32.

#include <ETH.h>

// Pino do sinal de habilitação para o oscilador de cristal externo (-1 para desabilitar para fonte APLL interna)
#define ETH_PHY_POWER 17
// Tipo de Ethernet PHY
#define ETH_TYPE ETH_PHY_LAN8720
// Endereço I2C de Ethernet PHY (0 ou 1 para LAN8720)
#define ETH_ADDR 1
#define ETH_PHY_ADDR 1
// Pino do sinal de relógio I2C para Ethernet PHY
#define ETH_MDC_PIN 23
// Pino do sinal I2C IO para Ethernet PHY
#define ETH_MDIO_PIN 18
// Clock
#define ETH_CLK_MODE ETH_CLOCK_GPIO0_IN

static bool eth_connected = false;

WiFiServer server(80);


void WiFiEvent(WiFiEvent_t event)
{
  switch (event) {
    case SYSTEM_EVENT_ETH_START:
      Serial.println("ETH Started");
      //set eth hostname here
      ETH.setHostname("esp32-ethernet");
      break;
    case SYSTEM_EVENT_ETH_CONNECTED:
      Serial.println("ETH Connected");
      break;
    case SYSTEM_EVENT_ETH_GOT_IP:
      Serial.print("ETH MAC: ");
      Serial.print(ETH.macAddress());
      Serial.print(", IPv4: ");
      Serial.print(ETH.localIP());
      if (ETH.fullDuplex()) {
        Serial.print(", FULL_DUPLEX");
      }
      Serial.print(", ");
      Serial.print(ETH.linkSpeed());
      Serial.println("Mbps");
      eth_connected = true;
      break;
    case SYSTEM_EVENT_ETH_DISCONNECTED:
      Serial.println("ETH Disconnected");
      eth_connected = false;
      break;
    case SYSTEM_EVENT_ETH_STOP:
      Serial.println("ETH Stopped");
      eth_connected = false;
      break;
    default:
      break;
  }
}


void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  WiFi.onEvent(WiFiEvent);

  ETH.begin( PHY1 , 17, 23, 18 , ETH_PHY_LAN8720 );

  server.begin(); 

}


void loop()
{
  WiFiClient client = server.available();      

  if (client) {                             // se obter client
    Serial.println("New Client.");          // imprimir uma mensagem pela porta serial
    String currentLine = "";                // faz uma string para conter os dados de entrada do cliente
    while (client.connected()) {            // loop enquanto o cliente está conectado
      if (client.available()) {             // se houver bytes para ler do cliente
        char c = client.read();             // lê um byte, então
        Serial.write(c);                    // imprime no monitor serial
        if (c == '\n') {                    // se o byte é um caractere de nova linha

          // se a linha atual estiver em branco, você terá dois caracteres de nova linha em uma linha.
          // esse é o fim da solicitação HTTP do cliente, então envie uma resposta:
          if (currentLine.length() == 0) {
            // Os cabeçalhos HTTP sempre começam com um código de resposta (e.g. HTTP/1.1 200 OK)
            // e um tipo de conteúdo para que o cliente saiba o que está por vir, em seguida, uma linha em branco:
            client.println("HTTP/1.1 200 OK");
            client.println("Content-type:text/html");
            client.println();

            // o conteúdo da resposta HTTP segue o cabeçalho:
            client.print("Click <a href=\"/H\">here</a> to turn the LED on pin 5 on.<br>");
            client.print("Click <a href=\"/L\">here</a> to turn the LED on pin 5 off.<br>");

            // A resposta HTTP termina com outra linha em branco:
            client.println();
            // sair do loop while:
            break;
          } else {    // se você tiver uma nova linha, limpe currentLine:
            currentLine = "";
          }
        } else if (c != '\r') {  // se você tiver qualquer outra coisa além de um caractere de retorno de transporte,
          currentLine += c;      // adicione-o ao final da currentLine
        }

        // Verifique se o pedido do cliente foi "GET /H" ou "GET /L":
        if (currentLine.endsWith("GET /H")) {
          digitalWrite(5, HIGH);               // GET /H liga o LED
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /L")) {
          digitalWrite(5, LOW);                // GET /L desliga o LED
        }
      }
    }
    // feche a conexão:
    client.stop();
    Serial.println("Client Disconnected.");
  }
  
}

Para obtermos o endereço de IPv4 que o ESP32 buscou na rede devemos abrir o monitor serial e com o ESP32 conectado ao cabo de rede ele irá imprimir o seguinte:

Figura 07: Obtendo endereço IPv4.

Após obtermos o endereço IPv4, devemos copiar e colar ele no navegador e então teremos acesso a página onde realizaremos o acionamento do nosso LED.

Figura 08: Acessando a página.

Quando clicarmos para acionar o LED a pagina enviará para o ESP32 o endereço com “/H” no final e o ESP32 irá identificar e acionar o LED e ao clicar em desligar ele enviará o endereço com “/L” no final. Cada vez que clicarmos em uma das opções o ESP32 irá imprimir no monitor serial confirmando o endereço que recebeu.

Neste trecho do código é onde realizamos o tratamentos destas condições: