ESP32-CAM fejlesztőpanel, WiFi, Bluetooth, OV5640 5 MP

Az ESP32-CAM fejlesztőlap 5MP-es OV5640 kamerával egy beépített kamerával rendelkező ESP32 fejlesztőmodul, amellyel képeket rögzíthetünk és továbbíthatunk WiFi-n keresztül, külön kiegészítő alkatrészek nélkül. Ez a leírás magát az ESP32-CAM AI-Thinker lapot használja platformként az Arduino IDE-vel együtt, hogy feltöltsünk egy programot, amely elindítja a kamerát, és egy egyszerű videófolyamot szolgáltat egy belső webszerveren keresztül.

Mivel a lapnak nincs saját USB portja, a program feltöltéséhez külső, FT232 típusú USB-soros adapterre van szükség, amelyet a lap soros lábaihoz csatlakoztatunk.

Hogyan működik:

Az OV5640 szenzor a képet a 8 párhuzamos adatvonalon (D0-D7) rögzíti, amelyeket az XCLK, PCLK, VSYNC és HREF jelek szinkronizálnak. A szenzor beállítása (felbontás, expozíció, fehéregyensúly) a SIOD és SIOC vonalakon keresztül, I2C/SCCB kapcsolaton történik. A szenzor JPEG formátumba tömöríti a képet, mielőtt az ESP32 átvenné, ami jelentősen csökkenti az adatmennyiséget a nyers képhez képest.

SVGA felbontásnál (800 x 600 pixel) egy JPEG képkocka mérete a jelenettől és a kódban megadott minőségi szinttől függően körülbelül 20 - 50 KB. Ha egy tipikus, néhány száz KB/s sebességű helyi WiFi sávszélességet elosztunk ezzel a képkockamérettel, akkor másodpercenként néhány képkockás folyam adódik. Ez elegendő videós megfigyeléshez, de jóval elmarad a szenzor 2592 x 1944 pixeles maximális képességétől, amelyet az egyedi fényképek számára tartogatunk.

Csatlakoztatás:

A lap programozása egy FT232 adapterrel történik, amelyet az ESP32-CAM soros lábaihoz csatlakoztatunk. Az adapter feszültség-jumperét 5V-ra kell állítani, az IO0 lábat pedig csak a kód feltöltése idejére kötjük ideiglenesen GND-re.

Lap és könyvtárak:

Az Arduino IDE-ben nyissa meg a File - Preferences menüt, és az Additional Boards Manager URLs mezőbe írja be a https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json címet. Ezután nyissa meg a Tools - Board - Boards Manager menüt, keressen rá az esp32 kifejezésre, és telepítse az esp32 by Espressif Systems csomagot.

A telepítés után válassza ki az AI Thinker ESP32-CAM lapot a Tools - Board - ESP32 Arduino menüből.

Nem szükséges további könyvtárat telepíteni, mivel az esp_camera.h és a WiFi.h automatikusan települ az esp32 by Espressif Systems csomaggal.

A kód:

Az alábbi kód inicializálja a kamerát az AI-Thinker lap lábkiosztásával, csatlakozik a WiFi hálózathoz, és a videófolyamot a 80-as porton csatlakozó bármely kliensnek elküldi.

/*
  ESP32-CAM (AI-Thinker) with OV5640 5MP camera - WiFi video stream example
  Board: "AI Thinker ESP32-CAM" (Tools > Board > ESP32 Arduino)
  Board package: esp32 by Espressif Systems, installed from Boards Manager
  Boards Manager URL: https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
  Libraries: esp_camera.h and WiFi.h, both included with the esp32 package, no extra library required
  Upload wiring: FT232 VCC->5V, FT232 GND->GND, FT232 TXD->U0R, FT232 RXD->U0T, IO0 bridged to GND only during upload
*/
#include "esp_camera.h"
#include <WiFi.h>
// ---- Wi-Fi credentials ----
const char* ssid = "YOUR_WIFI_SSID";
const char* password = "YOUR_WIFI_PASSWORD";
// ---- AI-Thinker camera pin map ----
#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
WiFiServer server(80);
void startCamera() {
  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_sscb_sda = SIOD_GPIO_NUM;
  config.pin_sscb_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;
  if (psramFound()) {
    config.frame_size = FRAMESIZE_SVGA;   // 800x600, good balance for streaming
    config.jpeg_quality = 12;             // lower number = higher quality, bigger file
    config.fb_count = 2;
  } else {
    config.frame_size = FRAMESIZE_CIF;
    config.jpeg_quality = 15;
    config.fb_count = 1;
  }
  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");
}
void sendStreamToClient(WiFiClient &client) {
  client.println("HTTP/1.1 200 OK");
  client.println("Content-Type: multipart/x-mixed-replace; boundary=frame");
  client.println();
  while (client.connected()) {
    camera_fb_t * fb = esp_camera_fb_get();
    if (!fb) {
      Serial.println("Frame capture failed");
      break;
    }
    client.println("--frame");
    client.println("Content-Type: image/jpeg");
    client.printf("Content-Length: %u\n\n", fb->len);
    client.write(fb->buf, fb->len);
    client.println();
    esp_camera_fb_return(fb);
    if (!client.connected()) break;
  }
}
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println();
  startCamera();
  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());
  Serial.println("Open this address in a browser to view the live stream");
  server.begin();
}
void loop() {
  WiFiClient client = server.available();
  if (client) {
    Serial.println("New client connected");
    sendStreamToClient(client);
    client.stop();
    Serial.println("Client disconnected");
  }
}

Hogyan működik a kód:

A fájl elején a WiFi hálózat adatai (ssid, password) és a kamera lábai vannak megadva az AI-Thinker lapnak megfelelően (PWDN_GPIO_NUM, XCLK_GPIO_NUM, Y2_GPIO_NUM - Y9_GPIO_NUM, VSYNC_GPIO_NUM, HREF_GPIO_NUM, PCLK_GPIO_NUM, SIOD_GPIO_NUM, SIOC_GPIO_NUM).

A startCamera függvény kitölti a camera_config_t struktúrát ezekkel a lábakkal, kiválasztja a FRAMESIZE_SVGA felbontást és két képkockapuffert, ha a lapon elérhető a PSRAM, majd meghívja az esp_camera_init függvényt, és a Serial monitoron kiírja, hogy az inicializálás sikerült-e.

A sendStreamToClient függvény a csatlakoztatott kliensnek multipart/x-mixed-replace típusú HTTP fejlécet küld. Ezután, amíg a kliens csatlakozva marad, az esp_camera_fb_get függvénnyel átvesz egy-egy JPEG képkockát, elküldi a kapcsolaton keresztül, és az esp_camera_fb_return függvénnyel felszabadítja.

A setup függvényben inicializáljuk a soros portot, elindítjuk a kamerát, megvárjuk a WiFi hálózathoz való csatlakozást, és kiírjuk a kapott IP-címet, majd a WiFiServer szervert elindítjuk a 80-as porton. A loop függvényben a lap új kliensre vár, és a sendStreamToClient segítségével elküldi neki a videófolyamot.

Eredmény:

Nyissa meg a Serial Monitort 115200 baud sebességgel. A kamera inicializálása és a hálózathoz való csatlakozás után megjelenik a lap IP-címe, és ha ezt a címet megnyitja egy böngészőben, megjelenik a kamera élő videófolyama.

Camera initialized
Connecting to WiFi.....
WiFi connected, IP address: 192.168.0.114
Open this address in a browser to view the live stream
New client connected
Client disconnected
New client connected
Client disconnected

Gyakori problémák:

Ha a Serial Monitor nem jelenít meg semmit, ellenőrizze, hogy a kiválasztott sebesség 115200 baud, és hogy a feltöltés után, a RESET megnyomása előtt eltávolította az IO0 és a GND közötti összeköttetést.

Ha indításkor hibaüzenet jelenik meg a kamera inicializálásakor (camera init failed), ellenőrizze, hogy a kamera flex szalagkábele jól rögzítve van az FPC csatlakozóban, és hogy a hűtőborda felszerelésekor nem mozdult el.

Ha a lap magától újraindul, vagy brownout üzenetek jelennek meg a Serial Monitorban, a tápforrás túl gyenge. Cserélje le egy legalább 2A-es, 5V-os tápra, amelyet közvetlenül az 5V lábra csatlakoztat.

Ha a lap nem csatlakozik a WiFi hálózathoz, ellenőrizze, hogy helyesen adta-e meg a hálózat nevét és a jelszót, és hogy a WiFi jel elég erős-e azon a helyen, ahol a lap el van helyezve.

Ha a kép nagyon sötét vagy zajos, biztosítson jobb fényforrást a jelenetben, mivel a kamerának a vakuLED-en kívül nincs saját megvilágítása.

Ha a kód feltöltése a laphoz való csatlakozás sikertelenségét jelző üzenetekkel meghiúsul, készítse el újra az IO0-GND áthidalást, és nyomja meg újra a RESET gombot pontosan abban a pillanatban, amikor az Arduino IDE megkezdi a feltöltést.

Korlátok és tippek:

Az OV5640 kamera az 5MP-es maximális felbontást csak egyedi fényképeknél éri el. Folyamatos streameléshez kisebb felbontások, például SVGA vagy HD ajánlottak, hogy a másodpercenkénti képkockák száma ésszerű maradjon.

A lapnak nincs saját USB portja, ezért a programozáshoz mindig külső USB-soros adapterre van szükség, az autofókuszos változat hiányában pedig a kamera fix fókusszal működik.

A szenzor működés közben érezhetően felmelegszik, ezért a lap nem ajánlott folyamatos, 24/7 videóstreamelésre, hanem megfigyelésre és időszakos felvételekre, felszerelt hűtőbordával és biztosított szellőzéssel.

Erre az összeállításra olyan projektek építhetők, mint a WiFi-s térfigyelő kamerák, a microSD kártyára képeket mentő megfigyelőállomások, vagy az egyszerű objektumfelismerő rendszerek, amelyek a képfeldolgozást külső szerveren végzik.