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title: "KinCony N Series ESP32-S3 AC Energy Meter Platform"
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author: "KinCony"
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original_author: "KinCony"
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published: "2026-08-03"
language: "en"
hardware: ["WIZnet W5500"]
likes: 0
views: 137
comments: 0
source: "WIZnet Makers (https://maker.wiznet.io/)"
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# KinCony N Series ESP32-S3 AC Energy Meter Platform
> From 10 to 60 Channels, the Network Layer Never Changes — A Structural Analysis of the KinCony N-Series ESP32-S3 Energy Meters
Original author: KinCony (source: https://www.kincony.com/10-channel-esp32-ac-lora-energy-meter-n10.html)
## 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
## 요약
KinCony **N 시리즈**(N10·N20·N30·N60)는 CT 클램프로 **최대 60개 회로의 AC 전력을 개별 계측**하는 DIN 레일형 에너지 미터입니다. 계측 채널은 6배까지 확장되지만 **MCU와 네트워크 계층은 ESP32-S3 + WIZnet W5500 조합 그대로 고정**된다는 점이 이 제품군의 설계 핵심입니다. 분전반이라는 무선 최악의 환경에서 수십 개 채널의 계측값을 끊김 없이 내보내는 역할을 W5500이 전담합니다.
## 개요
이 보드를 처음 만난 곳은 제조사 홈페이지가 아니라 **ESPHome 공식 디바이스 데이터베이스**였습니다. Open Home Foundation이 운영하고 GitHub로 관리되는 이 카탈로그에는 제품 홍보 문구 대신 **바로 복사해 쓸 수 있는 YAML 한 벌**이 올라와 있습니다.
그 YAML의 상단은 이렇게 시작합니다.
```plaintext
ethernet:
type: W5500
clk_pin: GPIO42
mosi_pin: GPIO43
miso_pin: GPIO44
cs_pin: GPIO41
interrupt_pin: GPIO2
reset_pin: GPIO1
```
데이터시트를 열기도 전에 **네트워크 계층이 W5500이라는 사실**과 **계측값이 Modbus 레지스터로 노출된다는 구조**가 먼저 드러납니다. 그리고 같은 형식의 문서가 N10뿐 아니라 N20·N30에도 존재한다는 사실을 확인하면서, 이 글의 관심은 개별 보드에서 **제품군 전체의 확장 설계**로 옮겨갔습니다.
→ ESPHome 등재 페이지:
## 도입 배경 — 회로 단위 계측은 왜 필요한가
### 규제가 요구하는 서브미터링 구조
**미국 캘리포니아 Title 24 Part 6 §130.5**(California Energy Commission)는 비주거·호텔 건물의 전력 배전 설계를 규정합니다. 특히 **§130.5(b) "계측을 위한 회로 분리"** 조항은 조명·HVAC 모터·엘리베이터·재생에너지·EV 충전 등 **부하 유형별로 계측이 가능하도록** 배전반을 설계하도록 요구하며, 서비스 용량이 커질수록 요구 수준이 강화됩니다.
즉 "한 대에 수십 회로"라는 N 시리즈의 형태는 취미 수요의 결과가 아니라, **부하 유형별 계측이라는 규제 요구의 물리적 구현**에 가깝습니다.
→ 규정 원문 정리:
한편 이 제품군이 실제로 상업 건물에 도입된 사례를 다룬 기사나 케이스 스터디는 **확인되지 않았습니다**. 확인 가능한 것은 ESPHome 카탈로그 등재, 제3자 리테일러 유통, 그리고 제조사 포럼의 실사용자 로그 수준입니다. **규제 수요는 확인됨, 도입 실적은 확인 불가** — 두 결론을 그대로 병기합니다.
### 커뮤니티가 먼저 움직였는가
오픈소스 하드웨어 진영의 산업 시장 진입은 이미 흐름이 되었습니다. **Raspberry Pi**는 2023년 기준 SBC·컴퓨트 모듈 매출의 **72%가 산업·임베디드**였고, 2024년 11월 임베디드 전용 **CM5**를 출시했습니다. **Arduino**는 2025년 10월 **Qualcomm에 인수**되며 산업 IoT 상용화 경로에 편입됐습니다. KinCony 자신도 2026년 6월 **Raspberry Pi CM5 기반 IoT 게이트웨이(Pi5R/Pi5M 시리즈)** 를 연달아 내놓았습니다.
N 시리즈가 2025년 8~10월에 공개된 점을 감안하면, **커뮤니티용 계측 보드가 기업들의 산업 진출과 같은 시기에 나란히 움직였다**고 볼 수 있습니다.
→ Raspberry Pi CM5:
→ Qualcomm–Arduino:
## 아키텍처 — 하나의 플랫폼, 네 가지 규모
### 시리즈 라인업
| 항목 | N10 | N20 | N30 | N60 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| CT 채널 | 10 | 20 | 30 | 60 |
| 전압 채널(ZMPT101B) | 1 | 2 | 3 | 6 |
| BL0910 계량 IC | 1 [추정] | 2 [추정] | 3 [추정] | **6 (확인됨)** |
| 크기(mm) | 122×83×60 | 140×83×60 | 165×83×60 | 202×83×56 |
| MCU / 이더넷 | ESP32-S3 / **W5500** | 동일 | 동일 | 동일 |
| ESPHome 센서 수 | 34 | 68 [추정] | 102 [추정] | **204 (확인됨)** |
각 모델의 상세 사양과 핀 정의, ESPHome 설정 파일은 제조사 제품 페이지에서 확인할 수 있습니다.
N10:
N20:
N30:
N60:
확장 규칙은 단순합니다. **BL0910 한 개 = CT 10채널 + 전압 1채널**이 한 세트이고, 채널을 늘리려면 세트를 추가한 뒤 Modbus 레지스터 베이스를 **100씩 밀어**(100·200·300·400·500·600) 붙이면 됩니다. **MCU·이더넷·SPI 핀맵은 전 모델이 동일**합니다.
### 시스템 구성과 데이터 흐름
## 기술 배경
### CT 클램프와 전용 계량 IC
**CT(Current Transformer) 클램프**는 전선을 자르지 않고 감싸기만 해 전류를 측정하는 **비침습 센서**입니다. N 시리즈가 쓰는 **2000:1 변류비**는 1차측 200 A가 흐를 때 2차측에 100 mA를 유도한다는 뜻이며, 최대 250 A까지 대응합니다.
여기서 중요한 선택은 **MCU의 ADC로 파형을 직접 샘플링하지 않는다**는 점입니다. 유효전력을 구하려면 전압·전류 파형을 수 kHz로 동시 샘플링하고 위상차를 곱적분해야 하는데, 이를 60채널로 확장하면 MCU 혼자로는 불가능합니다. N 시리즈는 **Shanghai Belling의 BL0910**(10채널 폴리페이즈 계량 IC, 내부 ΣΔ ADC + DSP)에 이 계산을 통째로 맡기고, MCU는 **완성된 숫자만 받습니다**.
→ BL0910 사양:
### Modbus RTU 레지스터 맵과 폴링
**Modbus RTU**는 산업 현장의 사실상 표준 직렬 프로토콜로, 슬레이브의 메모리를 **레지스터 주소로 노출**하고 마스터가 주기적으로 읽어가는 단순한 모델입니다.
N 시리즈에서 계량 결과는 **홀딩 레지스터**에 정렬되어 있습니다. 채널별 전류는 100번부터 2개씩(32비트), 전력은 120번부터, 전력량은 140번부터, 그리고 162~164번에 전압·주파수·온도가 놓입니다. ESPHome은 이를 **5초 주기로 폴링**해 Home Assistant 엔티티로 바꿉니다. 폴링 모델이기 때문에 **채널이 늘수록 한 주기에 읽어야 할 레지스터도 비례해 늘어난다**는 점이 뒤에서 다룰 병목의 출발점입니다.
같은 제조사 보드의 Modbus 데이터를 MQTT로 중계하는 커뮤니티 구현도 WIZnet Makers에 공개돼 있습니다. →
### LoRa 서브기가 링크
**LoRa**는 처프 확산 스펙트럼(CSS) 변조로 **낮은 데이터율을 대가로 극단적인 통신 거리와 관통력**을 얻는 서브기가 대역 기술입니다. N 시리즈는 **SX1278** 모듈을 별도 SPI 버스에 두어, LAN이 닿지 않는 별동·창고·인버터실의 보드를 게이트웨이 보드로 묶습니다.
다만 제조사 문서는 **LoRa를 켜면 SD 카드 로깅이 중단된다**고 명시합니다. 두 기능은 동시에 쓸 수 없으며, 이는 원거리 전송과 로컬 기록 사이의 선택을 강제합니다.
## 기술 특징 — 확장의 부담을 아날로그 계층에만 남긴 설계
- **디지털 계층 고정**: 10채널이든 60채널이든 MCU·이더넷·저장·표시 구성이 동일 → 펌웨어·통합 로직·검증 자산을 그대로 재사용
- **SPI 버스 3중 분리**: W5500·LoRa·SD가 각각 독립 버스를 점유해 대량 폴링 중에도 네트워크 전송이 버스 경합에 걸리지 않음
- **연산 3단 분업**: 계량 IC가 계산 → ARM CPU가 레지스터로 정리 → ESP32-S3는 통신과 애플리케이션만 담당
- **데이터 소유권**: 정전 대비 외장 플래시에 누적 전력량 보존, SD 카드에 **1시간 주기 Excel 로그**, 자체 MQTT 브로커 연결 지원
- **펌웨어 선택권**: 제조사 KCS v3(HA 자동 검색·로컬 IFTTT)와 ESPHome, Arduino/ESP-IDF 직접 개발 중 선택
## W5500이 놓인 자리 — 채널이 6배가 되어도 바뀌지 않는 계층
N 시리즈 전 모델에서 유선 네트워크는 **WIZnet W5500**이 담당하며, 핀맵까지 동일합니다(CLK GPIO42 / MOSI 43 / MISO 44 / CS 41 / INT 2 / RST 1). Home Assistant가 N60의 데이터를 읽어갈 때 실제로 벌어지는 일은 다음과 같습니다.
1. **요청 도착** — HA가 보드의 IP(DHCP 할당)와 포트로 TCP 연결을 요청합니다.
2. **W5500이 연결을 종결** — ARP 응답, TCP 3-way 핸드셰이크, 체크섬 검증, 재전송, 윈도 관리가 **칩 내부의 하드와이어드 스택**에서 처리됩니다. 8개 소켓과 32 KB 버퍼가 이를 병렬로 감당합니다.
3. **MCU는 결과만 수신** — ESP32-S3는 SPI로 **완성된 페이로드**만 읽습니다.
4. **MCU는 값 준비에 집중** — Modbus로 받은 `bl0910_1_current_1 = 0.126 A` 같은 값 204개를 엔티티로 갱신해 SPI로 W5500 송신 버퍼에 밀어 넣습니다.
5. **송출은 다시 칩의 몫** — 패킷 분할, 순서 보장, 재전송을 W5500이 처리합니다.
비유하자면 **분전반 옆에 상주하는 발송 창구**입니다. MCU는 "무엇을 보낼지"만 정하고, 주소 확인·포장·재발송 같은 반복 업무는 창구가 알아서 끝냅니다. **MCU가 하지 않는 일**은 TCP 상태 관리와 재전송이고, **하는 일**은 계측값 해석과 애플리케이션 로직뿐입니다.
**만약 이 칩이 없었다면**, 문제는 부하가 아니라 가능 여부입니다. **ESP32-S3에는 이더넷 MAC이 없어** 유선 LAN 자체가 성립하지 않습니다. 남는 선택지는 Wi-Fi인데, 금속 분전함 내부는 전파 감쇠와 노이즈가 가장 심한 환경입니다. **W5500은 성능 최적화가 아니라 유선 연결을 가능하게 만드는 전제 조건**입니다.
여기서 한 가지 더 짚을 점이 있습니다. **N60은 N10보다 계측 데이터가 6배지만, 네트워크 부담은 W5500 한 개로 충분합니다.** 5초마다 갱신되는 204개 값은 수 KB 수준이고, 병목은 **115200 bps UART Modbus 구간**에 생깁니다. 확장의 압력이 네트워크가 아닌 내부 직렬 링크로 향한다는 점이 이 설계의 특징입니다.
## WIZnet Makers의 유사 사례
**CircuitSetup Expandable 6 Channel ESP32 Energy Meter** — CT 클램프 + **ATM90E32AS 계량 IC 2개**(IC당 3채널) + W5500 + MQTT로 전압·전류·와트·역률·온도를 2초 주기 계측. **"계량 IC를 늘려 채널을 확장한다"는 논리가 N 시리즈와 동일**하며, 차이는 채널 밀도(6 대 최대 60)와 계측값 전달 경로(MCU 직접 SPI 대 ARM 코프로세서 Modbus)입니다.
→ 프로젝트 링크:
**W5300 Based Highly Secure & Reliable Smart Home Hub** — PZEM-004T 모듈이 CT로 전압·전류·전력·역률·주파수를 자체 계산하고 MCU는 UART로 결과만 받으며, 네트워크는 WIZnet TOE가 담당. **계측부와 통신부를 분리한 3단 분업**이 N 시리즈의 ARM CPU 구조와 정확히 겹칩니다.
→ 프로젝트 링크:
**MBusino — M-Bus to MQTT Gateway** — 전기·수도·가스·열량 계량기 최대 5대의 telegram을 파싱해 MQTT로 발행하며 W5500으로 유선 안정성을 확보. **기존 미터를 읽는 방식과 직접 계측하는 방식의 대비**를 보여주지만, 최종 산출물이 MQTT 토픽 위의 계량값이라는 점은 같습니다. → 프로젝트 링크:
세 사례 모두 **"전용 계량 IC가 계산 → 애플리케이션 MCU는 결과만 수신 → WIZnet 칩이 유선으로 송출"** 이라는 동일한 골격을 공유합니다. N 시리즈는 이 검증된 패턴을 보드 한 장에 통합한 형태입니다.
| 항목 | KinCony N 시리즈 | CircuitSetup 6CH | W5300 Smart Home Hub | MBusino |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 계측 방식 | CT 직접 계측 | CT 직접 계측 | CT + PZEM 모듈 | M-Bus 미터 판독 |
| 계량 IC·모듈 | BL0910 ×1~6 | ATM90E32AS ×2 | PZEM-004T | 미상 |
| 채널 수 | 10~60 | 6(확장형) | 1 | 미터 5대 |
| 계측부 분리 | ARM CPU + Modbus | MCU 직접 SPI | UART 모듈 | UART 판독 |
| 네트워크 | **W5500** | **W5500 모듈** | **W5300 TOE** | **W5500 Lite** |
| 통합 경로 | MQTT / HA / Modbus | MQTT | MQTT | MQTT |
공통 설계 철학은 **"측정은 전용 실리콘에, 통신은 전용 실리콘에"** 입니다. N 시리즈의 차별점은 이 분업을 채널 수에 따라 **모듈 단위로 복제**해 하나의 제품군으로 만들었다는 데 있습니다.
## 비즈니스 가치
### 외부 관점 — 적용 시나리오
- **규제 대응 서브미터링**: 부하 유형별 계측이 요구되는 신축·리모델링 건물에서 한 대로 다수 회로를 커버. **규제가 만든 수요이므로 경기와 무관하게 지속되는 구조적 시장**입니다.
- **다세대·상가 과금 분리**: 임차인별 회로를 개별 집계해 실사용 기반 정산
- **태양광 자가소비 최적화**: 생산과 소비를 동시에 계측하고, 나아가 인버터 출력 제어까지 연결 (OpenDTU-OnBattery 사례가 그 확장형입니다)
→ 참고:
- **설비 이상 감지**: 회로별 전류 추이로 모터·히터의 열화나 이상 부하를 조기 포착
### 내부 관점 — WIZnet 포지셔닝
무선 옵션(Wi-Fi·LoRa)을 모두 갖춘 제품이 **기본 인터페이스로 유선 이더넷을 선택**했다는 사실은, 계량처럼 누락이 곧 손실인 데이터에서 유선이 여전히 기준선임을 보여줍니다.
더 주목할 점은 **플랫폼 경쟁의 결과와 무관한 수요 구조**입니다. Arduino가 Qualcomm 아래로 들어가든, Raspberry Pi가 산업 매출로 무게중심을 옮기든, ESP32가 스마트홈을 지키든 — 이들 보드가 산업 현장에 들어가는 순간 **필요한 것은 결정론적인 유선 링크**입니다. N 시리즈가 채널을 6배로 늘리면서도 네트워크 계층을 바꾸지 않은 것처럼, **어느 플랫폼이 이기든 네트워크 계층은 WIZnet 칩으로 수렴합니다.** 골드러시의 곡괭이에 해당하는 자리입니다.
## 한계 및 개선 방향
N 시리즈는 회로 단위 계측의 진입 장벽을 크게 낮췄지만, 실사용 과정에서 드러난 지점들도 있습니다.
- **저부하 구간 적산 지연** — 제조사 포럼에서 한 사용자는 24시간 이상 운용에도 전력량 레지스터가 0을 유지한다고 보고했고, **약 2000 W 부하를 30분** 걸어야 값이 생성됐습니다. 사용자는 데이터 이산도가 높다고 지적했습니다. 계량 IC의 무부하 판정 임계값 조정과 소수점 자리 확대가 개선 여지입니다.
→ 출처:
- **채널 확장 시 직렬 병목** — N60의 204개 값을 5초마다 115200 bps UART로 옮기는 구조는 여유가 크지 않습니다. **UART 속도 상향이나 배치 읽기 최적화**가 가장 효과적인 개선점입니다.
- **북미 split-phase 합산 미지원** — 240 V 부하의 L1·L2 합산 문의에 한쪽 CT만 쓰라는 안내에 그쳐, 합산은 HA 측 구현이 필요합니다.
- **LoRa와 SD 로깅의 배타 관계** — 원거리 전송과 로컬 기록 중 하나를 포기해야 합니다.
- **네트워크 계층 확장 여지** — **PoE 도입**은 분전반 내 별도 전원 배선을 없애는 가장 실질적인 개선입니다. W5500 + PoE로 단일 케이블 설치를 구현한 사례가 이미 존재하며, IPv6 요구가 명확해지면 **W6100**으로의 이행도 자연스러운 선택지입니다.
→ 참고:
## FAQ
**Q1. 어느 모델을 골라야 하나요?** 회로 수가 아니라 **전압 계통 수**를 먼저 보십시오. 계량 IC 블록당 전압 채널이 하나이므로, 단상 주택은 N10, 3상 설비는 N30 이상, 다중 계통 건물은 N60이 맞습니다.
**Q2. Wi-Fi만으로는 부족한가요?** 분전반은 금속 함체와 전력 노이즈로 무선 조건이 나쁜 편입니다. 계량 데이터는 누락 시 누적값이 어긋나므로, **W5500 유선 링크를 기본으로 두고 Wi-Fi를 예비 경로로 쓰는 구성**을 권합니다.
**Q3. ESPHome과 제조사 KCS v3 중 무엇을 쓰나요?** YAML을 직접 다루고 통합을 세밀하게 통제하려면 ESPHome, 설정 없이 Home Assistant 자동 검색으로 빠르게 붙이려면 KCS v3가 유리합니다. 두 경로 모두 W5500 이더넷을 그대로 사용합니다.
**Q4. 과금 근거로 사용할 수 있나요?** 계량 IC 자체는 고정밀 등급이지만, **법정 계량 인증(MID·OIML 등) 취득 여부는 확인되지 않았습니다.** 참고용 분석·내부 정산에는 적합하나, 법적 과금 근거로 쓰려면 관할 규정 확인이 필요합니다.
**Q5. BOM에서 네트워크 부분의 비중은?** W5500은 SPI 한 벌과 RJ45 마그네틱만 추가하면 되고, 소프트웨어 TCP/IP 스택이 요구하는 MCU 메모리와 개발 공수를 상쇄합니다. ESP32-S3처럼 MAC이 없는 MCU에서는 **선택이 아니라 필수 부품**에 가깝습니다.
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## Summary
The KinCony **N-Series** (N10, N20, N30, N60) is a family of DIN-rail AC energy meters that measure **up to 60 individual circuits** through CT clamps. What defines this product family is a single design decision: the measurement channels scale sixfold, but the **MCU and network layers stay fixed at ESP32-S3 plus a WIZnet W5500**. Inside an electrical panel — arguably the worst possible environment for wireless — the W5500 carries every channel's readings out without interruption.
## Overview
I did not find this board on the manufacturer's website. I found it in the **official ESPHome device database** — a catalog run by the Open Home Foundation and maintained through GitHub, where entries contain no marketing copy at all, just **a YAML file you can copy and use immediately**.
That YAML opens like this:
```plaintext
ethernet:
type: W5500
clk_pin: GPIO42
mosi_pin: GPIO43
miso_pin: GPIO44
cs_pin: GPIO41
interrupt_pin: GPIO2
reset_pin: GPIO1
```
Before opening a single datasheet, two facts are already visible: **the network layer is a W5500**, and **the measurement values are exposed as Modbus registers**. Discovering that identical entries exist for the N20 and N30 as well shifted my interest from one board to the **scaling design of an entire product family**.
→ ESPHome device entry:
## Why Circuit-Level Metering Matters
### Regulations That Demand Submetering Structure
**California Title 24, Part 6, §130.5** (California Energy Commission) governs electrical power distribution design in nonresidential and hotel buildings. In particular, **§130.5(b), "Separation of Electrical Circuits for Electrical Energy Monitoring,"** requires distribution systems to be designed so that measurement devices can monitor energy usage **by load type** — lighting, HVAC motors, elevators, renewable sources, EV charging — with requirements tightening as service capacity grows.
In other words, the "dozens of circuits in one box" form factor of the N-Series is not a hobbyist quirk. It is **the physical expression of a regulatory requirement for load-type metering**.
→ Regulation summary:
That said, no press coverage or case study documenting an actual commercial deployment of this product family **could be confirmed**. What is verifiable stops at the ESPHome catalog listing, third-party retail distribution, and user logs on the manufacturer's forum. **Regulatory demand: confirmed. Deployment record: unconfirmed.** Both conclusions stand as they are.
### Did the Community Move First?
Open-source hardware moving into industry is now an established pattern. **Raspberry Pi** derived roughly **72% of its SBC and Compute Module sales from industrial and embedded customers** as of 2023, and launched the embedded-focused **CM5** in November 2024. **Arduino** was **acquired by Qualcomm** in October 2025, folding it into an industrial IoT commercialization path. KinCony itself released a run of **Raspberry Pi CM5-based IoT gateways (Pi5R/Pi5M series)** in June 2026.
Given that the N-Series appeared between August and October 2025, **a community-oriented metering board moved in step with these corporate pushes into industry** rather than trailing behind them.
→ Raspberry Pi CM5:
→ Qualcomm–Arduino:
## Architecture — One Platform, Four Sizes
### The Lineup
| Item | N10 | N20 | N30 | N60 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| CT channels | 10 | 20 | 30 | 60 |
| Voltage channels (ZMPT101B) | 1 | 2 | 3 | 6 |
| BL0910 metering ICs | 1 [Inferred] | 2 [Inferred] | 3 [Inferred] | **6 (confirmed)** |
| Size (mm) | 122×83×60 | 140×83×60 | 165×83×60 | 202×83×56 |
| MCU / Ethernet | ESP32-S3 / **W5500** | Same | Same | Same |
| ESPHome sensors | 34 | 68 [Inferred] | 102 [Inferred] | **204 (confirmed)** |
Full specifications, pin definitions, and ESPHome configuration files for each model are available on the manufacturer's product pages.
N10:
N20:
N30:
N60:
The scaling rule is simple. **One BL0910 equals 10 CT channels plus 1 voltage channel.** To add channels, you add another set and shift the Modbus register base by **100** (100, 200, 300, 400, 500, 600). The **MCU, Ethernet controller, and SPI pin map are identical across every model**.
### System Composition and Data Flow
## Technology Background
### CT Clamps and Dedicated Metering ICs
A **CT (current transformer) clamp** measures current by wrapping around a conductor without cutting it — a fully non-invasive sensor. The **2000:1 turns ratio** used by the N-Series means 200 A on the primary side induces 100 mA on the secondary, and the boards accept clamps rated up to 250 A.
The critical choice here is that the design **does not sample waveforms with the MCU's ADC**. Computing active power requires sampling voltage and current simultaneously at several kHz, then integrating their product with phase alignment. Scale that to 60 channels and a single MCU cannot keep up. The N-Series hands the entire calculation to the **BL0910 from Shanghai Belling** — a 10-channel polyphase metering IC with internal ΣΔ ADCs and a DSP core — and the MCU **receives only finished numbers**.
→ BL0910 specifications:
### Modbus RTU Register Maps and Polling
**Modbus RTU** is the de facto serial standard on the plant floor. It exposes slave memory as **numbered registers** and lets a master read them on a schedule — a deliberately simple model.
In the N-Series, metering results sit in **holding registers** in a fixed layout. Per-channel current starts at register 100 in two-register (32-bit) pairs, power at 120, accumulated energy at 140, with voltage, frequency, and temperature at 162 through 164. ESPHome **polls these every 5 seconds** and turns them into Home Assistant entities. Because the model is poll-based, **the register count per cycle grows in direct proportion to channel count** — the origin of the bottleneck discussed later.
A community implementation that bridges Modbus data from the same manufacturer's boards to MQTT is also published on WIZnet Makers.
→
### LoRa Sub-GHz Links
**LoRa** uses chirp spread spectrum modulation to trade data rate for **exceptional range and penetration** in sub-GHz bands. The N-Series places an **SX1278** module on its own dedicated SPI bus, letting boards in detached buildings, warehouses, or inverter rooms link back to a gateway board where LAN cabling does not reach.
The manufacturer documentation states plainly, however, that **enabling LoRa stops SD card logging**. The two functions cannot run simultaneously, forcing a choice between long-range transmission and local recording.
## Technical Highlights — Scaling Pressure Confined to the Analog Layer
- **Fixed digital layer**: 10 channels or 60, the MCU, Ethernet, storage, and display remain identical, so firmware, integration logic, and validation work carry over unchanged.
- **Three separate SPI buses**: W5500, LoRa, and SD each own a bus, so heavy polling never contends with network transmission.
- **Three-stage division of labor**: the metering IC computes, the ARM CPU organizes registers, and the ESP32-S3 handles only communication and application logic.
- **Data ownership**: onboard flash preserves cumulative energy through power loss, the SD card writes **hourly Excel logs**, and the firmware supports private MQTT brokers.
- **Firmware choice**: the vendor's KCS v3 (HA auto-discovery, local IFTTT), ESPHome, or direct Arduino/ESP-IDF development.
## Where WIZnet Fits — The Layer That Never Changes
Every model in the N-Series handles wired networking with a **WIZnet W5500**, down to identical pin assignments (CLK GPIO42, MOSI 43, MISO 44, CS 41, INT 2, RST 1). Here is what actually happens when Home Assistant reads data from an N60:
1. **A request arrives.** HA opens a TCP connection to the board's DHCP-assigned IP and port.
2. **The W5500 terminates the connection.** ARP responses, the TCP three-way handshake, checksum validation, retransmission, and window management all execute inside the chip's **hardwired stack**. Eight sockets and a 32 KB buffer handle this in parallel.
3. **The MCU receives only results.** The ESP32-S3 reads a **finished payload** over SPI.
4. **The MCU focuses on preparing values.** It updates 204 entities from Modbus readings like `bl0910_1_current_1 = 0.126 A` and pushes them into the W5500's transmit buffer over SPI.
5. **Transmission belongs to the chip again.** Segmentation, ordering, and retransmission are the W5500's job.
Think of it as a **shipping desk stationed beside the electrical panel**. The MCU decides only what to send; the desk handles address verification, packaging, and re-delivery on its own. What the **MCU does not do** is manage TCP state or retransmission. What it **does** is interpret measurements and run application logic.
**Without this chip, the question is not performance but feasibility.** The **ESP32-S3 has no Ethernet MAC**, so wired LAN simply does not exist as an option. The remaining choice is Wi-Fi — inside a metal enclosure surrounded by power-line noise, the worst RF environment in the building. The **W5500 is not an optimization here; it is the precondition for wired connectivity**.
One more point deserves attention. **The N60 carries six times the measurement data of the N10, yet a single W5500 handles it comfortably.** The 204 values refreshed every 5 seconds amount to a few kilobytes, and the real constraint appears on the **115200 bps UART Modbus link**. Scaling pressure lands on the internal serial path, not the network — a telling characteristic of this design.
## Similar Projects on WIZnet Makers
**CircuitSetup Expandable 6 Channel ESP32 Energy Meter** — CT clamps feeding **two ATM90E32AS metering ICs** (three channels each), paired with a W5500 and MQTT, sampling voltage, current, watts, power factor, and temperature every 2 seconds. **The "add metering ICs to add channels" logic matches the N-Series exactly**; the differences are channel density (6 versus up to 60) and the data path (direct MCU SPI versus an ARM co-processor over Modbus).
→ Project link:
**W5300 Based Highly Secure & Reliable Smart Home Hub** — a PZEM-004T module computes voltage, current, power, power factor, and frequency from a CT, the MCU receives results over UART, and a WIZnet TOE shield handles the network. This **three-stage separation of metering and communication** maps directly onto the N-Series ARM CPU structure.
→ Project link:
**MBusino — M-Bus to MQTT Gateway** — parses telegrams from up to five M-Bus meters (electricity, water, gas, heat) and publishes them to MQTT, with a W5500 providing wired stability. It illustrates the **contrast between reading existing meters and measuring directly**, though the end product — metering values flowing through MQTT topics — is the same.
→ Project link:
All three share one skeleton: **a dedicated metering IC computes, the application MCU receives only results, and a WIZnet chip ships them out over wire**. The N-Series packs that proven pattern onto a single board.
| Item | KinCony N-Series | CircuitSetup 6CH | W5300 Smart Home Hub | MBusino |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| Measurement method | Direct CT metering | Direct CT metering | CT + PZEM module | M-Bus meter reading |
| Metering IC/module | BL0910 ×1–6 | ATM90E32AS ×2 | PZEM-004T | Unknown |
| Channels | 10–60 | 6 (expandable) | 1 | 5 meters |
| Metering separation | ARM CPU + Modbus | Direct MCU SPI | UART module | UART reading |
| Network | **W5500** | **W5500 module** | **W5300 TOE** | **W5500 Lite** |
| Integration path | MQTT / HA / Modbus | MQTT | MQTT | MQTT |
The shared philosophy is **"measurement to dedicated silicon, communication to dedicated silicon."** What sets the N-Series apart is that it **replicates that division of labor in modular units** to build an entire product family around channel count.
## Business Value
### Customer and Market Perspective
- **Regulatory submetering**: one unit covers many circuits in new or renovated buildings where load-type metering is required. Because **the demand originates in code requirements, it persists structurally regardless of economic cycles**.
- **Tenant billing separation**: aggregate per-tenant circuits for usage-based settlement in multi-unit residential or retail properties.
- **Solar self-consumption optimization**: measure generation and consumption together, then extend into inverter output control — the direction OpenDTU-OnBattery demonstrates.
→ Reference:
- **Equipment fault detection**: per-circuit current trends surface motor or heater degradation and abnormal loads early.
### WIZnet Perspective
That a product equipped with both Wi-Fi and LoRa still **chooses wired Ethernet as its default interface** says something concrete: for metering data, where a gap means a permanent gap in the accumulator, wire remains the baseline.
The more interesting point is a **demand structure independent of who wins the platform race**. Whether Arduino operates under Qualcomm, Raspberry Pi keeps shifting toward industrial revenue, or ESP32 holds the smart home — the moment any of these boards enters an industrial environment, **what it needs is a deterministic wired link**. Just as the N-Series multiplied its channels sixfold without touching the network layer, **whichever platform prevails, the network layer converges on WIZnet silicon**. That is the picks-and-shovels position.
## Limitations and Future Improvements
The N-Series lowers the barrier to circuit-level metering considerably, though real-world use has surfaced several issues.
- **Delayed accumulation at low loads** — one forum user reported energy registers stuck at zero after more than 24 hours of operation; values only appeared after applying roughly **2000 W for 30 minutes**. The user described the data as excessively coarse. Adjusting the metering IC's no-load threshold and widening decimal resolution would address this.
→ Source:
- **Serial bottleneck under channel scaling** — moving 204 values every 5 seconds across a 115200 bps UART leaves little headroom on the N60. **Raising the UART speed or optimizing batched reads** is the highest-leverage improvement.
- **No split-phase summation for North America** — a request to combine L1 and L2 for a 240 V load received only the advice to clamp one leg, leaving summation to the Home Assistant side.
- **LoRa and SD logging are mutually exclusive** — users must give up either long-range transmission or local recording.
- **Room to extend the network layer** — **adding PoE** would eliminate separate power wiring inside the panel, the most practical improvement available. Projects already combine W5500 with PoE for single-cable installation, and if IPv6 requirements firm up, migrating to the **W6100** becomes a natural next step.
→ Reference:
## FAQ
**Q1. Which model should I choose?**
Start with the **number of voltage systems**, not the circuit count. Each metering block carries one voltage channel, so single-phase homes fit the N10, three-phase installations need the N30 or above, and buildings with multiple service feeds call for the N60.
**Q2. Isn't Wi-Fi enough?**
Electrical panels combine metal enclosures with power-line noise — poor conditions for radio. Because a dropped metering sample corrupts the accumulated total, we recommend **treating the W5500 wired link as primary and Wi-Fi as the fallback path**.
**Q3. ESPHome or the vendor's KCS v3?**
Choose ESPHome if you want to write YAML and control integration in detail; choose KCS v3 if you want Home Assistant auto-discovery with no configuration. Both paths use the same W5500 Ethernet interface.
**Q4. Can I use it for billing?**
The metering IC itself is a high-precision part, but **legal metrology certification (MID, OIML, and similar) could not be confirmed**. It suits internal analysis and settlement, but using it as a legal billing basis requires verification against local regulations.
**Q5. How much does the network portion affect BOM cost?**
The W5500 needs only an SPI bus and an RJ45 magjack, and it offsets the MCU memory and engineering effort a software TCP/IP stack would demand. On an MCU without a MAC, such as the ESP32-S3, it is **less an option than a required component**.
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Source: https://maker.wiznet.io/scott/resellers/kincony-n-series-esp32-s3-ac-energy-meter-platform/