PoE32 Lite

PoE32 Lite adalah board mikrokontroler kecil yang mengambil data sekaligus dayanya dari satu kabel Ethernet. Namanya Lite karena chip-nya, CH32V203, hanya mendukung Ethernet 10 Mbit/s; board berikutnya dengan chip lain akan mendukung Fast Ethernet, 100 Mbit/s. Tulisan ini membahas revisi pertamanya, v1, yang dipesan pada April 2025: board tempat saya pertama kali menyatukan semuanya, dan yang menunjukkan apa yang seharusnya dan tidak seharusnya dibawa board dasar.

Revisi berikutnya punya halamannya sendiri. Halaman ini hanya membahas v1: seperti apa ia, kenapa bentuknya begitu, dan apa yang ia ajarkan kepada saya.

Sekilas

Board	PoE32 Lite, board dasar keluarga PoE32
Revisi	v1, dipesan pada 14 April 2025
MCU	WCH CH32V203RBT6, RISC-V, dengan MAC Ethernet dan PHY 10BASE-T di dalam chip
Daya	Modul Power over Ethernet jadi, disolder langsung ke board
Di board	Mikrokontroler dan dua driver H-bridge untuk jalur fire alarm
Port Ethernet	Tidak ada di board: RJ45-nya ada di breakout board kecil yang terpisah
Status	Konsep pertama; digantikan v2
File	Nilai komponen dan daftar komponen tidak dipublikasikan

Kenapa ia ada

Board yang paling sering dipilih orang untuk perangkat kecil yang terhubung ke jaringan saat ini adalah ESP32, dan ia berkomunikasi lewat WiFi. Tapi kata wireless pada WiFi hanya berlaku untuk datanya. Dayanya tetap lewat kabel, kecuali perangkatnya memakai baterai, dan baterai cepat atau lambat akan habis. Jadi pada akhirnya tetap ada satu kabel yang terpasang ke board. Kalau memang harus ada satu kabel, saya lebih memilih kabel Ethernet: dengan Power over Ethernet, satu kabel itu membawa data dan daya sekaligus.

Perangkat seperti ini juga hampir tak pernah berpindah. Sensor di dinding, kontroler di dalam panel, titik detektor fire alarm: semuanya diam di tempat pemasangannya selama bertahun-tahun. Kelebihan WiFi yang tak bisa diberikan kabel cuma satu, yaitu mobilitas, dan perangkat yang diam tak membutuhkannya. Yang dibutuhkannya justru koneksi yang terus tersambung, dan kabel lebih stabil daripada radio.

Kecepatan juga bukan alasan untuk menghindari kabel. Sepuluh megabit per detik sudah lebih dari cukup untuk telemetri dan MQTT, dan memang hanya itu yang dipertukarkan perangkat seperti ini. Lalu ada soal keamanan. Perangkat WiFi bisa dijangkau siapa pun yang berada dalam jangkauan radionya, sehingga permukaan serangannya meluas sampai ke luar tembok gedung. Perangkat berkabel hanya bisa dijangkau orang yang setidaknya punya akses fisik ke jaringan yang sama.

Ukurannya mengikuti tempat board ini nanti dipasang: terselip di atas plafon, di dalam kotak sambungan, di sebelah detektor. Karena itu ia harus sekecil mungkin, dan ia sama sekali tak punya jack DC. Dayanya hanya datang dari port Ethernet. Kalau sebuah perangkat harus memakai catu daya terpisah, cukup pakai PoE injector, dan dayanya tetap masuk lewat kabel Ethernet.

Seperti apa v1

Board pertama menyatukan semuanya di satu tempat. CH32V203 duduk berdampingan dengan dua driver H-bridge yang menggerakkan jalur detektor fire alarm, jadi mikrokontroler dan aplikasinya berbagi satu board. Dayanya datang dari modul PoE jadi yang disolder langsung ke board lewat deretan pin through-hole di kedua sisi panjangnya. Board-nya sendiri tak punya port Ethernet: RJ45-nya ada di breakout board kecil terpisah yang saya pesan bersamaan.

Keputusan desain

Mikrokontroler yang sudah membawa Ethernet. CH32V203RBT6 adalah chip termurah yang bisa saya temukan dengan MAC dan PHY Ethernet sekaligus di dalamnya, sekitar 1,8 USD. Satu-satunya kandidat lain yang saya temukan, CH32V317WCU6, sekitar satu dolar lebih mahal. Karena MAC dan PHY 10 Mbit/s sudah ada di chip, ia tersambung langsung ke magnetics Ethernet, tanpa chip Ethernet eksternal seperti W5500, ENC28J60, atau LAN8720 yang menambah komponen, biaya perakitan, dan ruang. Semua revisi sesudahnya tetap memakai chip ini.

Modul PoE jadi. Untuk board pertama, saya tidak mendesain tahap daya PoE sendiri. Modul jadi yang disolder memberi board dayanya, dan saya bisa berkonsentrasi di sisi mikrokontroler.

Aplikasi di board yang sama. Driver fire alarm duduk tepat di sebelah mikrokontroler. Untuk konsep pertama, satu board untuk satu tugas adalah cara tercepat melihat semuanya berjalan.

Firmware-nya adalah firmware Embassy-Rust yang saya ukur di paper Where the SRAM Goes. Firmware itu juga berjalan di v1, karena semua revisi memakai chip yang sama; yang berbeda antarboard hanya konfigurasi GPIO-nya.

Yang saya pelajari

Aplikasi tidak seharusnya ada di board dasar. Perangkat berikutnya akan butuh rangkaian aplikasi yang berbeda. Board dasar yang sudah membawa driver fire alarm hanya bisa menjadi board fire alarm.

Port jaringan justru harus ada di sana. Board yang bergantung pada board lain untuk Ethernet-nya sendiri sebenarnya belum bisa disebut satu board. RJ45-nya harus pindah ke board utama.

Kedua pelajaran itu menjadi v2: rangkaian fire alarm keluar dari board, dan RJ45 masuk ke dalamnya.

Terkait

Tool yang saya pakai untuk membaca keluaran serial board ini selama pengembangan.

Istilah

Power over Ethernet (PoE)

Mengalirkan daya lewat kabel Ethernet yang sama dengan yang membawa data.

MAC dan PHY

Dua bagian antarmuka Ethernet: MAC mengurus frame, dan PHY mengubahnya menjadi sinyal di kabel.

H-bridge

Driver dari empat sakelar yang bisa menggerakkan beban ke dua arah, atau mematikannya.

Breakout board

Board kecil yang membawa satu komponen, misalnya konektor, dan mengeluarkan pin-pinnya ke kabel atau header.