Wiznet makers

This Russian paper is dated November 15, 2024.

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The topic of this article is the design of a DIY smart home system.

The author is developing his third smart home system and describes the process of selecting the optimal architecture based on his experience with previous projects.

Previous Project History

1st Generation (mid-1990s): PC + COM port-based
2nd Generation (eight years ago): Mobile phone as the main node, RS485 connection
3rd Generation (current): CAN + Ethernet-based (topic of this article)

Since wireless smart home systems are vulnerable to internet outages, delays, and interference, the author believes a more reliable "wired local bus" is necessary. After comparing several wired protocols (KNX, Modbus, Ethernet, LonWorks, 1-Wire, CAN, etc.), he selected CAN as the local bus due to its autonomous operation, event-driven communication, and high reliability.

After comparing CAN-supporting MCU candidates (STM32, ESP32, NXP, Microchip, TI, Infineon, Renesas, etc.) based on price, memory, availability, and features, we selected the ESP32‑C6‑WROOM‑1‑N8, which is inexpensive, has ample memory, and supports CAN and various wireless (Wi-Fi 6, BLE, Zigbee, Thread) protocols.

MCU selection process

Final Choice : 

Why ESP32-C6  ?

A low-cost router (e.g., Eltex RG-1440G-WAC) with a wired Ethernet port and Wi-Fi is used as a gateway connecting the Internet and the local CAN network. A WIZnet W5500-based module (WIZ820io) with an SPI interface is used to connect the ESP32 to the wired Ethernet.

This creates a "CAN bus (ESP32 nodes) ↔ W5500 ↔ home router ↔ Internet" architecture.

The Role of the W5500

The ESP32-C6 has WiFi but no Ethernet port.

Solution: Add a W5500 to enable Ethernet communication.

After searching online for connections between CAN and Ethernet interfaces and reviewing ready-made driver programs for the ESP32 chip, I chose the WIZ820io Ethernet module, which is based on the W5500 microcontroller and connects to the ESP32 chip via an SPI interface.

Author's Conclusion

I first developed a "CAN-based smart home" system before writing this article.
Currently, the software has been largely developed and debugged.
Printed circuit boards for the network nodes have been designed, and several prototypes have been soldered together.
Interaction within the CAN network has been tested.
Operation has been verified under control via an MQTT broker and in standalone mode using scenarios.

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이 러시아 논문은 2024년 11월 15일 논문입니다. 

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글의 주제는 DIY 스마트홈 시스템 설계입니다. 

이 프로젝트는 W5500을 CAN-to-Ethernet 브리지로 사용하여, 신뢰성 높은 산업급 스마트홈 시스템을 DIY로 구축한 사례입니다! 

저자는 이번이 본인의 세 번째 스마트홈 시스템을 개발이라고 하며, 이전 2번의 프로젝트들의 경험을 바탕으로 이번에는 최적의 구조를 선택하는 과정을 설명합니다.

이전 프로젝트 이력

1. 1세대 (1990년대 중반): PC + COM 포트 기반
2. 2세대 (8년 전인 2016년): 휴대폰을 메인 노드로 사용, RS485 연결
3. 3세대 (현재): CAN + Ethernet 기반 (이 글의 주제)

프로젝트 내용

무선 스마트홈 시스템은 인터넷 장애, 지연, 간섭 등에 취약하므로, 저자는 보다 신뢰성이 높은 ‘유선 로컬 버스’를 채택해야 한다고 보고, 여러 유선 프로토콜(KNX, Modbus, Ethernet, LonWorks, 1‑Wire, CAN 등)을 비교한 뒤, 자율 동작·이벤트 기반 통신·높은 신뢰성 때문에 CAN을 로컬 버스로 선택합니다.

CAN을 지원하는 MCU 후보(STM32, ESP32, NXP, Microchip, TI, Infineon, Renesas 등)를 가격·메모리·가용성·기능을 기준으로 비교한 뒤, 저렴하고 메모리 여유가 있으며 CAN·다양한 무선(Wi‑Fi 6, BLE, Zigbee, Thread)을 지원하는 ESP32‑C6‑WROOM‑1‑N8을 선택합니다.

MCU 선택 과정

ESP32-C6 선택 이유

인터넷과 로컬 CAN 네트워크를 잇는 게이트웨이로는 유선 Ethernet 포트와 Wi‑Fi를 가진 저가 라우터(예: Eltex RG‑1440G‑WAC)를 사용하고, ESP32와 유선 이더넷을 연결하기 위해 SPI 인터페이스의 WIZnet W5500 기반 모듈(WIZ820io)을 채택합니다. 

이렇게 해서 “CAN 버스(ESP32 노드들) ↔ W5500 ↔ 가정용 라우터 ↔ 인터넷” 구조를 만듭니다.

W5500의 역할 

ESP32-C6는 WiFi는 있지만 Ethernet 포트가 없음

해결: W5500 추가하여 Ethernet 통신

CAN 및 이더넷 인터페이스 간의 연결을 온라인에서 검색하고 ESP32 칩용 기성 드라이버 프로그램을 검토한 후, W5500 마이크로컨트롤러 기반이며 SPI 인터페이스를 통해 ESP32 칩에 연결되는 WIZ820io 이더넷 모듈을 선택했습니다.

DeepSeek 의 활용

"CAN 2.0 기반 스마트홈용 단순 프로토콜 설계 초안 만들어줘!"

응답 속도가 빠르고 매우 유용한 대답을 얻을 수 있었다.

러시아 시장에서 W5500 의 수요

W5500 은 독립형 MCU (STM32, ESP32 등) 에서 쉽게 사용되며, 러시아 임베디드 교육, 산업 제어, 학술 등에서 꾸준한 수요가 있습니다. 

서방에서 W5500 의 러시아 수출을 제재하고 있지만, 중국, 인도, 중동 등을 통한 간접 수입을 통해 많은 수요가 있는 상황입니다. 

소규모 유통업체나 온라인 플랫폼(AliExpress, LCSC, TME 등)을 통한 수출 통제를 회피할 수 있습니다.

러시아는 아직 저가형 자국 Mac-Phy칩이 없습니다. 

러시아 국방 산업, 에너지 산, 제조에서 STM32/ESP32 + W5500 기반 노드가 단기간 개발 빠른 PoC 와 시제품 개발에 유리합니다. 

특히, 학술 분야는 비교적 제재로 부터 자유로워서 IEEE, MDPI 등 국제 저널을 통해 계속하여 학술 논문이 만들어 지고 있습니다. 

저자의 맺음말

과거 "CAN 기반 스마트 홈" 시스템을 먼저 개발하고 이 글을 썼습니다. 
현재 소프트웨어는 대부분 개발 및 디버깅이 완료되었습니다
네트워크 노드용 인쇄 회로기판도 설계되고, 여러 프로토타입이 납땜으로 연결.
CAN 네트워크내에서의 상호 작용을 테스트했습니다. 
MQTT 브로커를 통한 제어 하에서, 그리고 시나리오를 사용하여 독립형 모드에서도 작동을 검증.

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