Ethernet Wiznet shield (W5100 chip, LAN)

Leírás

Az Ethernet Wiznet shield (W5100 chip, LAN) Arduino alaplapokhoz készült vezetékes hálózati bővítőpanel. Akkor kerül elő, amikor az Arduino projektnek nem rádiós kapcsolatra, hanem RJ45 csatlakozós, kábeles LAN elérésre van szüksége: webes állapotoldalhoz, egyszerű TCP/UDP kommunikációhoz, mérési adatok továbbításához vagy helyi hálózati vezérléshez.

A panel központi eleme a WIZnet W5100 Ethernet vezérlő. Ez leveszi az Arduino válláról a hálózati protokollkezelés jelentős részét, és az Arduino felé SPI buszon keresztül kapcsolódik. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a program az Ethernet könyvtáron keresztül dolgozik, miközben a hálózati kapcsolatot nem bitenként kell kézzel felépíteni.

Az Ethernet Wiznet shield (W5100 chip, LAN) microSD foglalatot is tartalmaz, így ugyanazon panelen megoldható a hálózati kommunikáció és a fájlalapú adattárolás. A döntő beépítési pont az SPI busz és a chip select lábak kezelése: a W5100 a D10, a microSD a D4 kiválasztójelet használja, ezért ezek a lábak nem kezelhetők szabad általános I/O-ként.

Az első korlát a közös SPI busz. Az Ethernet vezérlő és a microSD egymás mellett használható, de a kiválasztójelek hibás kezelése ütköző buszforgalmat, nem induló SD kezelést vagy bizonytalan hálózati működést okozhat.

Mire való, és miért hasznos?

Az Ethernet Wiznet shield (W5100 chip, LAN) arra való, hogy egy Arduino alapú vezérlő kábeles Ethernet hálózaton kommunikáljon. Nem külön mikrokontrolleres hálózati számítógép, hanem Arduino fölé helyezhető shield: az Arduino futtatja a programot, a W5100 pedig a hálózati illesztést végzi.

Egy mondatban: az Ethernet Wiznet shield (W5100 chip, LAN) RJ45 csatlakozós, W5100 alapú Arduino Ethernet shield, amely SPI buszon ad vezetékes LAN kapcsolatot és microSD alapú adattárolási lehetőséget. Olyan helyen szükséges, ahol a vezetékes kapcsolat többet ér, mint a WiFi kényelme: műhelyi tesztpadon, oktatási hálózati példáknál, helyi adatgyűjtésnél vagy egyszerű webserveres Arduino kísérleteknél.

Így működik a gyakorlatban

Az Ethernet Wiznet shield (W5100 chip, LAN) az Arduino alaplapra kerül, a hálózat felé pedig RJ45 csatlakozón keresztül kapcsolódik. A W5100 a hálózati kommunikációhoz IP, TCP és UDP protokollokat kezel, és legfeljebb négy egyidejű kapcsolatot tud kiszolgálni. Az Arduino a W5100 vezérlővel SPI buszon kommunikál. UNO, Diecimila, Duemilanove és Serial alaplapoknál ez a D11, D12 és D13 kivezetéseket érinti, Mega alaplapoknál a D50, D51 és D52 lábakat. A W5100 kiválasztójele D10, a microSD foglalaté D4. A microSD foglalat adatnaplózásra, egyszerű fájlkiszolgálásra vagy konfigurációs állományok tárolására használható. A W5100 és az SD ugyanazon SPI buszt osztja meg, ezért a programban a chip select jelek helyes állapota döntő.

Mikor érdemes használni?

Az Ethernet Wiznet shield (W5100 chip, LAN):

• jó választás egyszerű Arduino webserver készítéséhez, ahol böngészőből kell állapotot nézni vagy kimenetet kapcsolni.
• használható mérési adatok LAN hálózaton történő továbbítására.
• alkalmas microSD kártyás adatnaplózás és időszakos hálózati lekérdezés összeépítésére.
• beválik oktatási környezetben, ahol az IP, TCP, UDP és kliens-szerver működés Arduino példán mutatható meg.
• használható helyi hálózatos vezérlési feladatokhoz, ahol az Arduino relét, szenzort vagy kijelzőt kezel, a LAN pedig a kommunikációs út.
• műhelyi prototípusban is hasznos, amikor a vezetékes kapcsolat stabilabb választás, mint egy rádiós hálózat.

Mire kell figyelni beüzemeléskor?

Ezekre figyelj

• A vezérlő legyen Arduino shield kiosztással használható, különösen UNO vagy Mega környezetben.
• A D10 és D4 láb ne legyen lefoglalva más funkcióra.
• Ha más SPI eszköz is van a projektben, annak chip select kezelése legyen elkülönítve.
• Ha microSD adattárolást is használsz, a programban külön kezeld az SD és a W5100 kiválasztását.
• Ha újabb Ethernet vezérlőt, nagyobb teljesítményt vagy más könyvtári viselkedést keresel, W5500 alapú shield is szóba kerülhet.
• Ha csak olcsó, egyszerű Ethernet modul kell és nem Arduino shield forma, ENC28J60 alapú megoldás is külön döntési ág lehet.
• Ha PoE tápellátás kell egyetlen hálózati kábelen, ennél a termékváltozatnál a PoE támogatás nincs beépítve.

Amikor nem ez lesz a jó megoldás

Ne ezt válaszd, ha

• a projektben a D10 vagy D4 lábat már fixen más hardver használja, és a kapcsolást nem lehet áttervezni.
• a rendszerben több SPI eszköz van, de a program nem kezeli külön a chip select lábakat.
• WiFi kapcsolat kell vezetékes LAN helyett.
• a feladat több mint négy egyidejű hardveres W5100 kapcsolatot igényel.
• Arduino R4, ESP32 vagy Raspberry Pi rendszerhez keresel közvetlenül igazolt illeszkedést, mert ennél a termékváltozatnál ez nem tesztelt és/vagy más a csatlakoztatása.
• a készüléknek ipari Ethernet, galvanikus leválasztás, PoE tápellátás vagy tanúsított ipari kivitel kell.

Amit a tapasztalat tanított

Az Ethernet Wiznet shield (W5100 chip, LAN) hibáinak nagy része nem a hálózati kábelnél kezdődik, hanem az SPI busznál. Ha az Ethernet és a microSD egyszerre van a programban, a D10 és D4 kiválasztójelek állapotát végig fegyelmezetten kell kezelni. A buszon egyetlen rosszul aktív eszköz is elég ahhoz, hogy a másik eszköz válasza értelmezhetetlenné váljon.

Műszaki jellemzők

Dokumentáció

• W5100 chip dokumentáció WIZnet Document System
• W5100 termékoldal WIZnet
• W5100 alapú Ethernet shield áttekintés WIZnet Document System

Csomag

• 1x W5100 Ethernet shield