ESP32-Entwicklungsboard, CH340C, 30P, USB-C, WLAN und Bluetooth

Die Entwicklungsplatine ESP32-WROOM-32D mit CH340C und USB-C ist eine komplette Plattform mit integriertem Prozessor, WiFi und Bluetooth, daher verwendet dieses Tutorial nur die Platine selbst, ohne zusätzliche Entwicklungsplatine. Das Ziel ist, sie zum ersten Mal in Betrieb zu nehmen und zu überprüfen, dass das WiFi-Modul korrekt funktioniert, indem ein Access Point gestartet wird, mit dem sich ein Telefon oder ein Laptop verbinden kann.

Funktionsweise:

Das Modul ESP32-WROOM-32D kann als WiFi-Access-Point (Access Point) arbeiten, indem es ein eigenes Netzwerk ohne Router erstellt, mit dem sich andere Geräte direkt verbinden können. In diesem Modus weist die Platine automatisch die IP-Adresse 192.168.4.1 ihrem eigenen Webserver zu, und jedes Telefon oder Laptop, das mit dem erstellten Netzwerk verbunden ist, kann diese Adresse in einem Browser öffnen, um eine von der Platine erzeugte Seite anzuzeigen. Die Funktion esp_wifi_ap_get_sta_list liest aus dem WiFi-Treiber die Liste der verbundenen Clients sowie die von jedem empfangene Signalstärke, ausgedrückt in dBm, wobei ein typischer Wert zwischen -40 dBm (starkes Signal, nahe an der Platine) und -80 dBm (schwaches Signal, bei größerer Entfernung) liegt. Der Test liest zusätzlich den Grund des letzten Neustarts der Platine aus, nützlich um festzustellen, ob die Stromversorgung zu schwach ist, in welchem Fall die Brownout-Meldung erscheint.

Was Sie benötigen:

• 1 x Entwicklungsplatine ESP32, CH340C, 30P, USB-C, WiFi und Bluetooth
• 1 x Datenkabel Smart Charge, USB auf USB-C, Fast Charging
• 1 x Netzteil 5V 1A USB

Anschluss:

Für diesen Test wird kein Sensor oder externes Modul angeschlossen, die Platine nutzt lediglich das integrierte WiFi-Modul. Die einzige nötige Verbindung ist die Stromversorgung und die Datenverbindung über den USB-C-Anschluss, entweder zum Computer für die Programmierung oder zu einem 5V-Netzteil für den eigenständigen Betrieb.

Platine und Bibliotheken:

Wählen Sie in der Arduino IDE unter Tools - Board die Platine ESP32 Dev Module aus, bereitgestellt durch das esp32-Paket von Espressif Systems, installiert über den Boards Manager. Falls das Paket nicht in der Liste erscheint, fügen Sie in File - Preferences, unter Additional Boards Manager URLs, die Adresse https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_index.json hinzu und suchen Sie danach esp32 im Boards Manager. Der untenstehende Code benötigt keine manuell installierte Bibliothek, er verwendet lediglich WiFi.h und WebServer.h, die automatisch vom esp32-Paket für Arduino mitgeliefert werden.

Der Code:

Das Programm startet die Platine im Access-Point-Modus, lässt einen kleinen Webserver unter der Adresse 192.168.4.1 laufen und zeigt auf dem seriellen Monitor den Status der Verbindungen sowie den Grund des letzten Neustarts an.

/*
  ESP32-WROOM-32D 30-pin DevKit (CH340C, USB-C) - WiFi Access Point test
  Board: "ESP32 Dev Module" (installed from Boards Manager, package "esp32" by Espressif Systems)
  Additional Boards Manager URL (File > Preferences):
  https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_index.json
  Libraries: none to install, WiFi.h and WebServer.h are included with the esp32 Arduino core
  Wiring: none, 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 good cable, or a 5V/1A supply)
  Usage: connect a phone or laptop to the "ESP32-TEST" WiFi network (password 12345678)
  then open a browser at http://192.168.4.1
*/
#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
#include "esp_wifi.h"
const char* apSsid = "ESP32-TEST";
const char* apPassword = "12345678";   // Minimum 8 characters
const int apChannel = 6;               // Fixed 2.4 GHz channel
WebServer server(80);
unsigned long lastReport = 0;
// Text for the reason of the last reset (shows if the board restarted because of a weak power supply)
const char* resetReasonText(esp_reset_reason_t reason) {
  switch (reason) {
    case ESP_RST_POWERON:  return "Power on / EN button";
    case ESP_RST_SW:       return "Software reset";
    case ESP_RST_PANIC:    return "Crash (panic)";
    case ESP_RST_BROWNOUT: return "BROWNOUT - power supply too weak";
    case ESP_RST_INT_WDT:
    case ESP_RST_TASK_WDT:
    case ESP_RST_WDT:      return "Watchdog";
    default:               return "Other";
  }
}
// List of connected clients with the signal strength received by the ESP32 from each one
String stationReport() {
  wifi_sta_list_t list;
  if (esp_wifi_ap_get_sta_list(&list) != ESP_OK || list.num == 0) {
    return "No clients connected\n";
  }
  String out;
  for (int i = 0; i < list.num; i++) {
    char line[80];
    snprintf(line, sizeof(line), "Client %d: %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X  RSSI: %d dBm\n",
             i + 1,
             list.sta[i].mac[0], list.sta[i].mac[1], list.sta[i].mac[2],
             list.sta[i].mac[3], list.sta[i].mac[4], list.sta[i].mac[5],
             list.sta[i].rssi);
    out += line;
  }
  return out;
}
// Web page served at http://192.168.4.1, refreshes every 2 seconds
void handleRoot() {
  String page = "<!DOCTYPE html><html><head><meta http-equiv='refresh' content='2'>";
  page += "<title>ESP32 AP test</title></head><body>";
  page += "<h2>ESP32 AP test - OK</h2>";
  page += "<p>Signal received by the ESP32 from each client:</p><pre>";
  page += stationReport();
  page += "</pre><p>Uptime: ";
  page += String(millis() / 1000);
  page += " s</p></body></html>";
  server.send(200, "text/html", page);
}
void setup() {
  Serial.begin(115200);     // Start serial communication at 115200 baud
  delay(1000);
  Serial.println();
  Serial.println("ESP32-WROOM-32D WiFi Access Point test starting...");
  Serial.print("Last reset reason: ");
  Serial.println(resetReasonText(esp_reset_reason()));
  WiFi.mode(WIFI_AP);
  bool ok = WiFi.softAP(apSsid, apPassword, apChannel);
  if (!ok) {
    Serial.println("ERROR: softAP() failed to start, check power supply");
  }
  IPAddress ip = WiFi.softAPIP();
  Serial.print("Access Point \"");
  Serial.print(apSsid);
  Serial.print("\" started, IP address: ");
  Serial.println(ip);
  server.on("/", handleRoot);
  server.begin();
  Serial.println("Web server started, connect a phone and open http://192.168.4.1");
}
void loop() {
  server.handleClient();
  // Print a short status line every 5 seconds, useful to spot brownouts
  if (millis() - lastReport > 5000) {
    lastReport = millis();
    Serial.print("Uptime: ");
    Serial.print(millis() / 1000);
    Serial.print(" s  Free heap: ");
    Serial.print(ESP.getFreeHeap());
    Serial.println(" bytes");
  }
}

Wie der Code funktioniert:

Im Definitionsabschnitt legen apSsid und apPassword den Namen und das Passwort des von der Platine erstellten Netzwerks fest, während apChannel den vom Access Point verwendeten 2,4-GHz-WiFi-Kanal bestimmt. Das Objekt server, vom Typ WebServer, verwaltet die auf Port 80 eingehenden Anfragen. Die Funktion resetReasonText übersetzt den internen Code des letzten Neustarts in einen gut lesbaren Text, einschließlich der Brownout-Warnung, wenn die Stromversorgung zu schwach ist. Die Funktion stationReport fragt über esp_wifi_ap_get_sta_list die Liste der verbundenen Clients ab und erstellt einen Text mit der MAC-Adresse und der Signalstärke (RSSI) für jeden Client. Die Funktion handleRoot erstellt die an den Browser gesendete HTML-Seite, einschließlich des Client-Berichts und der Betriebszeit. In setup startet die Platine die serielle Kommunikation, zeigt den Grund des letzten Neustarts an, aktiviert den WIFI_AP-Modus, startet den Access Point mit WiFi.softAP und anschließend den Webserver mit server.begin. In loop verarbeitet server.handleClient die eingehenden Anfragen, und alle 5 Sekunden zeigt die Platine auf dem seriellen Monitor die Betriebszeit und den freien RAM-Speicher an, nützlich um eventuelle Versorgungsprobleme zu erkennen.

Ergebnis:

Öffnen Sie den seriellen Monitor mit 115200 Baud, Sie sehen die Startmeldung, die IP-Adresse des Access Points und danach einen Bericht alle 5 Sekunden. Verbinden Sie ein Telefon mit dem Netzwerk ESP32-TEST und dem Passwort 12345678 und öffnen Sie im Browser die Adresse 192.168.4.1, die Seite sollte die Bestätigungsmeldung sowie die von der Platine vom Telefon empfangene Signalstärke anzeigen.

ESP32-WROOM-32D WiFi Access Point test starting...
Last reset reason: Power on / EN button
Access Point "ESP32-TEST" started, IP address: 192.168.4.1
Web server started, connect a phone and open http://192.168.4.1
Uptime: 5 s  Free heap: 212340 bytes
Uptime: 10 s  Free heap: 211980 bytes
Client 1: A4:C1:38:5E:2F:9B  RSSI: -52 dBm
Uptime: 15 s  Free heap: 211980 bytes
Uptime: 20 s  Free heap: 211976 bytes

Häufige Probleme:

Es erscheint nichts auf dem seriellen Monitor: Überprüfen Sie, ob Sie den richtigen COM-Port sowie die Geschwindigkeit von 115200 Baud ausgewählt haben, und falls der Port gar nicht erscheint, installieren Sie den CH340C-Treiber für Ihr Betriebssystem.

Das Hochladen des Programms schlägt fehl oder bleibt am Anfang hängen: Halten Sie die BOOT-Taste genau in dem Moment gedrückt, in dem die Arduino IDE mit dem Upload beginnt, und lassen Sie sie nach einigen Sekunden los, oder verwenden Sie ein USB-C-Kabel mit Datenleitungen, nicht nur ein Ladekabel.

Die Platine setzt sich selbst zurück oder zeigt die Brownout-Meldung genau dann an, wenn das WiFi startet: Die fast sichere Ursache ist eine Stromquelle oder ein USB-Kabel, das die Stromspitze von bis zu 500 mA nicht liefern kann, versuchen Sie einen anderen USB-Port an der Rückseite des Computers oder ein separates 5V-1A-Netzteil.

Der Access Point ESP32-TEST erscheint nicht in der WiFi-Netzwerkliste des Telefons: Warten Sie einige Sekunden nach dem Start, überprüfen Sie, ob das Telefon im 2,4-GHz-Band nach Netzwerken sucht und ob sich die Platine nicht wegen zu schwacher Stromversorgung zurückgesetzt hat.

Die Seite unter der Adresse 192.168.4.1 lädt nicht, obwohl das Telefon mit dem Netzwerk verbunden ist: Deaktivieren Sie vorübergehend die mobilen Daten des Telefons, da manche Telefone versuchen, das Internet statt des von der Platine erstellten lokalen Netzwerks zu verwenden.

Einschränkungen und Tipps:

Die Platine funktioniert an allen Datenpins nur mit 3,3V, und das direkte Anlegen von 5V an einen GPIO-Pin kann das ESP32-Modul zerstören, verwenden Sie Logikpegel-Wandler für Sensoren oder Module mit 5V. Der 4 MB große Flash-Speicher und die 520 KB SRAM reichen für die meisten IoT-Projekte aus, aber Anwendungen, die WiFi, Bluetooth und intensive Grafikverarbeitung kombinieren, können an die Grenze des verfügbaren RAM-Speichers stoßen. Ausgehend von diesem Test kann die Platine mit Sensoren über I2C oder SPI, Relaismodulen für Automatisierungen erweitert werden, oder Daten über WiFi an einen Cloud-Server senden, indem dasselbe lokale Netzwerk anstelle des Access-Point-Modus verwendet wird.