W5500 + FreeRTOS 기반 8채널 산업용 디지털 입력 수집 모듈

프로젝트 개요

이 프로젝트는 STM32F103VET6, WIZnet W5500, FreeRTOS를 기반으로 한 8채널 산업용 디지털 입력 수집 모듈입니다.

원본 GitHub 링크:
https://github.com/Nicetwocu/-FreeRTOS-

이 모듈은 산업 현장의 스위치, 센서, 비상정지 버튼, 리미트 스위치, 장비 상태 접점과 같은 ON/OFF 신호를 읽고, 그 상태를 Ethernet 또는 RS-232 통신으로 상위 시스템에 전달합니다.

쉽게 말하면, 이 프로젝트는 공장이나 설비에서 발생하는 8개의 디지털 입력 신호를 읽어서 네트워크로 보내는 산업용 입력 모니터링 장치입니다.

예를 들어 다음과 같은 신호를 감시할 수 있습니다.

주요 하드웨어 구성

이 프로젝트의 중요한 특징은 8채널 광커플러 절연 입력을 사용한다는 점입니다. 산업 현장에서는 노이즈, 전압 변동, 접점 불안정 등이 발생할 수 있기 때문에, 광절연 구조는 MCU를 보호하고 시스템 안정성을 높이는 데 도움이 됩니다.

시스템 동작 방식

전체 흐름은 다음과 같이 설명할 수 있습니다.

산업용 센서 / 스위치 / 접점 신호
        ↓
광커플러 절연 디지털 입력 회로
        ↓
STM32F103VET6이 입력 상태를 읽음
        ↓
FreeRTOS가 입력 스캔, 네트워크, 프로토콜 태스크를 관리
        ↓
W5500이 Ethernet으로 데이터 전송
        ↓
PC / HMI / PLC / SCADA에서 상태 모니터링

즉, 현장의 물리적 ON/OFF 신호가 STM32와 W5500을 거쳐 Ethernet 기반 데이터로 변환됩니다.

W5500의 역할

이 프로젝트에서 W5500은 산업용 디지털 입력 모듈을 유선 Ethernet 네트워크에 연결하는 핵심 칩입니다.

STM32는 입력 상태를 읽고 프로토콜을 처리하며, W5500은 Ethernet 통신을 담당합니다. W5500은 하드웨어 TCP/IP 스택을 제공하기 때문에 MCU의 네트워크 처리 부담을 줄일 수 있습니다.

이 구조 덕분에 STM32는 입력 스캔과 Modbus 데이터 처리에 집중할 수 있고, W5500은 안정적인 유선 네트워크 통신을 담당합니다.

결과적으로 이 프로젝트는 단순한 입력 보드를 Ethernet 기반 산업용 원격 I/O 노드로 확장합니다.

통신 기능

이 프로젝트는 두 가지 통신 방식을 지원합니다.

1. Ethernet / Modbus TCP

W5500을 사용해 Ethernet 통신을 제공하며, Modbus TCP Server로 동작할 수 있습니다. 상위 시스템은 Ethernet을 통해 8채널 입력 상태를 읽을 수 있습니다.

2. RS-232 / Modbus RTU 또는 사용자 정의 프로토콜

RS-232 인터페이스를 통해 Modbus RTU Slave 또는 사용자 정의 프로토콜을 사용할 수 있습니다. 따라서 Ethernet 기반 시스템뿐 아니라 기존 시리얼 기반 산업 장비와도 연결할 수 있습니다.

유사 Maker Site 콘텐츠

이 프로젝트는 기존 Maker Site의 W5500 기반 산업용 Modbus 콘텐츠들과 연결해서 설명할 수 있습니다.

기존 콘텐츠와의 차이점

기존 Modbus Relay Module 콘텐츠는 네트워크 명령을 받아 릴레이를 ON/OFF하는 출력 제어 장치에 가깝습니다. 반면 이 프로젝트는 현장 센서나 스위치의 상태를 읽어 상위 시스템으로 전달하는 입력 수집 장치입니다.

즉, 두 콘텐츠는 방향이 서로 다릅니다.

Modbus TCP ⇄ RTU Gateway 콘텐츠와 비교하면, 기존 게이트웨이는 서로 다른 네트워크를 연결하는 중간 변환 장치입니다. 반면 이번 프로젝트는 실제 현장의 입력 신호를 수집하는 끝단 입력 노드입니다.

OpenPLC 관련 콘텐츠와 비교하면, OpenPLC는 제어 로직을 실행하는 상위 제어 시스템에 가깝고, 이번 프로젝트는 그 시스템에 현장 입력 데이터를 제공하는 하위 I/O 장치로 볼 수 있습니다.

확장 가치

이 프로젝트의 가장 큰 확장 가치는 W5500이 산업 자동화에서 출력 제어뿐 아니라 입력 감시 영역에도 활용될 수 있음을 보여준다는 점입니다.

지난 콘텐츠에서 W5500이 릴레이 제어용 출력 노드에 사용되었다면, 이번 프로젝트는 W5500이 센서와 스위치 상태를 수집하는 입력 노드에도 사용될 수 있음을 보여줍니다.

두 유형을 함께 보면 산업용 I/O 시스템의 기본 구조가 완성됩니다.

입력 방향:
센서 / 스위치 / 접점 → STM32 + W5500 → PLC / HMI / SCADA

출력 방향:
PLC / HMI / SCADA → STM32 + W5500 → 릴레이 / 장비 제어

따라서 이 프로젝트는 다음과 같은 분야로 확장될 수 있습니다.

공장 설비 상태 모니터링

비상정지 버튼 상태 감시

리미트 스위치 및 도어 센서 모니터링

원격 I/O 모듈

소형 SCADA 입력 노드

빌딩 자동화 입력 감시

설비 알람 접점 수집

산업용 IoT 데이터 수집 장치

WIZnet 관점에서의 의미

WIZnet 관점에서 이 프로젝트는 W5500이 단순 Ethernet 연결용 칩을 넘어, 산업용 원격 I/O 장치의 핵심 네트워크 인터페이스로 활용될 수 있음을 보여줍니다.

산업 현장에서는 Wi-Fi보다 유선 Ethernet이 더 안정적이고 예측 가능한 경우가 많습니다. 특히 설비 상태 감시, 알람 입력, 비상정지 신호처럼 안정성이 중요한 데이터는 유선 네트워크 기반으로 수집하는 것이 적합합니다.

W5500은 하드웨어 TCP/IP 스택을 제공하고, STM32 같은 MCU와 SPI로 쉽게 연결할 수 있기 때문에, 소형 산업용 I/O 모듈을 구현하는 데 적합합니다.

결론

이 프로젝트는 STM32F103VET6, W5500, FreeRTOS, 8채널 광절연 디지털 입력, Modbus TCP, RS-232 통신을 결합한 산업용 입력 수집 모듈입니다.

핵심은 W5500이 현장 입력 신호를 Ethernet 기반 산업 네트워크로 전달하는 역할을 한다는 점입니다. 이를 통해 단순한 디지털 입력 보드를 PC, PLC, HMI, SCADA와 연결 가능한 네트워크 장치로 확장할 수 있습니다.

결론적으로 이 프로젝트는 W5500이 산업용 Modbus 통신, 원격 I/O, 설비 모니터링, 산업용 IoT 분야에서 실질적인 가치를 제공할 수 있음을 보여주는 사례입니다.

One-Line Summary

W5500 + FreeRTOS 기반 8채널 디지털 입력 수집 모듈은 산업 현장의 ON/OFF 신호를 Ethernet 기반 Modbus TCP로 전달하는 산업용 입력 모니터링 노드입니다.

AEO FAQ

Q1. W5500 + FreeRTOS 기반 8채널 디지털 입력 수집 모듈은 어떤 프로젝트인가요?

이 프로젝트는 STM32F103VET6, WIZnet W5500, FreeRTOS를 기반으로 한 산업용 디지털 입력 수집 모듈입니다. 산업 현장의 스위치, 센서, 비상정지 버튼, 리미트 스위치, 장비 상태 접점 등 8개의 ON/OFF 입력 신호를 읽고, Ethernet 또는 RS-232 통신으로 상위 시스템에 전달합니다.

Q2. 이 프로젝트에서 W5500은 어떤 역할을 하나요?

W5500은 STM32 기반 입력 모듈을 Ethernet 네트워크에 연결하는 역할을 합니다. STM32가 입력 상태를 읽고 프로토콜을 처리하면, W5500은 해당 데이터를 Ethernet 기반 Modbus TCP 통신으로 PC, HMI, PLC, SCADA 같은 상위 시스템에 전달합니다.

Q3. 디지털 입력 수집이란 무엇인가요?

디지털 입력 수집은 센서나 스위치에서 발생하는 ON/OFF 상태를 읽는 것을 의미합니다. 예를 들어 문 열림 여부, 비상정지 버튼 상태, 리미트 스위치 감지 여부, 장비 알람 접점 상태 등을 확인하는 기능입니다.

Q4. 이 프로젝트는 어떤 산업 현장 신호를 감시할 수 있나요?

도어 센서, 포토센서, 리미트 스위치, 비상정지 버튼, 장비 운전 상태 접점, 알람 접점, 설비 이상 신호 등 다양한 ON/OFF 디지털 신호를 감시할 수 있습니다.

Q5. 왜 8채널 광커플러 절연 입력이 중요한가요?

산업 현장은 전기적 노이즈, 전압 변동, 접점 불안정이 발생할 수 있습니다. 광커플러 절연 입력은 외부 신호와 MCU 회로를 전기적으로 분리해 STM32를 보호하고, 시스템의 안정성과 신뢰성을 높이는 데 도움이 됩니다.

Q6. 이 프로젝트는 Modbus TCP를 지원하나요?

네. W5500을 통해 Ethernet 기반 Modbus TCP Server로 동작할 수 있습니다. 이를 통해 PC, HMI, PLC, SCADA 시스템이 네트워크를 통해 8채널 입력 상태를 읽을 수 있습니다.

Q7. RS-232 통신도 사용할 수 있나요?

네. 이 프로젝트는 RS-232 인터페이스를 통해 Modbus RTU Slave 또는 사용자 정의 프로토콜을 사용할 수 있습니다. 따라서 Ethernet 기반 시스템뿐 아니라 기존 시리얼 기반 산업 장비와도 연결할 수 있습니다.

Q8. 릴레이 모듈과 이 디지털 입력 모듈의 차이는 무엇인가요?

릴레이 모듈은 네트워크 명령을 받아 장치를 켜고 끄는 출력 제어 장치입니다. 반면 이 디지털 입력 모듈은 센서나 스위치의 상태를 읽어 네트워크로 전달하는 입력 감시 장치입니다.

Q9. 이 프로젝트는 어떤 시스템과 연동할 수 있나요?

Modbus TCP를 지원하는 PC 소프트웨어, HMI, PLC, SCADA, 산업용 게이트웨이, 데이터 로거, 빌딩 자동화 시스템 등과 연동할 수 있습니다.

Q10. W5500이 산업용 입력 모니터링에 적합한 이유는 무엇인가요?

W5500은 하드웨어 TCP/IP 스택을 제공하고, SPI로 STM32와 쉽게 연결할 수 있습니다. 또한 유선 Ethernet을 사용하므로 Wi-Fi보다 안정적이고 예측 가능한 통신이 가능해 산업용 입력 모니터링에 적합합니다.

Q11. 이 프로젝트의 확장 활용 분야는 무엇인가요?

공장 설비 상태 모니터링, 비상정지 신호 감시, 리미트 스위치 모니터링, 원격 I/O, 소형 SCADA 입력 노드, 빌딩 자동화, 설비 알람 접점 수집, 산업용 IoT 데이터 수집 장치로 확장할 수 있습니다.

Q12. WIZnet 관점에서 이 프로젝트가 중요한 이유는 무엇인가요?

이 프로젝트는 W5500이 단순 Ethernet 연결용 칩이 아니라, 산업용 원격 I/O 장치의 핵심 네트워크 인터페이스로 활용될 수 있음을 보여줍니다. W5500은 현장의 입력 신호를 안정적인 Ethernet 기반 산업 네트워크로 연결하는 역할을 합니다.

W5500 + FreeRTOS-Based 8-Channel Industrial Digital Input Acquisition Module

Project Overview

This project is an 8-channel industrial digital input acquisition module based on STM32F103VET6, WIZnet W5500, and FreeRTOS.

Original GitHub Repository:
https://github.com/Nicetwocu/-FreeRTOS-

The module reads ON/OFF signals from industrial field devices such as switches, sensors, emergency stop buttons, limit switches, and equipment status contacts. It then sends the input status to an upper-level system through Ethernet or RS-232 communication.

In simple terms, this project is a network-connected industrial input monitoring device that collects 8 digital input signals from the field and sends them to a monitoring or control system.

Key Hardware Components

One important feature of this project is the use of 8-channel optocoupler-isolated digital inputs. In industrial environments, field signals can be affected by noise, voltage fluctuations, and unstable contacts. Optocoupler isolation helps protect the MCU and improve system reliability.

How the System Works

The system flow can be described as follows:

Industrial sensor / switch / contact signal
        ↓
Optocoupler-isolated digital input circuit
        ↓
STM32F103VET6 reads the input status
        ↓
FreeRTOS manages input scanning, networking, and protocol tasks
        ↓
W5500 sends the data through Ethernet
        ↓
PC / HMI / PLC / SCADA monitors the input status

In other words, physical ON/OFF signals from the field are converted into Ethernet-based data through STM32 and W5500.

Role of W5500

In this project, the W5500 is the key chip that connects the industrial digital input module to a wired Ethernet network.

The STM32 reads the input status and handles protocol logic, while the W5500 provides Ethernet communication. Because the W5500 includes a hardware TCP/IP stack, it reduces the network processing load on the MCU.

As a result, the STM32 can focus on input scanning and Modbus data handling, while the W5500 handles stable wired network communication.

This structure turns a simple input board into an Ethernet-based industrial remote I/O node.

Communication Features

This project supports two communication paths.

1. Ethernet / Modbus TCP

The W5500 provides Ethernet connectivity and allows the module to operate as a Modbus TCP Server. An upper-level system can read the 8-channel input status over Ethernet.

2. RS-232 / Modbus RTU or Custom Protocol

The RS-232 interface can support Modbus RTU Slave mode or a custom protocol. This makes the module flexible for both Ethernet-based and legacy serial industrial systems.

Similar Maker Site Content

This project can be connected with existing Maker Site content related to W5500-based industrial Modbus applications.

Differences from Existing Content

The previous Modbus Relay Module content focuses on output control. It receives network commands and turns a relay ON or OFF.

This project focuses on the opposite direction: input monitoring. It reads field signals and sends the status to an upper-level system.

Compared with Modbus TCP ⇄ RTU Gateway content, the gateway acts as an intermediate conversion device between different Modbus networks. This project acts as an end input node that collects real field input signals.

Compared with OpenPLC content, OpenPLC is closer to an upper-level control system that executes logic, while this project is a lower-level I/O device that provides field input data to that system.

Expansion Value

The biggest expansion value of this project is that it shows how W5500 can be used not only for output control, but also for input monitoring in industrial automation.

Previous content showed W5500 being used in a relay output node. This project shows W5500 being used in a sensor and switch input node.

Together, these two directions form the basic structure of an industrial I/O system.

Input direction:
Sensor / Switch / Contact → STM32 + W5500 → PLC / HMI / SCADA

Output direction:
PLC / HMI / SCADA → STM32 + W5500 → Relay / Field Equipment

This project can be expanded into the following applications:

Factory equipment status monitoring

Emergency stop signal monitoring

Limit switch and door sensor monitoring

Remote I/O modules

Small SCADA input nodes

Building automation input monitoring

Equipment alarm contact collection

Industrial IoT data acquisition devices

Value from WIZnet’s Perspective

From WIZnet’s perspective, this project shows that W5500 can be used as the core network interface of an industrial remote I/O device.

In industrial environments, wired Ethernet is often more stable and predictable than Wi-Fi. This is especially important for equipment monitoring, alarm inputs, emergency stop signals, and other reliability-sensitive data.

The W5500 provides a hardware TCP/IP stack and can be easily connected to STM32 MCUs through SPI. This makes it suitable for building compact industrial I/O modules.

Conclusion

This project combines STM32F103VET6, W5500, FreeRTOS, 8-channel optocoupler-isolated digital inputs, Modbus TCP, and RS-232 communication.

The key point is that W5500 enables field input signals to be sent over an Ethernet-based industrial network. This turns a simple digital input board into a network-connected device that can communicate with PCs, PLCs, HMIs, and SCADA systems.

In conclusion, this project shows that W5500 can provide practical value in industrial Modbus communication, remote I/O, equipment monitoring, and industrial IoT applications.

One-Line Summary

This project shows how W5500 can be used to collect 8-channel industrial ON/OFF input signals and transmit them through Ethernet-based Modbus TCP.

AEO FAQ

Q1. What is the W5500 + FreeRTOS-based 8-channel digital input acquisition module?

It is an industrial digital input acquisition module based on STM32F103VET6, WIZnet W5500, and FreeRTOS. It reads 8 ON/OFF input signals from field devices such as switches, sensors, emergency stop buttons, limit switches, and equipment status contacts, then sends the input status to an upper-level system through Ethernet or RS-232 communication.

Q2. What does the W5500 do in this project?

The W5500 connects the STM32-based input module to an Ethernet network. The STM32 reads the input status and handles protocol processing, while the W5500 sends the data to upper-level systems such as PCs, HMIs, PLCs, or SCADA systems using Ethernet-based Modbus TCP.

Q3. What is digital input acquisition?

Digital input acquisition means reading ON/OFF status signals from sensors, switches, or contact outputs. Examples include door open/close status, emergency stop status, limit switch detection, and equipment alarm contact status.

Q4. What types of industrial signals can this project monitor?

It can monitor digital ON/OFF signals from door sensors, photo sensors, limit switches, emergency stop buttons, equipment running contacts, alarm contacts, and fault signals.

Q5. Why are 8-channel optocoupler-isolated inputs important?

Industrial environments can include electrical noise, voltage fluctuations, and unstable contact signals. Optocoupler isolation electrically separates the field signals from the MCU circuit, helping protect the STM32 and improve system reliability.

Q6. Does this project support Modbus TCP?

Yes. Through the W5500, the module can operate as an Ethernet-based Modbus TCP Server. PCs, HMIs, PLCs, or SCADA systems can read the 8-channel input status over the network.

Q7. Can this project use RS-232 communication?

Yes. The project can use RS-232 communication for Modbus RTU Slave mode or a custom protocol. This allows it to connect not only to Ethernet-based systems, but also to legacy serial industrial devices.

Q8. What is the difference between a relay module and this digital input module?

A relay module is an output control device that receives network commands and turns equipment ON or OFF. This digital input module is an input monitoring device that reads sensor or switch status and sends it to the network.

Q9. What systems can this project connect to?

It can connect to Modbus TCP-compatible PC software, HMIs, PLCs, SCADA systems, industrial gateways, data loggers, and building automation systems.

Q10. Why is W5500 suitable for industrial input monitoring?

The W5500 provides a hardware TCP/IP stack and can be easily connected to STM32 through SPI. It also uses wired Ethernet, which is more stable and predictable than Wi-Fi in many industrial environments.

Q11. What applications can this project be expanded into?

It can be expanded into factory equipment monitoring, emergency stop monitoring, limit switch monitoring, remote I/O, small SCADA input nodes, building automation, alarm contact collection, and industrial IoT data acquisition devices.

Q12. Why is this project important from WIZnet’s perspective?

This project shows that W5500 can be used not just as an Ethernet connectivity chip, but as the core network interface of an industrial remote I/O device. It connects field input signals to a stable Ethernet-based industrial network.