ESP32-CAM fejlesztőpanel CH340G-vel, WiFi-vel, Bluetooth-szal, OV5640 5 MP-vel

Az ESP32-CAM fejlesztőpanel 5 MP-es OV5640 kamerával egy teljes értékű ESP32 fejlesztőpanel, amelyen mikrovezérlő, kamera, microSD kártyafoglalat és antenna kapott helyet ugyanazon a panelen. Videostreaming, megfigyelés, eseményvezérelt fényképezés és más IoT projektek számára készült, amelyeknél a képet WiFi-n keresztül kell eljuttatni egy telefonra, számítógépre vagy helyi szerverre.

Mivel ESP32 panelről van szó, a bemutató közvetlenül az ESP32-CAM panelt használja, amelyet az Arduino IDE-ben "AI Thinker ESP32-CAM" néven programozunk a készletben található CH340G programozómodullal együtt. Másik fejlesztőpanelre nincs szükség.

Hogyan működik:

Az OV5640 kamera a képet 8 bites párhuzamos buszon (D0-D7 lábak) küldi az ESP32-nek, a PCLK, VSYNC és HREF szinkronjelek, valamint az I2C-kompatibilis SCCB busz (SIOD/SIOC) kíséretében, amelyen keresztül a mikrovezérlő beállítja az érzékelő felbontását, expozícióját és fehéregyensúlyát. Az ESP32 a képkockákat a külső 4 MB-os PSRAM memóriába olvassa be, a beépített hardveres kódolóval JPEG formátumba tömöríti, majd egy WiFi-n elindított HTTP szerveren keresztül teszi elérhetővé a routertől kapott IP-címen.

A kódban választott felbontás, például SVGA (800x600) vagy VGA (640x480), meghatározza az egyes JPEG képkockák méretét, így a WiFi-n keresztüli átviteli sebességet is. Ezért folyamatos videófolyamhoz kisebb felbontást használunk, az OV5640 érzékelő maximális, 2592x1944 (5 MP) felbontását pedig csak különálló fényképekhez.

Csatlakoztatás:

Az ESP32-CAM panelt külön tápláljuk 5 V-ról, a programozás pedig a CH340G programozómodulon keresztül történik, amely a panel soros lábait a számítógép USB portjához köti.

A panel teljes elektronikája 3.3 V-on működik, a CH340G programozómodul pedig ugyanezt a logikai szintet használja a soros lábakon, ezért a két panel között nincs szükség szintillesztőre. Az ESP32-CAM panel VCC lába 3.3 V-os vagy 5 V-os kimenet, és nem szabad a panel táplálására használni. Az OV5640 kamera stabil működéséhez kötelező az 5 V-os, legalább 2 A-es tápellátás. A számítógép USB adaptere gyakran nem elegendő a normál üzemhez, bár ideiglenesen, csak programozásra használható.

Panel és könyvtárak:

Válassza ki az "AI Thinker ESP32-CAM" panelt a Tools > Board menüből, miután telepítette az "esp32 by Espressif Systems" csomagot a Tools > Board > Boards Manager menüpontból. Ha a csomag nem jelenik meg a listában, adja hozzá a https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json címet a File > Preferences ablakban, az Additional Boards Manager URLs mezőben.

Nem kell további könyvtárat telepíteni a Library Managerből. Az esp_camera.h, a WiFi.h és a WebServer.h könyvtárak a fent telepített esp32 csomag részei.

A kód:

A kód inicializálja a kamerát az AI Thinker modell lábkiosztásával, csatlakozik a WiFi hálózathoz, és elindít egy egyszerű HTTP szervert egy főoldallal és egy címmel, ahonnan JPEG formátumú fénykép tölthető le.

/*
  ESP32-CAM OV5640 5MP - simple snapshot web server
  Board: AI Thinker ESP32-CAM (install package "esp32 by Espressif Systems" from Boards Manager,
  Additional Boards Manager URL: https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json)
  Libraries: none to install separately, esp_camera.h, WiFi.h and WebServer.h are part of the esp32 board package
  Wiring: camera and microSD pins are fixed on board, programming uses U0R, U0T, IO0 and GND
  through the included ESP32-CAM-MB CH340G programmer, power is supplied on the 5V/GND pins
*/
#include "esp_camera.h"
#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
// Camera pin map for the AI Thinker ESP32-CAM board
#define PWDN_GPIO_NUM     32
#define RESET_GPIO_NUM    -1
#define XCLK_GPIO_NUM      0
#define SIOD_GPIO_NUM     26
#define SIOC_GPIO_NUM     27
#define Y9_GPIO_NUM       35
#define Y8_GPIO_NUM       34
#define Y7_GPIO_NUM       39
#define Y6_GPIO_NUM       36
#define Y5_GPIO_NUM       21
#define Y4_GPIO_NUM       19
#define Y3_GPIO_NUM       18
#define Y2_GPIO_NUM        5
#define VSYNC_GPIO_NUM    25
#define HREF_GPIO_NUM     23
#define PCLK_GPIO_NUM     22
#define FLASH_LED_GPIO_NUM 4
// WiFi credentials, replace with your own network
const char* ssid = "YOUR_WIFI_SSID";
const char* password = "YOUR_WIFI_PASSWORD";
WebServer server(80);
// Serve a simple HTML page with a link to the snapshot
void handleRoot() {
  String html = "<html><body><h1>ESP32-CAM OV5640</h1>";
  html += "<p><a href=\"/capture\">Get snapshot</a></p></body></html>";
  server.send(200, "text/html", html);
}
// Capture one JPEG frame and send it to the browser
void handleCapture() {
  camera_fb_t *fb = esp_camera_fb_get();
  if (!fb) {
    Serial.println("Camera capture failed");
    server.send(503, "text/plain", "Camera capture failed");
    return;
  }
  server.sendHeader("Content-Disposition", "inline; filename=capture.jpg");
  server.send_P(200, "image/jpeg", (const char *)fb->buf, fb->len);
  esp_camera_fb_return(fb);
  Serial.printf("Snapshot sent, size %u bytes\n", fb->len);
}
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println();
  // Flash LED pin kept off at startup
  pinMode(FLASH_LED_GPIO_NUM, OUTPUT);
  digitalWrite(FLASH_LED_GPIO_NUM, LOW);
  // Camera configuration structure
  camera_config_t config;
  config.ledc_channel = LEDC_CHANNEL_0;
  config.ledc_timer = LEDC_TIMER_0;
  config.pin_d0 = Y2_GPIO_NUM;
  config.pin_d1 = Y3_GPIO_NUM;
  config.pin_d2 = Y4_GPIO_NUM;
  config.pin_d3 = Y5_GPIO_NUM;
  config.pin_d4 = Y6_GPIO_NUM;
  config.pin_d5 = Y7_GPIO_NUM;
  config.pin_d6 = Y8_GPIO_NUM;
  config.pin_d7 = Y9_GPIO_NUM;
  config.pin_xclk = XCLK_GPIO_NUM;
  config.pin_pclk = PCLK_GPIO_NUM;
  config.pin_vsync = VSYNC_GPIO_NUM;
  config.pin_href = HREF_GPIO_NUM;
  config.pin_sccb_sda = SIOD_GPIO_NUM;
  config.pin_sccb_scl = SIOC_GPIO_NUM;
  config.pin_pwdn = PWDN_GPIO_NUM;
  config.pin_reset = RESET_GPIO_NUM;
  config.xclk_freq_hz = 20000000;
  config.pixel_format = PIXFORMAT_JPEG;
  // Use a larger frame and double buffering when PSRAM is available
  if (psramFound()) {
    config.frame_size = FRAMESIZE_SVGA;
    config.jpeg_quality = 12;
    config.fb_count = 2;
  } else {
    config.frame_size = FRAMESIZE_VGA;
    config.jpeg_quality = 15;
    config.fb_count = 1;
  }
  // Initialize the camera
  esp_err_t err = esp_camera_init(&config);
  if (err != ESP_OK) {
    Serial.printf("Camera init failed with error 0x%x\n", err);
    return;
  }
  Serial.println("Camera initialized");
  // Connect to WiFi
  WiFi.begin(ssid, password);
  Serial.print("Connecting to WiFi");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();
  Serial.print("WiFi connected, IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  // Register HTTP routes and start the server
  server.on("/", handleRoot);
  server.on("/capture", handleCapture);
  server.begin();
  Serial.println("HTTP server started");
  Serial.println("Open the IP address above in a browser, then click Get snapshot");
}
void loop() {
  server.handleClient();
}

Hogyan működik a kód:

A fájl elején a kamera lábainak konstansai vannak definiálva: PWDN_GPIO_NUM, RESET_GPIO_NUM, XCLK_GPIO_NUM, SIOD_GPIO_NUM, SIOC_GPIO_NUM, Y2_GPIO_NUM-Y9_GPIO_NUM, VSYNC_GPIO_NUM, HREF_GPIO_NUM és PCLK_GPIO_NUM, az AI Thinker panelen használt rögzített értékekkel, továbbá a FLASH_LED_GPIO_NUM a GPIO4-en lévő LED-hez. Az ssid és password változókat a WiFi hálózat adataival kell kitölteni, a WebServer típusú server objektum pedig a 80-as porton jön létre.

A setup függvényben, a soros kommunikáció elindítása után, a camera_config_t struktúra feltöltődik a kamera lábaival, a PIXFORMAT_JPEG képformátummal, valamint a psramFound eredményétől függően FRAMESIZE_SVGA felbontással és két képkocka-pufferrel, ha a panelen van PSRAM, ellenkező esetben FRAMESIZE_VGA felbontással és egyetlen pufferrel. Az esp_camera_init függvény elindítja a kamerát, hiba esetén pedig az üzenet megjelenik a Serial-on. Ezután a WiFi.begin segítségével csatlakozik a WiFi-hez, ciklusban várakozik, amíg a WiFi.status értéke WL_CONNECTED nem lesz, majd a server.begin elindítása előtt regisztrálja a két útvonalat: a handleRoot a főoldalhoz, a handleCapture pedig a fényképhez tartozik.

A handleCapture függvény új képkockát kér az esp_camera_fb_get segítségével, a server.send_P-vel elküldi a böngészőnek image/jpeg típussal, majd az esp_camera_fb_return-nel felszabadítja a képkocka memóriáját. A loop függvényben a server.handleClient hívása folyamatosan történik, hogy válaszoljon a HTTP-n érkező kérésekre.

Eredmény:

A Soros Monitoron, 115200 baud sebességnél, látható a WiFi hálózathoz való csatlakozás és a panel által kapott IP-cím, majd a HTTP szerver elindulásának megerősítése. Ha egy böngészőben megnyitjuk a kiírt IP-címet a /capture végződéssel, letöltődik egy fénykép, amelyet az OV5640 kamera abban a pillanatban készített.

Camera initialized
Connecting to WiFi.......
WiFi connected, IP address: 192.168.0.115
HTTP server started
Open the IP address above in a browser, then click Get snapshot
Snapshot sent, size 48213 bytes
Snapshot sent, size 51042 bytes

Gyakori problémák:

Semmi sem jelenik meg a Soros Monitoron: ellenőrizze, hogy a Soros Monitorban a kiválasztott sebesség 115200 baud, és hogy a programozómodul helyesen van csatlakoztatva, az U0R és az U0T nincs felcserélve.

A kód feltöltése csatlakozási vagy szinkronizálási hibaüzenettel meghiúsul: tartsa nyomva a Download gombot, vagy kösse a GPIO0 lábat a GND-re a feltöltés megkezdése előtt, és ellenőrizze, hogy a Tools > Flash Mode menüben a Flash Mode DIO van kiválasztva.

A kamera nem indul el, és inicializálási hiba jelenik meg a Serial-on: ellenőrizze az 5 V-os, legalább 2 A-es tápellátást, mert egy gyenge tápegység újraindulásokat (brownout) okoz a kamera inicializálásakor.

A kép fehér, sötét vagy csíkos: hagyja a kamerát néhány másodpercig automatikusan beállítani az expozíciót és a fehéregyensúlyt, és ellenőrizze, hogy a kamera FPC szalagkábele helyesen van a csatlakozóban.

A panel magától újraindul streaming közben: csökkentse a felbontást és a JPEG minőségét a kódban, és ellenőrizze ismét a tápegységet, mert a 300 mA feletti csúcsfogyasztás gyenge tápegységgel ismétlődő újraindulásokat okoz.

A kamera tapintásra nagyon forró: ez az OV5640 érzékelő normális viselkedése, de feltétlenül szereljen hűtőbordát a hátoldalára, és kerülje a hosszú ideig tartó folyamatos streamelést.

Korlátok és tippek:

Az OV5640 érzékelő 5 MP-es maximális felbontása fényképekhez hasznos, folyamatos streaminghez nem, ahol a WiFi-n keresztüli átviteli sebesség és a PSRAM memória gyakorlatilag SVGA vagy HD felbontásra korlátozza a képet. A modul nem ajánlott megszakítás nélküli 24/7 működésre, az időszakos felvételeket készítő projektekben pedig érdemes a kamerát a képek között a GPIO32 segítségével kikapcsolni, hogy csökkenjen a melegedés és a fogyasztás. Ebből a kódból kiindulva a panel bővíthető mentéssel a microSD kártyára, mozgásérzékeléssel egy külső PIR érzékelővel az egyik szabad lábon, vagy beépíthető egy nagyobb, több ESP32-CAM kamerát használó megfigyelőrendszerbe.