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.