ESP32-DevKitC Entwicklungsboard, ESP32-WROOM-32D, 38P

Das Entwicklungsboard ESP32-DevKitC mit dem Modul ESP32-WROOM-32D ist selbst der zentrale Mikrocontroller des Projekts, kein Modul, das zusätzlich zu einem anderen Board hinzugefügt wird, daher verwendet dieses Tutorial genau dieses Board und zeigt, wie Sie schnell das auf dem Modul integrierte WiFi-Radio überprüfen, bevor Sie zu Projekten übergehen, die sich tatsächlich mit einem Netzwerk oder mit Cloud-Diensten verbinden.

Die im Tutorial verwendete Plattform ist das Board ESP32-DevKitC mit ESP32-WROOM-32D, programmiert aus der Arduino IDE mit dem ESP32-Board-Paket von Espressif. Der Test verwendet keinen Sensor oder externes Modul, es wird nur das Board und ein USB Type-C-Kabel zum Computer benötigt.

Wie es funktioniert:

Das Modul ESP32-WROOM-32D integriert ein WiFi-Radio 802.11 b/g/n, das sowohl als Station, die mit einem bestehenden Netzwerk verbunden ist, als auch als eigener Access Point funktionieren kann. In diesem Test schaltet die Funktion WiFi.scanNetworks() das Radio in den Stationsmodus und sendet Sondierungsanfragen auf den Kanälen des 2.4 - 2.5 GHz Bandes, wobei für jedes gefundene Netzwerk die empfangene Signalstärke RSSI gemessen wird, ausgedrückt in dBm, ein negativer Wert, bei dem Zahlen näher an 0 ein stärkeres Signal bedeuten, zum Beispiel sind -40 dBm ein sehr gutes Signal, während -85 dBm nahe an der Empfangsgrenze liegt.

Der mit WiFi.scanNetworks() gestartete Scan ist blockierend, das heißt, das Programm wartet, bis dieser beendet ist, bevor es fortfährt, die Dauer liegt zwischen einigen hundert Millisekunden bis etwas über einer Sekunde, abhängig von der Anzahl der Netzwerke in der Umgebung und den abgedeckten Kanälen.

Im Datenblatt des Moduls ESP32-WROOM-32D wird der durchschnittliche Verbrauch mit etwa 80 mA angegeben, jedoch können in den Momenten der Funkübertragung, wie es am Anfang jeder WiFi-Suche geschieht, Stromspitzen in der Größenordnung von 300 mA auftreten, weshalb der Hersteller eine Stromversorgung empfiehlt, die mindestens 500 mA liefern kann. Wenn der verwendete USB-Port oder das Kabel einen hohen Innenwiderstand haben, können diese Stromspitzen einen kurzen Spannungsabfall am Pin 3V3 verursachen, der ausreicht, um einen Reset des Boards über die Brownout-Schaltung auszulösen, besonders bei schwächeren USB 2.0-Ports oder bei Hubs ohne eigene Stromversorgung.

Was Sie benötigen:

• 1 x Entwicklungsboard ESP32-DevKitC, ESP32-WROOM-32D, 38P
• 1 x USB-Kabel mit Display, PD, QC4.0, Type-C auf Type-C, 100W
• 1 x Set 120 Elektrolytkondensatoren, 0.22-470uF

Verbindung:

Für diesen Test wird keine Verbindung an den GPIO-Pins benötigt, das Board verwendet nur das auf dem Modul ESP32-WROOM-32D integrierte WiFi-Radio, und die einzige notwendige Verbindung ist das USB Type-C-Kabel zwischen dem Board und dem Computer, das sowohl zur Stromversorgung des Boards mit 5 VDC als auch zur Programmierung und zur Anzeige der Ergebnisse im seriellen Monitor verwendet wird. Wenn der verwendete USB-Port nicht mindestens 500 mA liefern kann oder das Kabel einen hohen Widerstand hat, fügen Sie zwischen den Pins 3V3 und GND auf dem Board einen Elektrolytkondensator von 100 - 470 uF hinzu, so nah wie möglich am Modul montiert, um die beim Scannen auftretenden Stromspitzen zu puffern.

Der Code:

Das Programm schaltet das WiFi-Radio in den Stationsmodus, startet alle fünf Sekunden eine blockierende Suche nach Netzwerken in der Umgebung und zeigt am seriellen Port den SSID-Namen und die Signalstärke RSSI für jedes gefundene Netzwerk an.

// ESP32-DevKitC (ESP32-WROOM-32D) - WiFi network scan test
// Board: ESP32-DevKitC with ESP32-WROOM-32D (select "ESP32 Dev Module" in Arduino IDE)
// Wiring: none required on GPIO pins, this test only uses the onboard WiFi radio of the ESP32-WROOM-32D module
// Power and programming through the onboard USB Type-C connector
// Use a USB port or charger able to supply at least 500 mA, WiFi TX current spikes can reset the board on weak supplies
// No external library required, WiFi.h is included with the ESP32 Arduino core
#include <WiFi.h>
void setup() {
  Serial.begin(115200);        // Start serial communication at 115200 baud
  delay(1000);                 // Give the serial monitor time to connect
  WiFi.mode(WIFI_STA);         // Set WiFi to station mode for scanning
  WiFi.disconnect();           // Make sure WiFi is not connected to any network
  delay(100);
  Serial.println("ESP32-DevKitC WiFi scan test starting...");
}
void loop() {
  Serial.println("Scanning for WiFi networks...");
  int networksFound = WiFi.scanNetworks(); // Perform a blocking WiFi scan
  if (networksFound == 0) {
    Serial.println("No networks found.");
  } else {
    Serial.print(networksFound);
    Serial.println(" networks found:");
    for (int i = 0; i < networksFound; i++) {
      // Print SSID and signal strength (RSSI) for each network found
      Serial.print(i + 1);
      Serial.print(": ");
      Serial.print(WiFi.SSID(i));
      Serial.print(" (RSSI: ");
      Serial.print(WiFi.RSSI(i));
      Serial.println(" dBm)");
    }
  }
  Serial.println("");
  delay(5000); // Wait five seconds before scanning again, avoids repeated back-to-back current spikes
}

Wie der Code funktioniert:

In der Funktion setup wird die serielle Kommunikation mit 115200 Baud über Serial.begin initialisiert, dann setzt WiFi.mode(WIFI_STA) das Radio in den Stationsmodus, der für die Suche notwendig ist, und WiFi.disconnect() stellt sicher, dass das Board nicht mit einem vorherigen Netzwerk verbunden bleibt, bevor der Test beginnt.

In der Funktion loop startet WiFi.scanNetworks() die Suche und gibt in networksFound die Anzahl der gefundenen Netzwerke zurück. Wenn networksFound 0 ist, wird die Meldung angezeigt, dass kein Netzwerk gefunden wurde, andernfalls durchläuft eine for-Schleife jedes gefundene Netzwerk und zeigt für jedes den Namen mit WiFi.SSID(i) und die Signalstärke mit WiFi.RSSI(i), ausgedrückt in dBm, an.

Am Ende jedes Zyklus stoppt delay(5000) die Ausführung für fünf Sekunden, bevor die Suche wiederholt wird, sowohl um den Prozessor und den seriellen Port nicht unnötig zu belasten als auch um wiederholte Stromspitzen in sehr kurzen Abständen zu vermeiden.

Ergebnis:

Im Serial Monitor, mit der auf 115200 Baud eingestellten Geschwindigkeit, sehen Sie alle fünf Sekunden die Liste der in der Nähe gefundenen WiFi-Netzwerke, mit dem Namen und der Signalstärke jedes einzelnen.

ESP32-DevKitC WiFi scan test starting...
Scanning for WiFi networks...
4 networks found:
1: HomeNetwork_24G (RSSI: -42 dBm)
2: Office_WiFi (RSSI: -58 dBm)
3: NeighborAP (RSSI: -71 dBm)
4: IoT_Guest (RSSI: -80 dBm)
Scanning for WiFi networks...
3 networks found:
1: HomeNetwork_24G (RSSI: -44 dBm)
2: Office_WiFi (RSSI: -61 dBm)
3: IoT_Guest (RSSI: -79 dBm)

Häufige Probleme:

Das Board setzt sich zurück oder startet genau während der WiFi-Suche neu, die Ursache ist üblicherweise ein USB-Port oder ein Kabel, das die von der Funkübertragung benötigte Stromspitze in der Größenordnung von 300 mA nicht unterstützen kann, die Lösung besteht darin, sich an einen USB 3.0-Port mit mindestens 2 A oder an ein separates USB-Netzteil anzuschließen, ein hochwertiges USB Type-C-Datenkabel zu verwenden und, falls das Problem weiterhin besteht, einen Elektrolytkondensator von 100 - 470 uF zwischen den Pins 3V3 und GND neben dem Modul hinzuzufügen.

Wenn nichts im seriellen Monitor erscheint, überprüfen Sie, ob die im Serial Monitor ausgewählte Geschwindigkeit 115200 Baud beträgt und ob der ausgewählte COM-Port der des Boards ESP32-DevKitC ist.

Wenn die angezeigte Meldung immer No networks found lautet, obwohl das Telefon Netzwerke in der Nähe sieht, überprüfen Sie, ob das betreffende Netzwerk auf dem 2.4 GHz Band funktioniert, da das Modul ESP32-WROOM-32D keine Netzwerke auf dem 5 GHz Band scannen kann.

Wenn ein bekanntes Netzwerk nicht in der Liste erscheint, obwohl das Signal gut ist, überprüfen Sie, ob am Router die Übertragung der SSID deaktiviert ist, in diesem Fall erscheint das versteckte Netzwerk bei einer Standardsuche nicht.

Wenn das Board beim Anschließen vom Computer nicht erkannt wird, installieren Sie den Treiber für die CP2102-Bridge von der Website des Chip-Herstellers und versuchen Sie ein anderes USB Type-C-Kabel, das Datenübertragung unterstützt, nicht nur Stromversorgung.

Wenn das Hochladen des Programms nicht startet, befindet sich das Board nicht im Boot-Modus, trennen Sie das Kabel, halten Sie die Taste BOOT gedrückt, schließen Sie das Kabel wieder an und wiederholen Sie das Hochladen aus der Arduino IDE.

Einschränkungen und Tipps:

Das Modul ESP32-WROOM-32D scannt und verbindet sich nur auf dem 2.4 GHz Band, es hat keine Unterstützung für 5 GHz. Die Funktion WiFi.scanNetworks() ist blockierend und belegt den Prozessor während der gesamten Dauer der Suche, daher muss in einem komplexeren Projekt die Suche sorgfältig im Verhältnis zu anderen Echtzeitaufgaben platziert werden. Für einen stabilen Betrieb muss die an den USB Type-C-Port oder an die 5V-Pins angeschlossene Stromversorgung mindestens 500 mA im Spitzenbetrieb liefern können, nicht nur im Durchschnitt. Ausgehend von diesem Test kann das Board erweitert werden, um sich tatsächlich als Station mit einem WiFi-Netzwerk zu verbinden, um einen eigenen Access Point zu erstellen oder für Projekte, die Daten über MQTT oder HTTP an Cloud-Dienste senden.