Internet pod strzechy!

Transkrypt

1 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: 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

2 2 Internet pod strzechy, mgr inż. Arkadiusz Węglewski W5300 High Performance Ethernet Controller: szybkość Max 80 Mbps (by DMA) 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: 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

3 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 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 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)

4 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 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, AP- Client, 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,

5 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 ( 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 ( Wpadniesz na pomysł dziś jutro otrzymasz zamówiony produkt Wiznet bezpośrednio pod wskazany adres.