KAmodESP32 ETH POE (PL)

Opis

Płytka ewaluacyjna z modułem ESP32-WROOM połączonym z interfejsem Ethernet oraz układem zasilania PoE

Na płytce KAmod ESP32 ETH+POE znajduje się moduł ESP32-WROOM umożliwiający komunikację w sieci bezprzewodowej Wi-Fi 2,4 GHz, jednak został połączony z interfejsem przewodowym Ethernet z typowym złączem RJ45. Programowanie modułu ESP32 umożliwia konwerter USB-UART ze złączem USB-C. Płytkę uzupełnia układ zasilania PoE – Power over Ethernet, dzięki czemu zasilanie modułu może być dostarczane z instalacji internetowej. Konstrukcja płytki odpowiada SBC rodziny Raspberry Pi - ma wymiary 81x56 mm, a na charakterystycznym, 40-stykowym złączu zostały wyprowadzone wszystkie istotne porty I/O oraz napięcia zasilające 5 V oraz 3,3 V, które mogą zasilać dodatkowe komponenty dołączone do płytki.

Podstawowe cechy i parametry

• Moduł ESP32-WROOM umożliwiający komunikację w sieci Wi-Fi w paśmie 2,4 GHz
• Interfejs Ethernet na bazie układu LAN8742 (100/10 M; full/half duplex)
• Zintegrowany konwerter UART-USB ze złączem USB-C umożliwiający programowanie układu ESP32
• Układ zasilania PoE, kompatybilny ze standardem IEEE 802.3af/at Class 0
• Dostarcza stabilizowanych napięć 5 V oraz 3,3 V o łącznym prądzie do 1,5 A
• Zabezpieczenie przepięciowe, przeciążeniowe oraz termiczne
• Na 40-stykowe złącze w standardzie Raspberry Pi zostały wyprowadzone wszystkie istotne porty I/O oraz napięcia zasilające
• Wymiary płytki: 85x56 mm, wysokość ok. 20 mm

Wyposażenie standardowe

Kod	Opis
KAmodESP32 ETH+POE	Zmontowany i uruchomiony moduł

Schemat elektryczny

Moduł ESP32

Elementy odpowiedzialne za funkcje resetu i programowania

Złącze GPIO

Diody sygnalizacyjne

Interfejs Ethernet

Zasilanie PoE

Interfejs USB-UART

Źródło sygnału taktującego

Blok zasilania o napięciu 3,3 V

Interfejs Ethernet

Złącze	Funkcja
J2 – ETH & PoE (RJ45)	Umożliwia połączenie kablowe z siecią internetową

Na płytce KAmod ESP32 ETH+POE został zaimplementowany przewodowy interfejs Ethernet z klasycznym gniazdem RJ45 (J2). W roli drivera (PHY) interfejsu Ethernet zastosowano układ LAN8742, który jest kompatybilny z LAN8720 i jest wspierany w środowisku Arduino. Może działać z prędkościami 100 Mb lub 10 Mb w trybie Full-Duplex lub Half-Duplex.

Driver Ethernet jest połączony z modułem ESP32 poprzez interfejs RMII (Reduced media-independent interface). Przyporządkowanie sygnałów opisuje tabela:

Sygnał RMII	Kierunek	Wyprowadzenie modułu ESP32
TXD0	<-	GPIO19
TXD1	<-	GPIO22
TXEN	<-	GPIO21
RXD0	->	GPIO25
RXD1	->	GPIO26
CRS_DV	->	GPIO27
MDIO	<->	GPIO18
MDC	<-	GPIO23
REF_CLK	->	GPIO0
RESET	<-	GPIO16

Zasilanie metodą PoE

Złącze	Funkcja
J2 – ETH & PoE (RJ45)	Odbiera zasilanie z instalacji PoE

Poprzez złącze ETH & PoE (J2) może być dostarczane zasilanie do płytki ewaluacyjnej. Zastosowany kontroler zasilania PoE bazuje na układzie MP8007, który jest kompatybilny ze standardami IEEE 802.3af - Powered Devices Type-1 oraz IEEE 802.3at - Powered Devices Type-2. Blok zasilania PoE jest skonfigurowany do pracy w klasie 0 (Class 0), która definiuje pobór mocy urządzenia w zakresie 0,5...13 W.

Zasilanie metodą PoE jest możliwe tylko w kompatybilnej instalacji, zawierającej urządzenie PSE (Power Sourcing Equipments) spełniające standard IEEE 802.3af/at np. router PoE. Prawidłowe działanie bloku zasilania PoE jest sygnalizowane świeceniem diody POE (D4). W czasie pracy bloku zasilania PoE, może być słyszalny szum lub cichy pisk – jest to naturalne zjawisko wywołane działaniem przetwornicy impulsowej (SMPS).

Przy właściwym zasilaniu płytki ewaluacyjnej KAmod ESP32 ETH+POE wytwarzane są napięcia stabilizowane 5 V oraz 3,3 V, dostępne na złączy szpilkowym J1. Mogą posłużyć do zasilania innych modułów dołączonych do płytki ewaluacyjnej, należy jednak pamiętać, aby sumaryczny prąd nie powinien przekraczać 1,5 A.

W instalacji PoE występują napięcia o wartościach sięgających aż 60 V. Wszelkie czynności wykonywane w takich instalacjach z użyciem płytki ewaluacyjnej KAmod ESP32 ETH+POE należy wykonywać ze szczególną ostrożnością i z zachowaniem zasad bezpieczeństwa.

Interfejs USB

Złącze	Funkcja
P1 – COM&POW (USB-C)	Realizuje funkcję konwertera USB-UART Umożliwia programowanie modułu ESP32 Jest alternatywnym wejściem zasilania

Złącze P1 typu USB-C jest połączone z kontrolerem typu CH340, który realizuje funkcje konwertera USB-UART. Interfejs UART może być używany w docelowej aplikacji, ale służy także do programowania modułu ESP32. Proces programowania może przebiegać całkowicie automatycznie, ponieważ kontroler CH340 steruje kluczowymi wyprowadzeniami modułu ESP32 (GPIO0 – Boot Select oraz EN - Chip Power-up).

Połączenia sygnałów pomiędzy CH340 i ESP32 są następujące:

Sygnał kontrolera CH340	Wyprowadzenie modułu ESP32
TXD (wyjście danych)	GPIO03 (UART0 RXD)
RXD (wejście danych)	GPIO01 (UART0 TXD)
DTR (wyście kontroli transmisji)	EN (Chip Power-up)
RTS (wyjście kontroli transmisji)	GPIO0 (Boot Select)

Do linii TXD jest dołączona dioda led oznaczona USB (D3), która sygnalizuje odbieranie danych z interfejsu USB. W przypadku użycia w docelowej aplikacji konwertera USB-UART należy zadbać o to, aby linie DTR oraz RTS pozostały nieobsługiwane (Handshaking: None).

Złącze USB-C może służyć jako alternatywne wejście zasilania dla płytki KAmod ESP32 ETH+POE, jednak wtedy parametry obwodów zasilania nie będą spełnione. Napięcie na linii 5 V, będzie niższe i będzie wynosiło ok. 4,5 V; napięcie na linii 3,3 V nie powinno się zmienić; wydajność prądowa napięć 5 V oraz 3,3 V może być dużo niższa i będzie zależała od zastosowanego zasilania na złączu USB-C.

Przyciski resetowania i programowania

Komponent	Funkcja
Przycisk SW1 – PROG	Uruchamia tryb programowania poprzez UART (tylko w momencie restartu modułu ESP32)
Przycisk SW2 – RESET	Powoduje restart modułu ESP32 oraz kontrolera interfejsu Ethernet

Przycisk RESET umożliwia wykonanie restartu modułu ESP32 oraz, jednocześnie kontrolera interfejsu Ethernet. Jest połączony z linią EN (Chip Power-up) modułu ESP32.

Przycisk PROG pozwala wprowadzić moduł ESP32 w tryb programowania. Należy wtedy nacisnąć przycisk RESET, następnie, trzymając wciśnięty RESET, przytrzymać przycisk PROG i wtedy zwolnić RESET, jednocześnie trzymając jeszcze przez chwilę wciśnięty PROG. Funkcjonalność ta może być przydatna, gdy z jakiegoś powodu tryb programowania nie będzie uruchamiany automatycznie poprzez konwerter USB-UART.

Kontrolki sygnalizacyjne

Komponent	Funkcja
D3 – USB	Miganie diody D3 oznacza przesyłanie danych z USB do modułu ESP32
D4 – POE	Świecenie diody D4 oznacza prawidłowe działanie modułu zasilania PoE
D5 – POW	Świecenie diody D5 oznacza obecność głównego napięcia zasilającego - napięcia 3,3 V
D6 – IO-2	Dioda D6 jest dołączona do wyprowadzenia GPIO2 modułu ESP32 i jej świecenie może być sterowane programowo

Na płytce KAmod ESP32 ETH+POE znajdują się 4 diody LED, które sygnalizują działanie różnych komponentów – zgodnie z powyższą tabelą.

Dioda D6 (LED IO-2) jest dołączona do wyprowadzenia GPIO2 modułu ESP32. Jej zaświecenie wymaga programowego ustawienia stanu wysokiego na wyprowadzeniu GPIO2.

Dodatkowe dwie diody sygnalizacyjne znajdują się na złączu J2. Dioda po lewej stronie (POWER) sygnalizuje obecność głównego napięcia zasilającego - napięcia 3,3 V. Dioda po prawej stronie (LINK) miganiem sygnalizuje aktywność interfejsu Ethernet.