---
title: "MODBUS over Ethernet with ESP32 & W5500 – TCP/IP + DHCP Test Run"
url: "https://maker.wiznet.io/irina/projects/modbus-over-ethernet-with-esp32-w5500--tcp-ip-dhcp-test-run/"
markdown_url: "https://maker.wiznet.io/irina/projects/modbus-over-ethernet-with-esp32-w5500--tcp-ip-dhcp-test-run/md"
type: "UCC: User Created Content"
author: "Hritik Nagpure"
author_url: "https://github.com/HritikGauranga/MODBUS_TEST_RUN"
editor: "WIZnet"
editor_url: "https://maker.wiznet.io/"
original_author: "Hritik Nagpure"
original_url: "https://github.com/HritikGauranga/MODBUS_TEST_RUN"
license: "Apache License 2.0 (Apache-2.0)"
published: "2026-04-06"
language: "en"
hardware: ["WIZnet W5500"]
likes: 1
views: 669
comments: 0
source: "WIZnet Makers (https://maker.wiznet.io/)"
---

# MODBUS over Ethernet with ESP32 & W5500 – TCP/IP + DHCP Test Run

> Test run using ESP32 + WIZnet W5500 implementing MODBUS over Ethernet with DHCP and TCP/IP via PlatformIO and Arduino framework.

Original author: Hritik Nagpure (source: https://github.com/HritikGauranga/MODBUS_TEST_RUN)

## Components

- **WIZnet W5500** x 1 ([docs](https://docs.wiznet.io/Product/Chip/Ethernet/W5500))

WIZnet parts: W5500 ([Datasheet](https://docs.wiznet.io/Product/Chip/Ethernet/W5500/datasheet?utm_source=maker&utm_medium=project&utm_campaign=w5500), [product hub](https://maker.wiznet.io/products/w5500/))

## Article

### 📌 프로젝트 개요 (Overview)

이 프로젝트는 **ESP32(NodeMCU-32S) + WIZnet W5500** 조합을 이용하여
**Ethernet 기반 MODBUS 통신을 검증하는 실험 프로젝트**입니다.

핵심 목적은 다음과 같습니다:

- Wi-Fi 없이

- **하드웨어 TCP/IP 스택(W5500)**을 사용하여

- **산업용 수준의 안정적인 MODBUS 통신 구현 가능 여부 검증**

👉 즉, MCU는 Application Layer만 처리하고
👉 L2~L4는 완전히 W5500이 처리하는 구조입니다.

### 🔌 하드웨어 구성 (Hardware Connection)

##### 구조

```plaintext
ESP32  <--SPI-->  W5500  <--RJ45-->  Ethernet Network
```

##### 인터페이스

- SPI (MOSI, MISO, SCK, CS)

- W5500 내부 MAC + TCP/IP Offload Engine 사용

##### 특징 (칩 관점)

- ESP32는 **Bus Master (SPI Master)**

- W5500은 **Network Co-processor**

- Register + Buffer 기반 packet 처리

👉 사실상 구조는:

> "MCU + NIC (Network Interface Controller)"

### ⚙️ 주요 기능 (What This Project Does)

##### 1. MODBUS over TCP 구현

- ArduinoModbus + modbus-esp8266 사용

- MODBUS TCP framing 처리

##### 2. DHCP 기반 IP 할당

- 고정 IP 없음

- W5500 DHCP Client 사용

👉 실제 현장에서는 이게 꽤 중요함 (설치 편의성)

### 🧩이 프로젝트에서 하는 일 (What This Project Does)

- ArduinoModbus 및 modbus-esp8266 라이브러리를 사용하여 MODBUS over TCP 구현

- DHCP를 통해 IP 주소를 동적으로 할당 — 고정 IP 설정 불필요

- ESP32와 호스트 머신 간 TCP/IP 소켓 통신 수립

- SPI 인터페이스를 통해 WIZnet W5500을 하드웨어 이더넷 컨트롤러로 사용

- 기존 장치와의 호환성을 위해 MODBUS RTU over TCP 지원

- ESPAsyncWebServer를 통해 경량 비동기 웹 서버를 선택적으로 제공

---

### MODBUS 프로토콜 스택 (MODBUS protocol stack)

W5500은 Layer 2~4 (Ethernet, IP, TCP)를 하드웨어에서 처리하므로, ESP32는 Layer 5에서 MODBUS 애플리케이션 로직만 처리합니다.

![](https://maker.wiznet.io/upload/ckeditor5/857958602%5F1775727543%2Epng)

AI(Claude)로 생성된 이미지

---

### 사용된 하드웨어 (Hardware Used)

- 마이크로컨트롤러: ESP32 (NodeMCU-32S)

- 이더넷 컨트롤러: WIZnet W5500 (하드웨어 TCP/IP 스택)

- 인터페이스: SPI (MOSI, MISO, SCK, CS)

- 연결: W5500 모듈의 RJ45

- 전원: NodeMCU 보드의 USB

---

### 통신 흐름 (Communication flow)

전원 인가부터 MODBUS 폴링까지의 과정:

DHCP가 자동으로 IP를 할당하고, 포트 502에서 슬레이브 장치와 TCP 연결이 이루어진 후,
MODBUS 요청과 응답이 폴링 루프에서 반복됩니다.

```plaintext
통신 흐름:
boot → DHCP IP 할당 → TCP 핸드셰이크 → MODBUS 요청 및 응답 루프
```

AI(Claude)로 생성된 이미지

---

### 소프트웨어 및 라이브러리 (Software & Libraries)

- Framework: Arduino (PlatformIO, espressif32)

- arduino-libraries/Ethernet

- arduino-libraries/ArduinoModbus

- emelianov/modbus-esp8266

- esp32async/ESPAsyncWebServer

- Filesystem: LittleFS (min_spiffs partition)

### FAQ

##### Q1. ESP32의 내장 Wi-Fi 대신 W5500을 사용하는 이유는?

WIZnet W5500은 하드웨어 기반 TCP/IP 스택을 제공하여
ESP32 CPU의 네트워크 처리 부담을 줄여줍니다.
이는 Wi-Fi 간섭이 흔한 산업 환경이나,
MODBUS 폴링을 위해 안정적인 유선 연결이 필요한 환경에서 매우 중요합니다.

##### Q2. 여러 개의 MODBUS 스케치를 동시에 실행할 수 있나요?

아니요 — 한 번에 하나의 스케치만 실행됩니다.
/src 폴더에서 프로젝트를 변경하려면
platformio.ini의 build_src_filter를 원하는 파일로 수정한 후 다시 업로드해야 합니다.

##### Q3. MODBUS 슬레이브 장치와도 동작하나요?

네! ArduinoModbus 라이브러리는
Master(Client)와 Slave(Server) 모드를 모두 지원합니다.
PLC의 레지스터를 폴링하거나,
마스터의 요청에 응답하는 것도 가능합니다.

##### Q4. DHCP는 무엇이며 왜 사용하나요?

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)는
네트워크 라우터에 연결될 때 자동으로 IP 주소를 할당해주는 프로토콜입니다.
따라서 IP를 직접 설정할 필요가 없어
다양한 네트워크 환경에서 쉽게 배포할 수 있습니다.

##### Q5. PlatformIO 대신 Arduino IDE에서도 사용할 수 있나요?

네! /src 폴더의 .cpp 파일을 새로운 Arduino 스케치로 복사하면 됩니다.
필요한 라이브러리:

- Ethernet

- ArduinoModbus

- modbus-esp8266

##### Q6. 지원되는 MODBUS Function Code는 무엇인가요?

ArduinoModbus 라이브러리는 다음을 지원합니다:

- Read Coils (FC01)

- Read Discrete Inputs (FC02)

- Read Holding Registers (FC03)

- Read Input Registers (FC04)

- Write Single Coil (FC05)

- Write Single Register (FC06)

- Write Multiple Registers (FC16)

## 핵심 요약 (Key Takeaway)

이 프로젝트는 ESP32에 유선 Ethernet과 MODBUS를 추가하려는 사용자에게 좋은 출발점이 됩니다.

WIZnet W5500은 신뢰성 있는 하드웨어 기반 TCP/IP 스택을 제공하여 산업 환경이나 노이즈에 민감한 환경에 적합합니다.

또한 DHCP 지원과 모듈화된 PlatformIO 구조를 통해 실제 환경에서 쉽게 확장하고 적용할 수 있습니다.

---

### Overview

This project is a hands-on test run exploring **MODBUS communication over Ethernet** using an **ESP32 (NodeMCU-32S)** paired with a **WIZnet W5500 Ethernet module**. The goal is to validate reliable industrial-grade communication using a hardware TCP/IP stack — without relying on Wi-Fi.

### Hardware connection

The ESP32 communicates with the W5500 via SPI, which then handles all Ethernet/TCP/IP processing in hardware and connects to the local network via RJ45.

Image generated by AI(Cladue)

### What This Project Does

- Implements **MODBUS over TCP** using ArduinoModbus and modbus-esp8266 libraries

- Assigns IP address dynamically via **DHCP** — no hardcoded IP needed

- Establishes **TCP/IP socket communication** between ESP32 and a host machine

- Uses **WIZnet W5500** as the hardware Ethernet controller via SPI interface

- Supports **MODBUS RTU over TCP** for legacy device compatibility

- Optionally serves a lightweight async web server via ESPAsyncWebServer

### MODBUS protocol stack

The W5500 offloads layers 2–4 (Ethernet, IP, TCP) in hardware, so the ESP32 only handles the MODBUS application logic at layer 5.

Image generated by AI(Cladue)

### Hardware Used

- **Microcontroller:** ESP32 (NodeMCU-32S)

- **Ethernet Controller:** WIZnet W5500 (Hardware TCP/IP Stack)

- **Interface:** SPI (MOSI, MISO, SCK, CS)

- **Connection:** RJ45 via W5500 module

- **Power:** USB via NodeMCU board

### Communication flow

From power-on to MODBUS polling: DHCP assigns an IP automatically, a TCP connection is established to the slave device on port 502, then MODBUS requests and responses cycle in a polling loop.

Image generated by AI(Cladue)

### Software & Libraries

- **Framework:** Arduino via PlatformIO (espressif32)

- **arduino-libraries/Ethernet**

- **arduino-libraries/ArduinoModbus**

- **emelianov/modbus-esp8266**

- **esp32async/ESPAsyncWebServer**

- **Filesystem:** LittleFS (min_spiffs partition)

### How to Run

1. Clone the repo: `git clone https://github.com/HritikGauranga/MODBUS_TEST_RUN`

2. Open `platformio.ini`, set `build_src_filter = +<DHCPTCPRTU.cpp>`

3. Connect ESP32 + W5500 via SPI and plug in Ethernet cable

4. Flash: `pio run --target upload`

5. Open Serial Monitor at 115200 baud to see DHCP IP and MODBUS output

### FAQ

**Q1. Why use W5500 instead of built-in Wi-Fi on ESP32?**
The WIZnet W5500 provides a **hardware-based TCP/IP stack** which offloads network processing from the ESP32 CPU. This is critical in industrial environments where Wi-Fi interference is common, or where a stable wired connection is required for MODBUS polling.

**Q2. Can I run multiple MODBUS sketches at the same time?**
No — only one sketch runs at a time. To switch between projects in the `/src` folder, edit `build_src_filter` in `platformio.ini` to point to your desired file, then re-flash.

**Q3. Does this work with MODBUS slave devices?**
Yes! The `ArduinoModbus` library supports both **Master (Client)** and **Slave (Server)** modes. You can poll registers from a PLC or respond to MODBUS requests from a master.

**Q4. What is DHCP and why is it used here?**
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) automatically assigns an IP address to the W5500 when it connects to a network router. This means you don't need to hardcode IP addresses — making it much easier to deploy on different networks.

**Q5. Can I use this with Arduino IDE instead of PlatformIO?**
Yes! Simply copy any `.cpp` file from the `/src` folder into a new Arduino sketch. Install the required libraries: **Ethernet**, **ArduinoModbus**, and **modbus-esp8266**.

**Q6. What MODBUS function codes are supported?**
The ArduinoModbus library supports: Read Coils (FC01), Read Discrete Inputs (FC02), Read Holding Registers (FC03), Read Input Registers (FC04), Write Single Coil (FC05), Write Single Register (FC06), and Write Multiple Registers (FC16).

### Key Takeaway

This project is a great starting point for anyone wanting to add **wired Ethernet and MODBUS to an ESP32**. WIZnet W5500 provides a reliable, hardware-based TCP/IP stack — ideal for industrial or noise-sensitive environments. Combined with DHCP support and the modular PlatformIO structure, it's easy to extend and deploy in real-world applications.

**Source Code:** <https://github.com/HritikGauranga/MODBUS_TEST_RUN>

---

Source: https://maker.wiznet.io/irina/projects/modbus-over-ethernet-with-esp32-w5500--tcp-ip-dhcp-test-run/