ESP32でのRJ45を利用したEthernet通信

概要

ESP32で普通のLANケーブルを利用した通信について調べてみました。PoE対応のものが多いですが、最近は普通のLANのみも増えてきています。

ESP32でのEthernet対応について

ESP32ではEthernet用のMACアドレスを内蔵しており、Ethernet PHYに接続することで高速に通信できるモードと、SPI接続のEthernetモジュールに接続する2種類があります。

PHYへの接続はGPIOが18本程度必要なMIIと、9本程度必要なRMIIをサポートしていますが基本的にはRMIIが利用されています。ただし、RMIIはGPIOの本数が多いのと、ノイズの影響が大きいため最初から内蔵しているボードが中心となります。

SPI接続の場合にはGPIOを4本程度で接続可能なので後付でもなんとか通信は可能です。ただし、PHYと比べると低速での通信になるはずです。

その他にかなり低速ですがUARTで通信できるものもあります。昔はXPortなどのように組込Linuxが動いていたボードでしたが、CH9121のようにワンチップになっているものも登場してきています。

利用できるモジュール

接続方法型番代表的な開発ボード等
RMIIDP83848Trueverit ESP32 Universal IoT Driver MK II
RMIIIP101(TLK110)ESP32-Ethernet-Kit
M5Stack ESP32 Ethernet Unit with PoE
RMIIKSZ8041
RMIIKSZ8081Connaxio’s Espoir
RMIILAN8720WT32-ETH01
T-Internet-POE
RMIIRTL8201T-ETH-Lite
SPIDM9051ETH01-EVO
SPIENC28J60
SPIKSZ8851ESP Thread Border Router
SPIW5100
SPIW5500ESP Thread Border Router
M5Stack LAN Module
UARTCH9121

いろいろありますが、IP101が標準的な感じですが古いので最近のものではあまり採用されていません。RMIIだとLAN8720の採用例ばかりです。

SPIの場合ENC28J60やW5100が古典的に使われていましたが、最近はW5500一択だと思われます。

IP101のおすすめボード

ESP32-Ethernet-Kit-VE 開発ボード
Espressif
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ESP32ベースの開発ボード。

公式ボードは上記ですが、結構高いのと技適付きモジュールが届くのかが怪しいです。

M5Stack用ESP32搭載 イーサネットユニット(PoE対応)
PoE(Power Over Ethernet)対応のESP32 イーサネットユニットです。簡単なATコマンドを使ってシリアルポート経由でサーバと接続できます。

上記のM5Stack社製のイーサネットユニットが比較的入手しやすくて技適付きのはずです。

LAN8720のおすすめボード

価格的には上記のWT32-ETH01がAliExpressだとダントツに安いのですが技適付きモジュールではありません。

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技適付きの場合、上記のLILYGO® TTGO T-Internet-POEが使いやすそうです。本体には書き込み機がついていないのでセットで購入する必要があります。ちょっと取扱が難しいので注意してください。

RTL8201のおすすめボード

2377.0¥ 13% OFF|LILYGO® T ETH Lite イーサネットモジュールESP32,w5500,ジャイロスコープカードT ETH,サポート,拡張可能なパワーポシールド,ESP32 S3| | - AliExpress
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あまり採用されている例は少ないですがRTL8201を搭載しており、比較的安い開発ボードになります。こちらはESP32の場合はRTL8201で、ESP32-S3の場合W5500と搭載しているモジュールが違うので注意してください。こちらもUSB端子がないので別途書き込み機が必要になるはずです。ちょっと取扱が難しいので注意してください。

W5500のおすすめボード

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純正ボードは上記ですが、技適がないので日本では利用できないと思います。

ATOMIC W5500搭載PoEベース
ATOMシリーズ向けに設計されたW5500搭載のイーサネットコントローラです。別電源不要で、PoEハブ/スイッチから直接給電でき、使用環境を効率的に簡素化できます。

W5500はSPIなので比較的商品がたくさんあります。上記のATOMと接続するものがシンプルで使いやすいと思います。

M5Stack用W5500搭載 LANモジュール13.2
W5500ハードウェアTCP/IP組み込みイーサネットコントローラ(SPI通信インタフェース)を搭載したM5Stack用のイーサネットコントローラモジュールです。

価格だけだと上記のモジュールタイプが一番安いです。

Carhar W5500イーサネットネットワークモジュールハードウェア / IP 51 / 32マイクロコントローラプログラムオーバー W5100
Carhar
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ハードワイヤード / IPプロトコルをサポートします:、UDP、ICMP、IPv4、、IP、PPPoE

もちろんW5500単体モジュールを購入して、既存のボードと接続しても利用可能です。

PoEのおすすめ

PoEスプリッタ IEEE802.3-AF/AT(12V1A)
Power over Ethernet(PoE)信号を電源信号と通信信号に分離するPoE スプリッタです。48 V PoE電源信号を12 V電圧に変換し、12 Wの電力出力を提供します。

上記のスプリッタなどを利用するのがおすすめです。

GeeekPi ギガビットUSBタイプCアクティブPoEスプリッター48V〜5V IEEE802.3af Power over Ethernet PoEスイッチ拡張、Raspberry Pi 4 4Bに最適
GeeekPi
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互換性:Raspberry Pi 4B / 3B +、Amazon Fire TVデバイス用Amazonイーサネットアダプター、ASUS Tinker Board

上記のようにType-Cになっているものもあります。Raspberry Pi用のものが比較的安定していますが、本体内にPoEモジュールを組み込むより、この手の汎用スプリッタの方が安いのと故障時の交換が楽です。

M5Stack社の製品一覧

SKUTitleModule
A091ATOMIC PoE Base W5500W5500
K012-B[EOL] LAN Module with W5500W5500
K012-B-V12LAN Module with W5500 V12W5500
K012-C[EOL] LAN Module W5500 with POEW5500
K012-C-V12LAN Module W5500 with PoE V12W5500
K052ATOM PoE Kit with W5500 (HY601742E)W5500
M136LAN Module 13.2 (W5500)W5500
U121[EOL] M5Stack PoE Camera W/O Wi-Fi (OV2640)W5500
U121-BM5Stack PoE Camera with Wi-Fi (OV2640)W5500
U129MQTT Unit with RJ45 Port (W5500)W5500
U129-BMQTT PoE Unit with PoE Port (W5500)W5500
U138ESP32 Ethernet Unit with PoEIP101G

かなりいろいろ出ていますが、ESP32 Ethernet Unit with PoE以外はすべてW5500になります。

LilyGOの製品一覧

GitHub - Xinyuan-LilyGO/LilyGO-T-ETH-Series
Contribute to Xinyuan-LilyGO/LilyGO-T-ETH-Series development by creating an account on GitHub.

上記にまとまっていました。ただ技適対応モジュールを使っているはずですが、マークなしのものが到着する可能性があったりと少し難易度が高いです。

T-ETH-Lite ESP32は価格的にはおすすめなのですが、USB端子や書き込み用の専用機がないのでちょっと面倒ですね。

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上記の「T-Internet-COM」はUSB端子付きでそのまま書き込めて、LAN8720搭載なので価格的にも使いやすいかもしれません。本来の用途としてはPCIEボードを追加してLTE通信などを行うためのボードですがLANのみ使う方が国内用途だとおすすめです。

まとめ

WT32-ETH01が圧倒的に安くて便利そうなのですが、技適なしモジュールなので悲しいです。ESP32-CAMとか安いものでも技適付きモジュールで販売してほしいですね。

余裕があれば何個か購入してみて、動作確認をしてみたいと思います。

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