Internet pod strzechy!

1 | Internet pod strzechy, mgr inż. Arkadiusz Węglewski
Internet pod strzechy!
Hasło o popularyzacji internetu nabrało szczególnego znaczenia
w ostatnich latach wraz z dynamicznym rozwojem sieci Internet/Ethernet.
Stare, poczciwe modemy zostały wyparte przez wysokowydajne rozwiązania,
a szybkość transmisji bardzo wzrosła przy jednoczesnym, dużym spadku cen zarówno za urządzenia
(modemy, kable itp), jak i koszt samego przesyłu danych. Rośnie też wygoda użytkownika, w wielu
domach gniazdko z Internetem stało się standardem, a bardzo często jest korzysta się z jeszcze
wygodniejszego rozwiązania – bezprzewodowej sieci WiFi.
Szeroki dostęp do Internetu spowodował, że dość szybko sieć znalazła się w zakresie
zainteresowania inżynierów zajmujących się rozwiązaniami zdalnego sterownia i kontroli.
Rozwiązania oparte o GSM lub sieć radiową ISM są silnie autonomiczne i świetnie nadają się do
aplikacji z ograniczoną stycznością z człowiekiem, np. w terenie niskozurbanizowanym, leśnym itp. Są
to jednak stosunkowo drogie rozwiązania, zarówno jeśli chodzi o koszt urządzeń, jak i koszt transmisji
danych drogą GSM. Tam gdzie jest dostępny Internet/Ethernet, zdalne sterowanie i kontrole można
wykonywać znacznie taniej przy zwiększonej możliwości transmisji danych.
Choć tak doskonały nośnik jest już w zasięgu ręki (żeby nie powiedzieć złącza), inżynierowie
oraz konstruktorzy odnoszą się do niego z pewną rezerwą. Dotychczasowy kontakt
z Internetem/Ethernetem ograniczał sie do komputera, karty sieciowej, modemu kablowego i wtyczki
RJ45. Oczywiście powoduje to przekonanie, że tak zaawansowane rozwiązanie musi wymagać dużej
wiedzy inżynierskiej, sporego zasobu sprzętowego oraz mocno rozbudowanego oprogramowania.
Wielu zawodowych projektantów i hobbistów chętnie wzbogaciłoby projektowany przez siebie
system o połączenie sieciowe, jeśli mogliby to uczynić w kilku prostych krokach.
Odpowiedzią na to zapotrzebowanie jest oferta koreańskiej firmy Wiznet, produkującej
układy i moduły Ethernetowe i WiFi. Wieloletnia (od 1998 roku) praca nad tymi rozwiązaniami
owocuje szerokim i doskonale dopracowanym portofolio. Oferta Wiznet umożliwia optymalne
dobranie elementu do konkretnych potrzeb i zapewnienie łączności przy bardzo rozsądnych kosztach.
Poniżej przedstawiam pokrótce najważniejsze produkty z ich oferty.
Układy scalone
Pierwszą grupę układów scalonych stanowią kontrolery Ethernetowe będące pomostem
między systemem mikroprocesorowym a siecią Internet/Ethernet. Polecane są szczególnie dla
nowych projektów i produkcji wielkoseryjnej.
W5200 – Fast SPI Ethernet Controller:
– TCP/IP: TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMPv2, PPPoE, Ethernet
– wbudowana warstwa fizyczna 10 Base T / 100 Base Tx Ethernet
– SPI Mode 0,3
– wspiera ADSL, Auto MDI/MDIX, Auto Negotation
– Power Down Mode oraz Wake-On LAN
– wewnętrzna pamięć 32 Kb TCP/IP
– obudowa QFN48
Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
93-350 Łódź, ul. Ustronna 41, Polska
Tel.: 42 645 55 55, fax: 42 645 55 00, e-mail: [email protected]
2 | Internet pod strzechy, mgr inż. Arkadiusz Węglewski
W5300 – High Performance Ethernet Controller:
– szybkość Max 80 Mbps (by DMA)
– TCP/IP: TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMPv2, PPPoE, Ethernet
– wbudowana 10/100 Ethernet PHY
– wspiera ADSL, Auto MDI/MDIX, Auto Negotation
– sterownik wskaźników LED
– 8/16 bit Data Bus
– hybrydowy stos TCP/IP (software i hardware)
– wewnętrzna pamięć 128 Kb TCP/IP
– obudowa LQFP100
W5100 / W3150A+ – Hardwired TCP/IP Controller:
– TCP/IP: TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMPv2, PPPoE, Ethernet
– wbudowana 10/100 Ethernet PHY (W5100)
– wsparcie 10BaseT/100BaseT – MII Intreface (W3150A+)
– 2 BUS interfejs oraz SPI Mode 0
– wspiera, Auto MDI/MDIX, Auto Negotation
– full duplex i ADSL (W3150A+)
– wewnetrzna pamięć 16 Kb TCP/IP – obudowa LQFP80 (W5100) / LQFP64 (W3510A+)
W5500 – Hardwired TCP/IP embedded Ethernet contro ller – najnowsze dzieło koreańskich
inżynierów, opracowane na podstawie doświadczeń z poprzednimi układami. Rozwiązanie
pozbawione wad poprzedników oraz wzbogacone o dodatkowe funkcje dzięki którym implementacja
w systemie stała się jeszcze prostsza i jeszcze wydajniejsza.
– TCP/IP protocols: TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMP, PPPoE
– wyposażony w 8 gniazd (socketów) TCP/UDP
– wbudowany 10/100 Ethernet (MAC and PHY embedded)
– wbudowany 10BaseT / 100 BaseT Ethernet PHY
– szybka transmisja SPI (80 MHz, Mode 0, MODE 3)
– wewnętrzna pamięć 32 Kb – bufor TX/RX
– wsparcie dla Auto Negotiation (Full and half duplex, 10 and 100-based)
– wsparcie dla trybu Power Down
– wsparcie dla Wake on Lan over UDP
– bezpośrednie sterowanie LED (Full/Half duplex, Link, Speed, Active)
– napięcie pracy 3,3V (I/O tolerują 5V) – obniżony pobór mocy
– zmniejszenie emisji ciepła z układu
– obudowa LQFP48
Wszystkie wymienione układy wymagają sterowania przez zewnętrzny system (data bus lub
SPI) oraz dodatkowych zewnętrznych elementów niezbędnych do przyłączenia sieci (gniazdo RJ45)
Ciekawym pomysłem są układy będące kombinacją kontrolera Ethernet oraz
mikrokontrolera. Takie rozwiązanie pozwala na maksymalną optymalizację sterowania i transmisji
danych (odbywają się 4-5 razy szybciej niż z zewnętrznym procesorem), dzięki czemu odciążany jest
Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
93-350 Łódź, ul. Ustronna 41, Polska
Tel.: 42 645 55 55, fax: 42 645 55 00, e-mail: [email protected]
3 | Internet pod strzechy, mgr inż. Arkadiusz Węglewski
główny procesor w systemie. Co więcej, układy te mogą pracować samodzielnie bez dodatkowego
zewnętrznego sterowania.
W7200 jest połączeniem układu W5200 z procesorem ARM32 bit Cortex-M3 o częstotliwości
pracy 72 MHz (1,25 DMIPS/MHz). Procesor posiada 128KBytes pamięci programu, 20 KBytes pamięci
danych, GPIO, SPI, USART, USB oraz wiele innych zasobów pozwalających na zbudowanie wydajnego
systemu.
W7100A jest układem wyposażonym w mikrokontroler sterujący zgodny z przemysłowym
standardem 8051. Ten niezwykle popularny i prosty standard pozwala na szybką i bezproblemową
aplikację sieci nawet przez mniej doświadczonego hobbystę. Wyposażony jest w Kb Boot Room, 64
Kb SRAM, 64Kb FLASH.
Po szczegółowy opis tych układów warto zajrzeć na stronę producenta www.wiznet.eu
Moduły komunikacyjne LAN
Zastosowanie układów scalonych jako kontrolerów LAN wymaga wcześniejszego
przygotowania miejsca na płytce PCB. Dodatkowo, należy zaprojektować urządzenie, pamiętając
o zasadach wynikających z wysokich częstotliwości. Może to także skomplikować montaż, jeśli dane
urządzenie jest mniej zaawansowane, zaś w przypadku modernizacji starszego sprzętu może być to
bardzo trudne. Z myślą o takich sytuacjach Wiznet wprowadził całą gamę różnego rodzaju gotowych
modułów, które zawierają kontroler wraz z elementami niezbędnymi do jego działania oraz złączami
do komunikacji z Ethernetem i systemem mikroprocesorowym, zasilaniem itp.
Network Module
Proste moduły oparte o kontroler TCP/IP W510 (WIZ810MJ, WIZ812MJ) lub kontroler W5300
(WIZ830MJ), wyposażone w gniazdo MAG Jack do łączenia z Ethernetem oraz listwy kołkowe
o rastrze 2 mm (WIZ81MJ) lub 2,54 mm (WIZ812MJ i WIZ830MJ). Mają niewielkie rozmiary
(WIZ810MJ – 52x25x21 mm, WIZ812MJ – 55,5x25x23,5 mm, WIZ830MJ – 53,3x34x19,5 mm), niski
pobór prądu (Max 185 mA@3,3 V) oraz szeroki zakres temperatury pracy (od-40ºC do +85C)
ioModule (Internet Offload Module)
Miniaturowy moduł WIZ820IO składa się z gniazda typu Mag Jack zamontowanego na niewielkiej
płytce (23x25 mm) wraz z kontrolerem W5200. Do komunikacji z systemem mikroprocesorowym
wykorzystane są dwie listwy kołkowe o rastrze 2,54 mm.
Serial to Ethernet Gateway Module
Najbogatsza rodzina modułów będących bramą sieciową pomiędzy interfejsem szeregowym
a Ethernetem. Swoje duże możliwości zawdzięczają zastosowaniu dodatkowego mikrokontrolera
nadzorującego oraz dostępnego oprogramowania konfigurującego. Prędkość transmisji osiąga
10/100Mbps dla Ethernetu oraz max 230 Kbps dla interfejsu szeregowego.
Moduły z kontrolerem TCP/IP W5100 oraz zewnętrznym procesorem z rodziny 8051
(WIZ100SR, WIZ105SR, WIZ110SR) są prostymi i niewielkimi modułami, posiadającymi 1 port
szeregowy. Wejście Ethernet wykonane jest w formie gniazda MAG Jack (poza WIZ100SR – listwa
kołkowa), wyjście szeregowe zaś jest w formie listwy kołkowej o rastrze 2 mm (poza WIZ110SR
wyposażonej w złącze DB9 i interfejs RS232)
Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
93-350 Łódź, ul. Ustronna 41, Polska
Tel.: 42 645 55 55, fax: 42 645 55 00, e-mail: [email protected]
4 | Internet pod strzechy, mgr inż. Arkadiusz Węglewski
Kolejna ciekawą grupą są moduły WIZ107SR i WIZ108SR zbudowane w oparciu o kość
W7100A – zawierającą w jednej strukturze kontroler TCP/IP oraz mikrokontroler zgodny ze
standardem 8051. Pozwala to na znaczną optymalizację kodu oraz zmniejszenie rozmiaru modułu (do
30x45mm). Moduły posiadają wejście Ethernet w formie gniazda MAG Jack. WIZ108SR wyposażony
jest w interfejs szeregowy RS422/485.
Największe możliwości mają najbardziej zaawansowane moduły wyposażone w procesor
z rodziny ARM Cortex M3. Mamy tu do dyspozycji moduły WIZ120SR i WIZ125SR z kontrolerem
TCP/IP W510 z 2 portami szeregowymi. Moduł WIZ120SR nie jest wyposażony w gniazdo MAG Jack
i wszystkie sygnały są transmitowane poprzez złącza kołkowe o rastrze 2 mm. Moduł WIZ125SR
posiada gniazdo MAG Jack do połączenia z siecią Ethernet, jak i dwa gniazda szeregowe DB9.
Moduły WIZ140SR i WIZ145SR z kontrolerem TCP/IP W5300 posiadają aż 4 porty szeregowe
w standardzie RS232. Sygnały szeregowe są dostępne na złączach kołkowych o rastrze 2,54 mm.
Gniazdo MAG Jack do podłączenia Ethernetu znajduje się w module WIZ145SR, a w module
WIZ140SR dostępne jest złącze kołkowe.
Jak wynika z powyższego zestawienia gama modułów jest dość szeroka. Warto dodać także,
że moduły pracują w przemysłowym zakresie temperatur pracy.
Moduły komunikacyjne WiFi
Ostatnią grupą produktów są moduły WiFi do komunikacji bezprzewodowej, która zdobywa
coraz większą popularność. Urządzenia wyposażone w takie moduły przeważnie posiadają zasilanie
bateryjne, ważnym wiec aspektem staje sie ich energooszczędność – cecha na którą Wiznet, położył
szczególna wagę.
WizFi210/WizFi220
To kompaktowe moduły WiFi o ultraniskim poborze mocy (34 uA w trybie czuwania). Są zgodne ze
standardem IEEE802.11b i zapewniają szybkość transmisji danych do 11 Mbps i dostępne w wersjach
ze złączem antenowym typu U.FL do podłączenia anteny zewnętrznej bądź z wbudowaną anteną.
Moc nadawcza wynosi 8 dBm (WizFi210) lub 17 dBm (WizFi220). Rozmiary modułu to 32x23,5x2,9
mm.
WizFi610wi
Moduł zgodny ze standardem IEEE802.11b/g, zapewnia szybkość transmisji do 25 Mbps. Wyposażony
jest w UART, MII oraz złącze anteny zewnętrznej U.FL. Może pracować w trybie AP, Gatway, Client,
posiada wsparcie dla interfejsu UART – WiFi oraz MII Ethetnet – WiFi oraz narzędzia do łatwej
konfiguracji.
WizFi630wi
Najbardziej zaawansowany i rozbudowany moduł zgodny ze standardem IEEE802.11b/g/n
i zapewniający szybkość transmisji aż do 150 Mbps. Może pracować w trybie WiFi Router, AP, APClient, AD-HOC, zapewnia wsparcie dla 3 portów Ethernet oraz 2 portów UART i narzędzia do łatwej
konfiguracji, jak Built-in Web Server itp.
Podsumowując przegląd oferty Wiznet, możemy zauważyć, że firma dysponuje szerokim
portofolio i oferuje bogaty wybór zarówno układów, jak i modułów. Jej produkty cechują się wysokim
stopniem zaawansowania i przemyślaną, wydajną konstrukcją. Są przeznaczone do aplikacji,
Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
93-350 Łódź, ul. Ustronna 41, Polska
Tel.: 42 645 55 55, fax: 42 645 55 00, e-mail: [email protected]
5 | Internet pod strzechy, mgr inż. Arkadiusz Węglewski
z zakresu bezpieczeństwa (kamery internetowe, kontrola dostępu), Smart Energy (zdalny odczyt
liczników energii, sterowanie oświetleniem tp..), elektroniki konsumenckiej, wyświetlaczy
elektronicznych, radia internetowego, kamer internetowych, czytników kart, terminali
sprzedażowych, czytników kodów kreskowych i wielu innych, od drobnych, hobbistycznych
zastosowań aż po po zaawansowane rozwiązania przemysłowe. Warto odwiedzić stronę internetową
producenta (www.wiznet.eu), na której można znaleźć wiele narzędzi wspierających konstruktora,
rozbudowane noty katalogowe i przykładowe aplikacje. Wiznet stosuje politykę Open Hardware,
udostępniając pełną dokumentację swoich produktów każdemu zainteresowanemu. Każdy element
z oferty posiada dedykowane narzędzie developerskie, pozwalające na szybkie i proste zapoznanie
się z funkcjami układu. Inżynierowie Wiznet, co szczególnie istotne, chętnie dzielą się swoją wiedzą
i chętnie wspierają konstruktorów. Na koniec warto podkreślić łatwy dostęp do komponentów, które
są stale dostępne w ofercie i w magazynie firmy TME (www.tme.eu). Wpadniesz na pomysł dziś –
jutro otrzymasz zamówiony produkt Wiznet bezpośrednio pod wskazany adres.
Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
93-350 Łódź, ul. Ustronna 41, Polska
Tel.: 42 645 55 55, fax: 42 645 55 00, e-mail: [email protected]