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XIAO W5500 以太网适配器入门指南

介绍​

一款紧凑的 PoE 开发板，搭载 XIAO ESP32S3 Plus，集成隔离式 PoE 模块和基于 TPS563201 的电源转换器，提供干净的 5V 电源为微控制器供电。非常适合物联网项目、智能家居设备和工业自动化——可靠的以太网连接和低功耗无线处理的多功能组合简化了安装并提升了系统性能。

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特性​

  • 高性能微控制器：基于 XIAO ESP32S3 Plus 平台构建，我们的开发板提供强大的处理能力和高效的无线连接，非常适合复杂的物联网和嵌入式应用。

  • 集成 PoE 隔离和电源转换：配备带内置隔离的强大 PoE 模块，开发板安全接受 12V 以太网电源输入。高效的 TPS563201 降压转换器将 12V 降至稳定的 5V 电源轨，为 XIAO ESP32S3 Plus 提供最佳电源。

  • 可靠的以太网连接：配备板载 W5500 以太网芯片和标准 RJ45 接口，开发板确保稳定的有线网络访问，实现无缝数据传输和远程管理。

  • 多功能 I/O 选项：双面 I/O 输出，您可以轻松扩展功能并与各种传感器和外设接口，根据确切规格定制您的应用。

  • 紧凑且即用型设计：在小尺寸中结合集成 PoE、隔离电路和以太网连接，该开发板简化了原型制作，并能在智能家居、工业自动化或网络设备项目中高效部署。

规格参数​

参数描述
MCUXIAO ESP32-S3 Plus
天线2.4GHz 棒状天线 (2.81dBi)
USB Type-C输入电压 (Type-C): 5V
PoE 芯片MQ7813T120
PoE 电源PoE IEEE802.3af
输出电流: 12V/1.1A
高效率 86% (输入 48V, 负载 [email protected])
以太网芯片WIZnet W5500
以太网接口RJ45
10 或 100Mbps 以太网
TCP/IP 协议TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMP, PPPoE
LED 指示灯电源 x 1
用户 x 1
按钮复位
I/O 接口
产品尺寸83 x 118 x 26 mm
产品重量75g
外壳白色 3D 打印

硬件概述​

下面的图片展示了 XIAO W5500 以太网适配器的外观设计。您可以看到紧凑的外形尺寸、以太网端口以及用于连接 XIAO 系列微控制器的接口。这种设计便于集成到各种对空间和可靠性要求较高的项目中。

入门指南​

接线说明​

有两种推荐的方式将您的 XIAO W5500 以太网适配器连接到网络：

  1. 使用支持 PoE 的交换机或路由器：
    • 使用标准 RJ45 以太网线缆将设备直接连接到支持 PoE 的交换机或路由器。这种设置允许通过同一根线缆传输数据和电力，因此您无需为 XIAO 板单独提供电源。

  1. 使用标准以太网线缆：

    • 如果您使用的是普通以太网线缆（不支持 PoE），请将一端连接到您的网络，另一端连接到 XIAO W5500 以太网适配器。在这种情况下，您还必须通过 XIAO 板的 USB-C 端口提供稳定的 5V 电源，因为以太网线缆只能提供数据连接。

提示： 确保您的以太网线缆长度足够满足您的设置需求，并且状态良好，以确保可靠的通信。

复位按钮​

XIAO W5500 以太网适配器配备了复位按钮。如果您的设备程序运行不正常或需要重启系统，只需按一次复位按钮即可。这将重启设备并重新初始化程序，有助于从意外状态或错误中恢复。

ESP32 Arduino 以太网库​

XIAO W5500 以太网适配器使用 ESP32 Arduino 以太网库进行网络连接。该库提供了一套 API 和示例，用于管理以太网连接、处理事件以及在基于 ESP32 的板上构建网络应用程序。

有关更多详细信息、高级用法和最新更新，请参考官方 Espressif 文档：ESP32 Arduino 以太网库文档

XIAO 示例​

现在您已经安装了所需的库并了解了基本功能，让我们探索一些 XIAO W5500 以太网适配器的实际示例。这些演示将帮助您入门，并展示如何为您自己的项目调整代码。

步骤 1. 启动 Arduino 应用程序。

下载 Arduino IDE

步骤 2. 选择您的开发板型号并将其添加到 Arduino IDE 中。

  • 要在后续例程中使用 Seeed Studio XIAO ESP32-S3 Plus，请参考 此教程 完成添加。

步骤 3. 所需材料

要完成以下示例，您需要下面列出的硬件。除了 XIAO W5500 以太网适配器外，请确保您有一根长度足够的以太网电缆用于您的设置。您可以使用具有以太网供电 (PoE) 功能的电缆，或标准以太网电缆。如果您使用标准以太网电缆（不带 PoE），请确保您的 XIAO 板单独使用稳定的 5V 电源供电。

XIAO W5500 以太网适配器
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演示 1：以太网事件记录器​

目的： 此演示将以太网事件记录到串行控制台，包括 MAC 地址和当前 IP 地址（由 DHCP 分配）。它演示了如何初始化 W5500 以太网接口并监控其状态。

典型用例： 将此作为验证硬件设置和网络连接的起点。它对于调试以及需要监控以太网状态或记录网络事件的项目很有用。

#include <SPI.h>
#include <ETH.h>
#include <WiFi.h>

static bool eth_connected = false;

#ifndef ETH_PHY_CS
#define ETH_PHY_TYPE ETH_PHY_W5500
#define ETH_PHY_ADDR 1
#define ETH_PHY_CS   D1
#define ETH_PHY_IRQ  -1
#define ETH_PHY_RST  -1
#endif

// SPI pins
#define ETH_SPI_SCK  D8
#define ETH_SPI_MISO D9
#define ETH_SPI_MOSI D10


// React to Ethernet events:
void onEvent(arduino_event_id_t event, arduino_event_info_t info)
{
  switch (event) {

    case ARDUINO_EVENT_ETH_START:
      // This will happen during setup, when the Ethernet service starts
      Serial.println("ETH Started");
      //set eth hostname here
      ETH.setHostname("esp32-ethernet");
      break;

    case ARDUINO_EVENT_ETH_CONNECTED:
      // This will happen when the Ethernet cable is plugged 
      Serial.println("ETH Connected");
      break;

    case ARDUINO_EVENT_ETH_GOT_IP:
    // This will happen when we obtain an IP address through DHCP:
      Serial.print("Got an IP Address for ETH MAC: ");
      Serial.print(ETH.macAddress());
      Serial.print(", IPv4: ");
      Serial.print(ETH.localIP());
      if (ETH.fullDuplex()) {
        Serial.print(", FULL_DUPLEX");
      }
      Serial.print(", ");
      Serial.print(ETH.linkSpeed());
      Serial.println("Mbps");
      eth_connected = true;

      // Uncomment to automatically make a test connection to a server:
      // testClient( "192.168.0.1", 80 );

      break;

    case ARDUINO_EVENT_ETH_DISCONNECTED:
      // This will happen when the Ethernet cable is unplugged 
      Serial.println("ETH Disconnected");
      eth_connected = false;
      break;

    case ARDUINO_EVENT_ETH_STOP:
      // This will happen when the ETH interface is stopped but this never happens
      Serial.println("ETH Stopped");
      eth_connected = false;
      break;

    default:
      break;
  }
}

// Try to read something from a webserver:
void testClient(const char * host, uint16_t port)
{
  Serial.print("\nConnecting to ");
  Serial.print(host);
  Serial.print(":");
  Serial.println(port);

  NetworkClient client;
  if (!client.connect(host, port)) {
    Serial.println("connection failed");
    return;
  }
  client.printf("GET / HTTP/1.1\r\nHost: %s\r\n\r\n", host);
  while (client.connected() && !client.available());
  while (client.available()) {
    Serial.write(client.read());
  }

  Serial.println("closing connection\n");
  client.stop();
}

// Initializing everything at start up / after reset:
void setup()
{
  // Wait for the hardware to initialize:
  delay(500);

  // This sketch will log some information to the serial console:
  Serial.begin(115200); // Assuming computer will be connected to serial port at 115200 bauds
  Serial.println("Setup...");
  
  Serial.println("Registering event handler for ETH events...");
  Network.onEvent(onEvent);
  
  // Starth Ethernet (this does NOT start WiFi at the same time)
  Serial.println("Starting ETH interface...");
  SPI.begin(ETH_SPI_SCK, ETH_SPI_MISO, ETH_SPI_MOSI);
  ETH.begin(ETH_PHY_TYPE, ETH_PHY_ADDR, ETH_PHY_CS, ETH_PHY_IRQ, ETH_PHY_RST, SPI);

  Serial.println("Waiting for Ethernet connection");
  while (!eth_connected) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
}

void loop()
{
  if (eth_connected) {
    testClient("baidu.com", 80);
  }
  delay(20000);
}

在115200波特率下打开串口监视器以查看以太网事件和IP信息。代码将每20秒尝试连接到"baidu.com"作为连接测试。

自定义：

  • 在testClient("baidu.com", 80);中更改测试服务器为您自己的服务器或本地网络设备。
  • 使用事件处理程序在网络事件发生时触发自定义操作。

演示2：简单以太网Web服务器​

目的： 此演示使用W5500以太网适配器在XIAO ESP32-S3上设置基本的HTTP Web服务器。它响应根URL的请求，并为未知路由提供简单的404处理程序。

典型用例： 适用于希望通过有线以太网连接直接从设备提供网页或REST API的物联网项目。

#include <ETH.h>
#include <WebServer.h>
#include <ESPmDNS.h>


#ifndef ETH_PHY_CS
#define ETH_PHY_TYPE ETH_PHY_W5500
#define ETH_PHY_ADDR 1
#define ETH_PHY_CS   D1
#define ETH_PHY_IRQ  -1
#define ETH_PHY_RST  -1
#endif

// SPI pins
#define ETH_SPI_SCK  D8
#define ETH_SPI_MISO D9
#define ETH_SPI_MOSI D10

static bool eth_connected = false;
WebServer server(80);

// ESP32-POE doesn't have an onboard LED so if you want to use a LED you have to attach one to the extended pins on either UEXT or one of the 10 pin extentions.
// in this example the default value is 13 which is UEXT pin 6, or Extention 2 pin 1. If you want to attach the LED to another pin you need to change this value accordingly.
const int led_pin = 21;

// Web Server: handle a request to / (root of the server)
void handleRoot() {
  digitalWrite(led_pin, 1);
  server.send(200, "text/plain", "hello from esp32!");
  delay(100);    // Wait x ms so we have time to see the Led blinking
  digitalWrite(led_pin, 0);
}

// Web Server: handle a request to an unknown URI (unknown "File")
void handleNotFound() {
  digitalWrite(led_pin, 1);
  String message = "File Not Found\n\n";
  message += "URI: ";
  message += server.uri();
  message += "\nMethod: ";
  message += (server.method() == HTTP_GET) ? "GET" : "POST";
  message += "\nArguments: ";
  message += server.args();
  message += "\n";
  for (uint8_t i = 0; i < server.args(); i++) {
    message += " " + server.argName(i) + ": " + server.arg(i) + "\n";
  }
  server.send(404, "text/plain", message);
  // digitalWrite(led_pin, 0);  // If this is commented out, the LED will stay on in case of 404 error
}

// Handle Ethernet Events:
void onEvent(arduino_event_id_t event, arduino_event_info_t info)
{
  switch (event) {

    case ARDUINO_EVENT_ETH_START:
      // This will happen during setup, when the Ethernet service starts
      Serial.println("ETH Started");
      //set eth hostname here
      ETH.setHostname("esp32-ethernet");
      break;

    case ARDUINO_EVENT_ETH_CONNECTED:
      // This will happen when the Ethernet cable is plugged 
      Serial.println("ETH Connected");
      break;

    case ARDUINO_EVENT_ETH_GOT_IP:
    // This will happen when we obtain an IP address through DHCP:
      Serial.print("Got an IP Address for ETH MAC: ");
      Serial.print(ETH.macAddress());
      Serial.print(", IPv4: ");
      Serial.print(ETH.localIP());
      if (ETH.fullDuplex()) {
        Serial.print(", FULL_DUPLEX");
      }
      Serial.print(", ");
      Serial.print(ETH.linkSpeed());
      Serial.println("Mbps");
      eth_connected = true;

      // Uncomment to automatically make a test connection to a server:
      // testClient( "192.168.0.1", 80 );

      break;

    case ARDUINO_EVENT_ETH_DISCONNECTED:
      // This will happen when the Ethernet cable is unplugged 
      Serial.println("ETH Disconnected");
      eth_connected = false;
      break;

    case ARDUINO_EVENT_ETH_STOP:
      // This will happen when the ETH interface is stopped but this never happens
      Serial.println("ETH Stopped");
      eth_connected = false;
      break;

    default:
      break;
  }
}

// Try to read something from a webserver:
void testClient(const char * host, uint16_t port)
{
  Serial.print("\nConnecting to ");
  Serial.print(host);
  Serial.print(":");
  Serial.println(port);

  NetworkClient client;
  if (!client.connect(host, port)) {
    Serial.println("connection failed");
    return;
  }
  client.printf("GET / HTTP/1.1\r\nHost: %s\r\n\r\n", host);
  while (client.connected() && !client.available());
  while (client.available()) {
    Serial.write(client.read());
  }

  Serial.println("closing connection\n");
  client.stop();
}

// Initializing everything at start up / after reset:
void setup()
{
  // Wait for the hardware to initialize:
  delay(500);

  // This sketch will log some information to the serial console:


  Serial.begin(115200); // Assuming computer will be connected to serial port at 115200 bauds
  Serial.print("Setup...");
  

  Serial.print("Registering event handler for ETH events...");
  Network.onEvent(onEvent);
  
  // Starth Ethernet (this does NOT start WiFi at the same time)
  Serial.print("Starting ETH interface...");
  SPI.begin(ETH_SPI_SCK, ETH_SPI_MISO, ETH_SPI_MOSI, ETH_PHY_CS);
  ETH.begin(ETH_PHY_TYPE, ETH_PHY_ADDR, ETH_PHY_CS, ETH_PHY_IRQ, ETH_PHY_RST, SPI);

  
  // multicast DNS (mDNS) allows to resolve hostnames to IP addresses without a DNS server
  if (MDNS.begin("esp32")) {  // using mDNS name "esp32"
    Serial.println("MDNS responder started");
  }

  // Web Server handlers: 
  // Handle a request to / (root of the server)
  server.on("/", handleRoot);
  // Minimalistic handling of another URI (LED will not flash on this one):
  server.on("/inline", []() {
    server.send(200, "text/plain", "this works as well");
  });
  // Handle all other URIs:
  server.onNotFound(handleNotFound);

  server.begin();
  Serial.println("HTTP server started");
  
  pinMode( led_pin, OUTPUT);  // Initialize the LED pin as a digital output (on/off)
}

void loop ()
{
  server.handleClient();
  delay(2);//allow the cpu to switch to other tasks
}

一旦设备获得IP地址（在串口监视器中显示），打开浏览器并导航到 http://<your_device_ip>/。根端点将响应"hello from esp32!"并闪烁LED。尝试访问 /inline 或任何其他路径以查看不同的响应。

自定义：

  • 使用 server.on("/yourpath", handlerFunction); 添加更多端点。
  • 将传感器读数或设备控制集成到您的Web服务器响应中。

演示3：以太网摄像头流媒体服务器​

提醒： 此演示需要来自 XIAO ESP32-S3 Sense 开发板的摄像头模块。XIAO W5500以太网适配器本身不包含摄像头，摄像头插座目前也不单独销售。如果您之前购买了XIAO ESP32-S3 Sense开发板，您可以在此演示中使用其摄像头。为了整洁的安装，请参考资源部分，了解与此设置兼容的带摄像头孔的3D打印外壳。

目的： 这个高级演示将XIAO ESP32-S3摄像头模块与W5500以太网适配器结合，通过以太网流式传输摄像头图像。它演示了如何初始化摄像头、配置以太网接口并启动用于视频流的Web服务器。

典型用例： 非常适合监控、远程监视或任何需要通过可靠有线连接进行实时图像流传输的项目。

tip

以下程序仅适用于.ino文件，编译此程序需要一些头文件。您可以通过下面的链接获取项目的完整源代码。

下载代码

#include "esp_camera.h"
#include <ETH.h>
#include <WiFi.h>  // For event handling

// Define the camera model being used
#define CAMERA_MODEL_XIAO_ESP32S3  // Has PSRAM

// Include camera pin definitions
#include "camera_pins.h"

#define USE_TWO_ETH_PORTS 0

// Ethernet PHY and SPI pin definitions (adjust according to your hardware)
#ifndef ETH_PHY_CS
#define ETH_PHY_TYPE ETH_PHY_W5500
#define ETH_PHY_ADDR 1
#define ETH_PHY_CS D1
#define ETH_PHY_IRQ -1
#define ETH_PHY_RST -1
#endif

#define ETH_SPI_SCK D8
#define ETH_SPI_MISO D9
#define ETH_SPI_MOSI D10

// Global variable to track Ethernet connection status
static bool eth_connected = false;

// Function declarations
void startCameraServer();
void setupLedFlash(int pin);
void onEvent(arduino_event_id_t event, arduino_event_info_t info);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(2000);
  // Register Ethernet event handler
  Network.onEvent(onEvent);

  // Initialize SPI and Ethernet
  SPI.begin(ETH_SPI_SCK, ETH_SPI_MISO, ETH_SPI_MOSI, ETH_PHY_CS);
  ETH.begin(ETH_PHY_TYPE, ETH_PHY_ADDR, ETH_PHY_CS, ETH_PHY_IRQ, ETH_PHY_RST, SPI);

  // Wait for Ethernet connection
  Serial.print("Waiting for Ethernet connection");
  while (!eth_connected) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

  Serial.println("");
  Serial.println("Ethernet connected");

  Serial.setDebugOutput(true);
  Serial.println();

  // Camera configuration structure
  camera_config_t config;
  config.ledc_channel = LEDC_CHANNEL_0;
  config.ledc_timer = LEDC_TIMER_0;
  config.pin_d0 = Y2_GPIO_NUM;
  config.pin_d1 = Y3_GPIO_NUM;
  config.pin_d2 = Y4_GPIO_NUM;
  config.pin_d3 = Y5_GPIO_NUM;
  config.pin_d4 = Y6_GPIO_NUM;
  config.pin_d5 = Y7_GPIO_NUM;
  config.pin_d6 = Y8_GPIO_NUM;
  config.pin_d7 = Y9_GPIO_NUM;
  config.pin_xclk = XCLK_GPIO_NUM;
  config.pin_pclk = PCLK_GPIO_NUM;
  config.pin_vsync = VSYNC_GPIO_NUM;
  config.pin_href = HREF_GPIO_NUM;
  config.pin_sccb_sda = SIOD_GPIO_NUM;
  config.pin_sccb_scl = SIOC_GPIO_NUM;
  config.pin_pwdn = PWDN_GPIO_NUM;
  config.pin_reset = RESET_GPIO_NUM;
  config.xclk_freq_hz = 20000000;
  config.frame_size = FRAMESIZE_UXGA;
  config.pixel_format = PIXFORMAT_JPEG;  // Use JPEG for streaming
  config.grab_mode = CAMERA_GRAB_WHEN_EMPTY;
  config.fb_location = CAMERA_FB_IN_PSRAM;
  config.jpeg_quality = 12;
  config.fb_count = 1;

  // Adjust configuration based on PSRAM availability
  if (config.pixel_format == PIXFORMAT_JPEG) {
    if (psramFound()) {
      config.jpeg_quality = 10;
      config.fb_count = 2;
      config.grab_mode = CAMERA_GRAB_LATEST;
    } else {
      config.frame_size = FRAMESIZE_SVGA;
      config.fb_location = CAMERA_FB_IN_DRAM;
    }
  } else {
    config.frame_size = FRAMESIZE_240X240;
#if CONFIG_IDF_TARGET_ESP32S3
    config.fb_count = 2;
#endif
  }

#if defined(CAMERA_MODEL_ESP_EYE)
  // Special pin setup for ESP-EYE
  pinMode(13, INPUT_PULLUP);
  pinMode(14, INPUT_PULLUP);
#endif

  // Initialize the camera
  esp_err_t err = esp_camera_init(&config);
  if (err != ESP_OK) {
    Serial.printf("Camera init failed with error 0x%x", err);
    return;
  }

  // Adjust sensor settings for specific camera modules
  sensor_t *s = esp_camera_sensor_get();
  if (s->id.PID == OV3660_PID) {
    s->set_vflip(s, 1);        // Vertical flip
    s->set_brightness(s, 1);   // Increase brightness
    s->set_saturation(s, -2);  // Decrease saturation
  }
  if (config.pixel_format == PIXFORMAT_JPEG) {
    s->set_framesize(s, FRAMESIZE_QVGA);  // Lower initial frame size
  }

#if defined(CAMERA_MODEL_M5STACK_WIDE) || defined(CAMERA_MODEL_M5STACK_ESP32CAM)
  s->set_vflip(s, 1);
  s->set_hmirror(s, 1);
#endif

#if defined(CAMERA_MODEL_ESP32S3_EYE)
  s->set_vflip(s, 1);
#endif

  // Setup LED flash if the pin is defined
#if defined(LED_GPIO_NUM)
  setupLedFlash(LED_GPIO_NUM);
#endif

  // Start the camera web server
  startCameraServer();

  // Print the access URL to the serial monitor
  Serial.print("Camera Ready! Use 'http://");
  Serial.print(ETH.localIP());
  Serial.println("' to connect");
}

void loop() {
  // No additional processing needed; camera server runs in another task
  delay(10000);
}

// Ethernet event handler
void onEvent(arduino_event_id_t event, arduino_event_info_t info) {
  switch (event) {
    case ARDUINO_EVENT_ETH_START:
      Serial.println("ETH Started");
      // Set Ethernet hostname here
      ETH.setHostname("esp32-eth0");
      break;
    case ARDUINO_EVENT_ETH_CONNECTED:
      Serial.println("ETH Connected");
      break;
    case ARDUINO_EVENT_ETH_GOT_IP:
      Serial.printf("ETH Got IP: '%s'\n", esp_netif_get_desc(info.got_ip.esp_netif));
      Serial.println(ETH);
      eth_connected = true;
      break;
    case ARDUINO_EVENT_ETH_LOST_IP:
      Serial.println("ETH Lost IP");
      eth_connected = false;
      break;
    case ARDUINO_EVENT_ETH_DISCONNECTED:
      Serial.println("ETH Disconnected");
      eth_connected = false;
      break;
    case ARDUINO_EVENT_ETH_STOP:
      Serial.println("ETH Stopped");
      eth_connected = false;
      break;
    default:
      break;
  }
}

打开串口监视器，在设备连接到网络后查找设备的IP地址。在浏览器中输入IP地址以访问摄像头流。

自定义：

  • 在 camera_config_t 结构中调整摄像头设置（分辨率、质量、帧大小）。
  • 修改Web服务器代码以添加身份验证或其他端点。
  • 调整以太网引脚定义以匹配您的自定义硬件。

常见问题​

Q1: 为什么W5500适配器的网络信号较差？有什么解决方案吗？​

可以在所有使用WiFi的代码中添加一个用于调整功率的代码段，通过调整发射功率，可以显著改善信号强度。

例如以下代码片段，在 Setup() 内添加调整功率的函数。

    // 1. Set WiFi to Station mode
    WiFi.mode(WIFI_STA);

    // 2. Adjust WiFi transmit power (Key correction)
    int8_t power_dbm = 15;
    int8_t power_param = (int8_t)(power_dbm / 0.25);
    esp_err_t err = esp_wifi_set_max_tx_power(power_param);
    
    if (err == ESP_OK) {
        Serial.print("Successfully set WiFi TX Power to: ");
        Serial.print(power_dbm);
        Serial.println(" dBm");
    } else {
        Serial.println("Failed to set WiFi TX Power.");
    }
    
    // 3. Start connecting to WiFi
    WiFi.begin(ssid, password);

    Serial.print("Connecting to WiFi network: ");
    Serial.println(ssid);

已验证将功率设置为上述代码可获得最佳结果。

资源​

技术支持与产品讨论​

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