CO2_Gateway

📌 Overview

 STM32F103 + WIZnet W5500 조합으로 RS-485(Modbus RTU) 센서 데이터를 이더넷(TCP)으로 연동하는 “현장 센서 ↔ 네트워크” 게이트웨이 예제입니다. MCU 설정 파일에서 STM32F103C8T6 계열 사용이 확인됩니다.

📌 Features

RS-485(Modbus RTU) 질의/응답 기반 센서값 수집

• CRC16 계산 후 프레임 송신, 수신 데이터 기반 파싱 구조가 포함됩니다.

W5500 하드웨어 TCP/IP 오프로딩 기반 TCP Client 통신

• MCU 부하를 낮추고, 임베디드에서 비교적 단순한 소켓 API로 TCP 연결을 구성합니다.

멀티 태스크(FreeRTOS) 형태의 기능 분리

• 통신 수신, 디스플레이, 로컬 온도(DS18B20), RS-485 수집을 태스크로 분리해 확장에 유리합니다.

로컬 표시(OLED) 및 로컬 온도 센서(DS18B20) 포함

• 게이트웨이가 단순 중계기 역할을 넘어 현장 디버깅/상태 확인용 UI를 가질 수 있는 형태입니다.

고정 IP/포트 기반의 간단한 서버 연동 뼈대

• 서버 IP/포트가 코드에 고정된 형태로 존재해, PoC(개념 검증) 구현이 빠릅니다.

📌 System Architecture

구성 요소

• MCU: STM32F103C8T6 
• Ethernet: WIZnet W5500 (SPI 연결, CS/RST 핀 사용)
• Field I/F: RS-485(UART 기반, Modbus RTU)
• Local Sensor/UI: DS18B20(1-Wire), OLED

데이터 흐름

• RS-485 센서 → (Modbus RTU 응답) → STM32
• STM32 → (W5500 소켓 send/recv) → TCP 서버
• TCP 서버 → STM32로 데이터 송신 시, 프로젝트는 문자열 파싱(예: co2, temperature 형태) 구조를 포함
• STM32 → OLED에 온도/습도 등 상태 표시

📌 Role and Application of the WIZnet's Chip

사용 칩: WIZnet W5500 

네트워크에서의 역할:

• TCP Client 소켓 통신(서버 IP/Port로 connect 후 send/recv)

📌 Market & Application Value

적용 산업/시장

• 스마트 팩토리/빌딩 자동화: RS-485(센서/인버터/계측기) ↔ Ethernet(상위 관제) 변환 수요가 꾸준합니다.
• 온실/환경 모니터링: CO2/온습도/공기질 센서가 RS-485(Modbus)로 제공되는 제품군이 존재합니다(센서 시장 일반 정보).
• 레거시 설비 데이터 수집: “기존 RS-485 장비를 IP로 끌어올리는” 전환 수요

📌 WIZnet Strategic Value

Maker 생태계 관점 의미

• “W5500 + STM32 + RS-485”는 현장 IoT에서 반복 등장하는 조합이라, 게이트웨이 레퍼런스 템플릿으로 가치가 있습니다.
• FreeRTOS 태스크 분리 구조는 Maker 사용자에게 “확장 가능한 코드 뼈대”로 교육 효과가 있습니다.
• W5500을 쓰면 고성능 MCU 없이도 안정적인 이더넷 기반 필드 게이트웨이를 빠르게 만들 수 있습니다.

📌 Summary

이 UCC는 STM32F103 + W5500 기반 이더넷 게이트웨이로, RS-485(Modbus) 센서 데이터를 TCP 서버와 연동하는 현장 IoT 브릿지 구조를 보여줍니다.

📌 FAQ

Q1. STM32F103 + W5500 CO₂ Gateway 프로젝트는 무엇인가요?

이 프로젝트는 STM32F103C8T6 MCU와 WIZnet W5500을 사용하여 RS-485(Modbus RTU) 센서 데이터를 TCP 서버로 전송하는 이더넷 게이트웨이 예제입니다.
현장 RS-485 기반 센서 데이터를 IP 네트워크로 변환하는 IoT 브릿지 구조를 구현합니다.

Q2. 이 게이트웨이는 어떤 통신 구조를 사용하나요?

게이트웨이는 다음과 같은 구조로 동작합니다:

• RS-485 (UART 기반 Modbus RTU) → STM32 수집
• STM32 → W5500 (SPI 연결) → TCP Client 통신
• TCP 서버 ↔ STM32 (문자열 기반 데이터 송수신)
• 로컬 OLED에 상태 표시

즉, Field Bus(RS-485) ↔ Ethernet(TCP/IP) 변환 구조입니다.

Q3. WIZnet W5500의 역할은 무엇인가요?

W5500은 하드웨어 TCP/IP 오프로딩 기능을 가진 SPI 기반 Ethernet 컨트롤러입니다.

이 프로젝트에서 W5500은:

• TCP Client 소켓 생성
• 서버 IP/Port로 connect 수행
• send()/recv() 기반 데이터 송수신 처리
• MCU 부하 감소

를 담당합니다.

Q4. 왜 W5500을 사용하는 것이 유리한가요?

W5500은 TCP/IP 스택을 하드웨어로 처리하므로:

• STM32F103과 같은 중급 MCU에서도 안정적인 TCP 통신 가능
• 메모리 사용량 감소
• 소프트웨어 네트워크 스택 구현 부담 제거
• 산업용 네트워크 환경에서 높은 안정성 제공

따라서 저비용 MCU 기반 게이트웨이 설계에 적합합니다.

Q5. RS-485(Modbus RTU)는 어떻게 처리되나요?

STM32는 UART 기반 RS-485 인터페이스를 통해 Modbus RTU 질의/응답을 수행합니다.

구현 특징:

• CRC16 계산 후 프레임 전송
• 수신 데이터 파싱 구조 포함
• CO₂, 온도 등 센서 값 추출

이를 통해 필드 센서 데이터를 디지털 네트워크로 변환합니다.

📌 Overview

This is an example of a “field sensor ↔ network” gateway that links RS-485 (Modbus RTU) sensor data to Ethernet (TCP) using a combination of STM32F103 + WIZnet W5500. It is confirmed from the MCU configuration file that the STM32F103C8T6 series is used.

📌 Features

RS-485 (Modbus RTU) query/response-based sensor data collection

• Includes a structure for transmitting frames after CRC16 calculation and parsing based on received data.

TCP client communication based on W5500 hardware TCP/IP offloading

• Reduces MCU load and enables TCP connection setup using a relatively simple socket API in embedded systems.

Multi-task structure (FreeRTOS-based functional separation)

• Separates communication reception, display, local temperature (DS18B20), and RS-485 collection into individual tasks, making it advantageous for scalability.

Includes local display (OLED) and local temperature sensor (DS18B20)

• Allows the gateway to go beyond a simple relay and provide a UI for on-site debugging and status monitoring.

Basic server integration structure based on fixed IP/port

• Server IP and port are hardcoded in the firmware, enabling rapid PoC (proof-of-concept) implementation.

📌 System Architecture

Components

• MCU: STM32F103C8T6
• Ethernet: WIZnet W5500 (SPI connection, using CS/RST pins)
• Field I/F: RS-485 (UART-based, Modbus RTU)
• Local Sensor/UI: DS18B20 (1-Wire), OLED

Data Flow

• RS-485 sensor → (Modbus RTU response) → STM32
• STM32 → (W5500 socket send/recv) → TCP server
• When the TCP server sends data to STM32, the project includes a string parsing structure (e.g., in the form of co2, temperature)
• STM32 → Displays temperature/humidity and other status information on the OLED

📌 Role and Application of the WIZnet's Chip

Chip used: WIZnet W5500

Role in the network:

• TCP client socket communication (connect to server IP/port, then perform send/recv)

📌 Market & Application Value

Applicable Industries/Markets

• Smart factory/building automation: There is steady demand for converting RS-485 (sensors/inverters/meters) ↔ Ethernet (upper-level control/monitoring systems).
• Greenhouse/environmental monitoring: There are product lines where CO2, temperature/humidity, and air quality sensors are provided via RS-485 (Modbus) (general information about the sensor market).
• Legacy equipment data acquisition: Demand for transitioning “existing RS-485 devices to IP-based networks.”

📌 WIZnet Strategic Value

Significance from the Maker ecosystem perspective

• “W5500 + STM32 + RS-485” is a frequently recurring combination in field IoT, giving it value as a gateway reference template.
• The FreeRTOS task separation structure provides educational value to Maker users as a “scalable code framework.”
• By using the W5500, it is possible to quickly build a stable Ethernet-based field gateway without requiring a high-performance MCU.

📌 Summary

This UCC presents a field IoT bridge architecture based on an STM32F103 + W5500 Ethernet gateway, linking RS-485 (Modbus) sensor data with a TCP server.

📌 FAQ