ماژول W5500 اترنت به SPI

ماژول اترنت شبکه لن W5500

ماژول W5500 یک ماژول اترنت با ارتباط از طریق پروتکل SPI است. این ماژول قابلیت اتصال به شبکه اینترنت را برای دستگاه هایی که به ارتباط SPI دسترسی دارند، فراهم می کند. با استفاده از ماژول W5500، می توان ارتباط اینترنتی را برای بردهای مختلفی مانند آردوینو، میکروکنترلرها و سایر دستگاه های الکترونیکی فراهم کرد. این ماژول دارای پروتکل های TCP/IP، UDP، ICMP، IPv4، ARP، IGMP و PPPoE است و با این قابلیت می توان ارتباط با سرورهای اینترنتی، مدیریت شبکه و انتقال داده های مختلف را انجام داد.یکی از این ماژول ها، ماژول اترنت شبکه لن است. این ماژول می تواند ارتباط بین میکروکنترلر و اینترنت را از طریق پورت سریال SPI فراهم نماید. در حقیقت ماژول W5500 یک مبدل سریال اترنت با سوکت RJ45 به سریال با پورت SPI است. با اتصال سوکت به مودم و طرف دیگر به آردوینو، برد آردوینو به اینترنت متصل می شود.

کمی درباره تراشه W5500 مبدل اترنت به SPI

تراشه W5500 یک تراشه کنترلر اترنت است که توسط شرکت WIZnet طراحی و تولید شده است. این تراشه برای فراهم کردن اتصالات شبکه اترنت به دستگاه های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. W5500 یکی از تراشه های محبوب برای اتصال دستگاه های IoT به شبکه اترنت است. تراشه W5500 از مجموعه وسیعی از پروتکل های شبکه پشتیبانی می کند، از جمله TCP/IP، UDP، ICMP، IPv4 و ARP. این قابلیت به کاربر اجازه می دهد تا داده ها را از طریق اینترنت ارسال و دریافت کند و با دستگاه های دیگر در شبکه ارتباط برقرار کند. تراشه W5500 دارای یک رابط SPI (Serial Peripheral Interface) است که برای ارتباط با میکروکنترلر یا دستگاه های دیگر استفاده می شود. این رابط ارتباطی سریال بین تراشه و دستگاه کنترل کننده فراهم می کند و تبادل داده ها را مدیریت می کند. 

تراشه W5500 دارای حافظه داخلی برای بافر کردن داده ها است. این حافظه به عنوان یک بافر بین شبکه و میکروکنترلر عمل می کند و دریافت و ارسال داده‌ها را مدیریت می‌کند. ویژگی دیگری که تراشه W5500 را جالب می ‌‌کند، پشتیبانی از Ethernet 10/100 است. این به معنای این است که تراشه قابلیت اتصال به شبکه با سرعت های 10Mbps و 100Mbps را دارد، که امکان ارتباط سریع با شبکه را به کاربر می دهد. به طور کلی، تراشه W5500 یک تراشه قدرتمند و کارآمد برای ارتباط با شبکه اترنت است. از آنجایی که دارای پروتکل های متعددی استفاده می کند و رابط SPI را دارد، می تواند در بسیاری از برنامه های ارتباطی و اتوماسیونی مورد استفاده قرار گیرد.

مشخصات فنی ماژول اترنت شبکه لن W5500

پشتیبانی از پروتکل های شبکه: TCP/IP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMP, PPPoE

رابط: رابط SPI (Serial Peripheral Interface)

پشتیبانی از سرعت Ethernet: سرعت‌های 10Mbps (Half/Full Duplex) و 100Mbps (Half/Full Duplex)

حافظه داخلی: 32KB حافظه برای بوفر کردن داده ها

پشتیبانی از تعداد پورت ها: یک پورت اترنت RJ-45 برای اتصال به شبکه 

پشتیبانی از تعداد اتصال همزمان: تا 8 اتصال TCP/UDP همزمان

پشتیبانی از پروتکل DHCP: DHCP Client برای دریافت تنظیمات IP خودکار از سرور DHCP

پشتیبانی از پروتکل DNS: DNS Client برای ترجمه نام ها به آدرس IP

مصرف انرژی: مصرف کم انرژی با حالت های انرژی پایین

پشتیبانی از امنیت: SSL/TLS (Secure Socket Layer/Transport Layer Security) برای ارتباط امن

ولتاژ کاری: ولتاژ تغذیه 3.3 ولت

ابعاد فیزیکی: ماژول کوچک و فضایی کوچک با ابعاد استاندارد

توجه داشته باشید که مشخصات فنی ممکن است بسته به سازنده و نسخه ماژول W5500 متفاوت باشد. بنابراین، بهتر است همیشه به دستورالعمل های تولید کننده و برنامه ریزی مربوطه مراجعه کنید.

پایه‌های PinOut ماژول اترنت W5500

ماژول W5500 دارای پایه های مختلفی است که برای اتصال به میکروکنترلر یا دستگاه های دیگر استفاده می شود. در زیر، پایه های اصلی (pinout) ماژول W5500 را بررسی خواهید کرد:

VCC: پایه تغذیه ماژول با ولتاژ 3.3 ولت. این پایه باید به منبع تغذیه مربوطه متصل شود.

GND: پایه اتصال به زمین (منفی) تغذیه.

SCS: پایه انتخاب تراشه (Chip Select) که از طریق آن میکروکنترلر با ماژول ارتباط برقرار می کند. باید به یک پایه GPIO میکروکنترلر متصل شود.

SCLK: پایه ساعت ارتباطی (Serial Clock) برای ارتباط SPI بین میکروکنترلر و ماژول. باید به پایه ساعت SPI میکروکنترلر متصل شود.

MOSI: پایه ورودی داده (Master Out Slave In) برای ارتباط SPI بین میکروکنترلر و ماژول. باید به پایه خروجی داده SPI میکروکنترلر متصل شود.

MISO: پایه خروجی داده (Master In Slave Out) برای ارتباط SPI بین میکروکنترلر و ماژول. باید به پایه ورودی داده SPI میکروکنترلر متصل شود.

INT: پایه خروجی قطعه (Interrupt) که وقوع رویدادهای خاصی را به میکروکنترلر اعلام می کند. می توانید این پایه را به یک پایه GPIO میکروکنترلر متصل کنید.

RST: پایه بازنشانی (Reset) که با فعال کردن آن، ماژول را مجدداً راه اندازی می کنید. می توانید این پایه را به یک پایه GPIO میکروکنترلر متصل کنید.

توجه داشته باشید که شمای پایه ها ممکن است بسته به نوع پکیج ماژول W5500 متفاوت باشد. بنابراین، بهتر است همیشه به دستورالعمل های تولید کننده و دیتاشیت ماژول مراجعه کنید تا اطلاعات دقیق و کامل در مورد پایه های وصل شده را دریافت کنید.

به همراه ماژول اترنت W5500 چه اقلامی باید خریداری شود؟

به منظور استفاده از ماژول اترنت W5500، علاوه بر خرید خود ماژول، ممکن است نیاز به خرید اقلام دیگری نیز داشته باشید. در زیر لیستی از اقلامی که ممکن است برای استفاده به همراه ماژول W5500 نیاز داشته باشید را لیست کرده‌ایم.

میکروکنترلر: شما نیاز به یک میکروکنترلر دارید که قادر به کنترل و ارتباط با ماژول W5500 باشد. معمولاً میکروکنترلرهایی مانند Arduino، Raspberry Pi، ESP8266، ESP32 وجود دارند که قابل استفاده هستند.

منبع تغذیه: برای تغذیه ماژول W5500 نیاز به یک منبع تغذیه 3.3 ولت است. از جمله گزینه ها می توان به منبع تغذیه خطی یا سوئیچینگ 3.3 ولت اشاره کرد.

کابل Ethernet: برای اتصال ماژول W5500 به شبکه، نیاز به کابل Ethernet با پورت RJ-45 دارید. معمولاً این کابل را می توانید به صورت جداگانه خریداری کنید.

الگوی مدارچاپی: اگر قصد دارید ماژول W5500 را بر روی مدارچاپی (PCB) خود لحیم کنید، نیاز به طراحی و تولید الگوی PCB دارید. می توانید از نرم افزارهای طراحی PCB مانند Eagle، KiCad یا Altium استفاده کنید.

قطعات جانبی: بسته به نیاز و برنامه کاربردی خاص شما، ممکن است نیاز به قطعات جانبی دیگری داشته باشید، مانند سنسورها، رله ها، LED ها، دکمه ها و غیره، که بسته به نیازهای پروژه شما می توانید آن‌ها را خریداری کنید.

توجه داشته باشید که این موارد فقط یک لیست کلی است و نیازهای شما ممکن است بسته به برنامه کاربردی خاصتان متفاوت باشد. لذا قبل از خرید، بهتر است نیازهای خود را مشخص کرده و بر اساس آنها لیست خرید خود را تنظیم کنید.

راه اندازی ماژول W5500 با آردوینو

برای راه اندازی ماژول W5500 با آردوینو، شما می‌توانید از کتابخانه (library) Ethernet2 استفاده کنید. در زیر، مراحل اصلی راه اندازی ماژول W5500 با آردوینو را توضیح می‌دهم.

نصب کتابخانه Ethernet2: باز کنید برنامه آردوینو IDE (محیط توسعه متن باز آردوینو) روی "Sketch" کلیک کرده و سپس به قسمت "Include Library" بروید. از فهرست کتابخانه‌ها، "Ethernet2" را جستجو کنید و آن را نصب کنید.

اتصال سخت‌افزاری: اتصالات ماژول W5500 را به طور مستقیم به آردوینو انجام دهید. پایه SCS ماژول را به پایه 10 آردوینو وصل کنید. همچنین، پایه‌های SCLK، MOSI و MISO را به پایه‌های متناظر در آردوینو (معمولاً پایه‌های 13، 11 و 12) متصل کنید.

کد برنامه: اکنون می‌توانید کد برنامه را بنویسید. نمونه کد زیر را می‌توانید استفاده کنید.

#include <Ethernet2.h>

byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED}; // آدرس MAC ماژول
IPAddress ip(192, 168, 1, 10); // آدرس IP آردوینو
EthernetServer server(80); // ساخت یک سرور برای برقراری ارتباط

void setup() {
  Ethernet.init(10); // مقداردهی اولیه ماژول با استفاده از پایه SCS
  Ethernet.begin(mac, ip); // شروع اتصال با مقادیر MAC و IP تعیین شده

  server.begin(); // شروع سرور
  Serial.begin(9600); // شروع ارتباط سریال
  Serial.print("Server IP: ");
  Serial.println(Ethernet.localIP()); // چاپ آدرس IP آردوینو
}

void loop() {
  EthernetClient client = server.available(); // بررسی وجود ارتباط

  if (client) {
    if (client.connected()) {
      Serial.println("Client connected");
      client.println("Hello from Arduino!"); // ارسال پیام به مشتری
      client.stop(); // قطع اتصال
      Serial.println("Client disconnected");
    }
  }
}

آپلود و اجرا: برنامه را روی آردوینو آپلود کنید و سپس ماژول W5500 را به آردوینو متصل کنید. سپس سریال مانیتور را در نرم افزاری باز کنید. با اجرای این برنامه، آردوینو به عنوان یک سرور شبکه عمل خواهد کرد و هر وقت یک کاربری (مانند یک مرورگر وب) به آن متصل می‌شود، پیام "Hello from Arduino!" به آن ارسال می شود. البته، می توانید کد را براساس نیازهای خود تغییر دهید. توجه داشته باشید که این فقط یک نمونه است و شما می‌توانید برنامه را براساس نیازهای خاص خود تغییر دهید و عملکرد دلخواه خود را پیاده سازی کنید.

راه اندازی ماژول W5500 با میکروپایتون

برای راه اندازی ماژول W5500 با میکروپایتون، شما می‌توانید از کتابخانه (library) micropython-w5500 استفاده کنید. در ادامه مراحل اصلی راه اندازی ماژول W5500 با میکروپایتون را توضیح می‌دهیم.

نصب کتابخانه micropython-w5500: با استفاده از پکیج مدیریت بسته micropython-pip، کتابخانه را نصب کنید. به عنوان مثال، می‌توانید از دستور pip install micropython-w5500 در محیط command prompt استفاده کنید.

اتصال سخت‌افزاری: اتصالات ماژول W5500 را به میکروکنترلر (مانند ESP8266 یا ESP32) انجام دهید. پایه SCS ماژول را به یک پایه GPIO میکروکنترلر وصل کنید. همچنین، پایه‌های SCLK، MOSI و MISO را به پایه‌های متناظر میکروکنترلر متصل کنید.

کد برنامه: اکنون می‌توانید کد برنامه را بنویسید. نمونه کد زیر را می‌توانید استفاده کنید.

import network
import usocket as socket
import ustruct as struct
from w5500 import W5500

# تنظیمات شبکه
IP = "192.168.1.10"
MASK = "255.255.255.0"
GATEWAY = "192.168.1.1"

# تنظیمات W5500
SPI_SCK_PIN = 14
SPI_MOSI_PIN = 13
SPI_MISO_PIN = 12
SPI_CS_PIN = 15

# ساخت شیء W5500
spi = machine.SPI(1, baudrate=10000000, polarity=0, phase=0, sck=machine.Pin(SPI_SCK_PIN), mosi=machine.Pin(SPI_MOSI_PIN), miso=machine.Pin(SPI_MISO_PIN))
cs = machine.Pin(SPI_CS_PIN, machine.Pin.OUT)
w5500 = W5500(spi, cs)

# ساخت اتصال شبکه
nic = network.WIZNET5K(spi, cs)
nic.active(True)
nic.ifconfig((IP, MASK, GATEWAY, GATEWAY))

# ساخت سوکت TCP
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((IP, 80))
s.listen(1)

print("Server IP:", IP)

while True:
    client, addr = s.accept()
    print("Client connected from:", addr)

    # ارسال پاسخ به کلاینت
    response = "Hello from MicroPython!"
    client.send(response)

    # بستن اتصال با کلاینت
    client.close()
    print("Client disconnected")

آپلود و اجرا: کد برنامه را آپلود کنید و میکروکنترلر را با ماژول W5500 متصل کنید. پس از اجرای برنامه، میکروکنترلر به عنوان یک سرور شبکه عمل خواهد کرد. هر وقت یک مشتری (مانند یک مرورگر وب) به آن متصل می‌شود، پیام "Hello from MicroPython!" به آن ارسال می‌شود. توجه داشته باشید که این فقط یک نمونه است و شما می‌توانید برنامه را براساس نیازهای خاص خود تغییر دهید و عملکرد دلخواه خود را پیاده سازی کنید.

کاربردهای ماژول اترنت شبکه لن W5500

طراحی و پیاده سازی سیستم های تحت شبکه

طراحی و پیاده سازی مانیتورینگ از راه دور

طراحی و پیاده سازی مدارات فرمان از راه دور