一、任务简介

1. 基本任务：硬件TCP/IP以太网通信模块

设计一款基于硬件TCP/IP协议栈控制器的以太网通信模块，使MCU无需运行软件协议栈即可实现稳定的10/100M有线联网，基本要求：

• 使用硬件TCP/IP以太网控制器（推荐W5500或同类）
• SPI接口与MCU相连，支持多路独立Socket
• 完整以太网物理层：网络变压器（中心抽头型，W5500是电流型PHY）+ RJ45接口
• 25MHz高精度晶振，时钟走线远离敏感信号
• 差分对TX±/RX±等长布线，特性阻抗100Ω（速率低可以不关注）

2. 本项目：在基础以太网模块上，本项目增加了Seeed Studio XIAO ESP32-C3，用于扫描蓝牙设备并通过W5500上传数据，从而形成面向Home Assistant的以太网蓝牙网关。

二、方案介绍

基于W5500和ESP32-C3的以太网蓝牙网关模块：系统主要由XIAO ESP32-C3、W5500和HR911105A网络接口组成。

ESP32-C3通过蓝牙扫描周围设备，获取设备地址、广播数据和信号强度等信息；随后通过SPI控制W5500，将数据以TCP、UDP或MQTT等方式上传至Home Assistant服务器。

相比“蓝牙＋Wi-Fi”方案，有线以太网受无线干扰影响较小，连接更加稳定，适合长期运行的智能家居网关。

三、模块介绍

1. W5500（DigiKey链接：W5500 WIZnet | 控制器 - DigiKey）

W5500是一款集成硬件TCP/IP协议栈、以太网MAC和10/100 Mbps PHY的网络控制器，主要特点包括：

• SPI通信接口；
• 支持TCP、UDP、IPv4、ARP和ICMP等协议；
• 支持8路独立Socket；
• 内置32 KB收发缓存；
• 支持10/100 Mbps自协商。

使用W5500可以降低ESP32-C3处理网络协议的负担，提高通信稳定性。

2. XIAO ESP32-C3（DigiKey链接：113991054 Seeed Technology Co., Ltd | 射频、RFID、无线评估板 - DigiKey）

XIAO ESP32-C3是一款小型ESP32-C3开发模块，采用32位RISC-V处理器，集成Wi-Fi和Bluetooth Low Energy功能，并提供SPI、I²C、UART和GPIO接口。

本项目主要使用其BLE扫描、数据处理、SPI控制和网络连接管理功能。

3. HR911105A

HR911105A是一款集成网络变压器和状态指示灯的RJ45接口，可实现网络隔离、信号传输及连接状态显示，从而简化外围电路设计。

四、原理图和PCB介绍

1. 原理图

原理图主要包括以下部分：

• USB Type-C 5 V供电；
• ESP32-C3主控模块；
• W5500最小系统；
• 25 MHz晶振；
• SPI通信接口；
• HR911105A以太网接口。

2. PCB

PCB设计要点：

1. W5500与RJ45接口尽量靠近；
2. TX±和RX±采用差分布线，阻抗满足100Ω，并尽量等长；
3. 差分线下方保持完整地平面；
4. 25 MHz晶振靠近W5500放置；
5. 去耦电容尽量靠近芯片电源引脚。

五、性能指标和管脚定义

模块外部只需连接USB Type-C 5 V电源和网线即可工作。

主要性能指标如下：

ESP32-C3与W5500推荐连接如下：

六、配置代码

本项目可以通过在ESPHOME中配置如下的代码，即可实现以太网+蓝牙网关的功能：

esphome:
  name: seeed-xiao-c3-w5500
  friendly_name: seeed-xiao-c3-w5500
  platformio_options:
    board_build.flash_mode: dio
    board_build.mcu: esp32c3
    board_build.f_cpu: 160000000L

esp32:
  board: seeed_xiao_esp32c3
  variant: esp32c3
  framework:
    type: esp-idf

# Enable logging
logger:

# Enable Home Assistant API
api:

ota:

ethernet:
  type: W5500
  mosi_pin: 10
  miso_pin: 9
  clk_pin: 8
  cs_pin: 4
  reset_pin: 2
  interrupt_pin: 3
  clock_speed: 25MHz

i2c:
  scl: 7
  sda: 6
  scan: True
  id: bus_a

sensor:
  - platform: bmp280
    temperature:
      name: "Temperatuur"
      unit_of_measurement: °C
      accuracy_decimals: 1
    pressure:
      name: "Luchtdruk"
      unit_of_measurement: hPa
      accuracy_decimals: 0
    i2c_id: bus_a
    address: 0x76

binary_sensor:
  - platform: status
    name: "Status"

text_sensor:
  - platform: ethernet_info
    ip_address:
      name: IP Address

switch:
  - platform: restart
    name: "Restart"

七、心得体会

本次项目完成了W5500以太网通信模块的设计，并结合ESP32-C3实现了蓝牙扫描与有线数据上传功能。

通过本次设计，我进一步掌握了W5500最小系统、SPI通信、网络变压器连接及以太网差分布线等知识。同时认识到，硬件TCP/IP芯片虽然能够完成底层网络协议处理，但主控仍需负责设备初始化、IP获取、Socket管理和断线重连等工作。

该模块将蓝牙设备接入能力与有线网络的稳定性结合，适合用于Home Assistant蓝牙网关。后续还可以增加PoE供电、ESD保护、OTA升级和网页配置等功能，进一步提高模块的实用性和可靠性。