Crescer (fundo transparente)_Negativo_pn
  • Thales Gonçalves Ferreira

Hardware Ethernet cabeada com CPB32


Atendendo a algumas demandas, a Crescer desenvolveu um shield ethernet utilizando o LAN8720, pensado especificamente para funcionar com ESP32.


A CPB 32 permite conexão com WiFi, ler os sensores através dos pinos analógicos, acionar relés, pinos isolados por optoacopladores e outras ferramentas. A CPB MINI 32 é uma versão reduzida da anterior, a principal diferença é o fato de não possuir optoacopladores e relés. Nas figuras a seguir podemos ver as duas placas, sendo a preta a CPB 32 e a branca e MINI 32.



Para mais informações sobre o LAN8720 sugerimos a leitura do outro blog, onde mostramos como utilizar o módulo ethernet comercial. No blog de hoje vamos ver como utilizar o nosso shield ethernet nas duas placas.



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Sumário

  1. Shield Ethernet

  2. Preparando a CPB MINI 32

  3. Preparando a CPB 32

  4. Programa exemplo



1. Shield Ethernet


O nosso shield foi desenvolvido especificamente para funcionar com as nossas placas que utilizam ESP32, porém, pode também ser utilizado com outros microcontroladores e outras placas, respeitando as ligações dis pinos.


Seu tamanho e disposição dos pinos permitem seu encaixe perfeito nas CPB 32 e MINI 32, pois, segue o mesmo padrão dos shields de Arduino. Na figura a seguir podemos ver o shield.





Na figura abaixo temos o pinout do shield, eles estão posicionados de modo que possam ser conectados nos pinos da ESP32 indicado na tabela a seguir.





O shield ethernet possui um jumper, indicado na figura a seguir, que é utilizado para interligar o GND do LAN8720 com o do “mundo externo”, nesse caso o dispositivo de rede que ele está conectado. Com base nos testes realizados, recomenda-se utilizar ela com o jumper aberto.




2. Preparando a CPB MINI 32


Para utilizar o shield com a CPB MINI 32 é necessário fazer uma pequena modificação na placa, para conectar o GPIO 0 à barra de pino correspondente a ele do shield. Como pode ser visto na figura a seguir:



Ele é conectado à CPB diretamente, como mostrado na figura a seguir:




3. Preparando a CPB 32


Para utilizar o shield com a CPB 32 devemos também ligar o GPIO 0 ao pino correto, próximo ao botão de reset temos o pad para acesso ao GPIO, ligação pode ser vista na figura a seguir:



Devido ao consumo de corrente do shield é aconselhado utilizar um regulador de tensão externo, para reduzir a dissipação de potência do LM1117, regulador de 3,3V, assim reduzimos a tensão aplicada nele de 12 para 5V. Nesse exemplo utilizou-se o MP2307, ele deve ser colocado no local destacado, em vermelho, na figura a seguir. Porém, antes de soldar o regulador devemos cortar as duas trilhas indicadas em verde, para remover a alimentação de 12V da entrada do LM1117.




Após as alterações esse é o resultado:



Depois de feitas as modificações o shield é conectado à CPB diretamente, como mostrado na figura a seguir:



4. Programa exemplo

Como base utilizamos os exemplos SimpleWiFiServer e ETH_LAN8720, disponíveis na IDE do Arduino, podem ser encontrados em Arquivos -> Exemplos -> WiFi. O objetivo aqui é adaptar o SimpleWiFiServer para funcionar com o shield utilizando as funções mostradas no ETH_LAN8720.


Foi utilizada a CPB 32 com a topologia mostrada na figura a seguir, porém, funciona perfeitamente com a CPB MINI 32, afinal temos o mesmo microcontrolador em ambas.



A conexão com a rede será feita via ethernet, porém, utilizamos o WiFi para criar o Web Server, onde serão acessados os dados. Portanto, o primeiro passo é remover do SimpleWiFiServer as funções referentes a conexão WiFi com a rede, destacadas na figura a seguir.



Agora o próximo passo é colocar a biblioteca ETH.h e as definições dos pinos em que o shield está conectado, para as nossas placas, que utilizam ESP32, essa definição será sempre a mesma. Podem ser colocados logo após a inclusão da biblioteca WiFi.h.


#include <ETH.h>

//DEFINIÇÃO DOS PINOS PARA COMUNICAR COM A SHIELD ETHERNET ETH_LAN8720
// Pino do sinal de habilitação para o oscilador de cristal externo (-1 para desabilitar para fonte APLL interna)
// 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_CLK_MODE ETH_CLOCK_GPIO0_IN
//#define ETH_CLK_MODE ETH_CLOCK_GPIO15_IN

static bool eth_connected = false;

No setup vamos inicializar o shield, com a função ETH.begin(), onde devemos informar a ela os pinos 5 (PHY_POWER), 13 (MCD), 18 (MDIO). Também iniciamos a função WiFiEvent, que é responsável por executar a comunicação do shield.


WiFiServer server(80);

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    pinMode(32, OUTPUT);// Pino do relé
    WiFi.onEvent(WiFiEvent); //Executa a função de comunicação da Shield
    ETH.begin( PHY1 , 5, 13, 18 , ETH_PHY_LAN8720); //Inicia a Shield com os pinos configurados
    server.begin();
}

A função WiFiEvent é a seguinte:


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;
 }
}

No loop a única alteração foi o pino que é acionado, no exemplo original é o pino 5 aqui vamos utilizar o 32, para acionar um relé da placa. Agora podemos carregar o código na placa, assim que ele se conectar na rede podemos pegar o IP do dispositivo através da serial, como podemos ver na figura a seguir.



Acessando esse IP no navegador poderemos ligar e desligar o relé da placa, clicando na opção indicada, como podemos ver na figura a seguir:



Para mais informações sobre a biblioteca ETH.h veja os outros exemplos presentes na IDE do Arduino ou veja essa pasta no GitHub.


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Autor: Thales Ferreira



ANEXO - Código exemplo


#include <WiFi.h>
#include <ETH.h>

//DEFINIÇÃO DOS PINOS PARA COMUNICAR COM A SHIELD ETHERNET ETH_LAN8720
// Pino do sinal de habilitação para o oscilador de cristal externo (-1 para desabilitar para fonte APLL interna)
// 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_CLK_MODE ETH_CLOCK_GPIO0_IN
//#define ETH_CLK_MODE ETH_CLOCK_GPIO15_IN

static bool eth_connected = false;

WiFiServer server(80);

void setup()
{
   Serial.begin(115200);
    pinMode(32, OUTPUT);// Pino do relé
   WiFi.onEvent(WiFiEvent); //Executa a função de comunicação da Shield
    ETH.begin( PHY1 , 5, 13, 18 , ETH_PHY_LAN8720); //Inicia a Shield com os pinos configurados
    server.begin();
}

int value = 0;

void loop(){
 WiFiClient client = server.available();   // listen for incoming clients

  if (client) {                             // if you get a client,
   Serial.println("New Client.");           // print a message out the serial port
    String currentLine = "";                // make a String to hold incoming data from the client
    while (client.connected()) {            // loop while the client's connected
      if (client.available()) {             // if there's bytes to read from the client,
        char c = client.read();             // read a byte, then
       Serial.write(c);                    // print it out the serial monitor
        if (c == '\n') {                    // if the byte is a newline character

          // if the current line is blank, you got two newline characters in a row.
          // that's the end of the client HTTP request, so send a response:
          if (currentLine.length() == 0) {
            // HTTP headers always start with a response code (e.g. HTTP/1.1 200 OK)
            // and a content-type so the client knows what's coming, then a blank line:
           client.println("HTTP/1.1 200 OK");
           client.println("Content-type:text/html");
           client.println();

            // the content of the HTTP response follows the header:
           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>");

            // The HTTP response ends with another blank line:
           client.println();
            // break out of the while loop:
            break;
          } else {    // if you got a newline, then clear currentLine:
           currentLine = "";
          }
        } else if (c != '\r') {  // if you got anything else but a carriage return character,
          currentLine += c;      // add it to the end of the currentLine
        }

        // Check to see if the client request was "GET /H" or "GET /L":
        if (currentLine.endsWith("GET /H")) {
         digitalWrite(32, HIGH);              // GET /H turns the LED on
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /L")) {
         digitalWrite(32, LOW);               // GET /L turns the LED off
        }
      }
    }
    // close the connection:
    client.stop();
   Serial.println("Client Disconnected.");
  }
}

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;
  }
 }
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