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

Az ESP32-DevKitC fejlesztői kártya az ESP32-WROOM-32D modullal maga a projekt központi mikrokontrollere, nem egy másik kártya mellé illesztett bővítőmodul, ezért ez az oktatóanyag magát ezt a kártyát használja, és bemutatja, hogyan ellenőrizhetitek gyorsan a modulba épített WiFi rádiót, mielőtt áttérnétek olyan projektekre, amelyek ténylegesen csatlakoznak egy hálózathoz vagy felhőszolgáltatásokhoz.

Az oktatóanyagban használt platform az ESP32-DevKitC kártya ESP32-WROOM-32D modullal, amelyet az Arduino IDE-ből programozunk az Espressif ESP32 kártyacsomagjával. A teszthez nincs szükség semmilyen szenzorra vagy külső modulra, csak a kártyára és egy USB Type-C kábelre a számítógéphez.

Hogyan működik:

Az ESP32-WROOM-32D modul egy 802.11 b/g/n WiFi rádiót tartalmaz, amely működhet egy meglévő hálózathoz csatlakozó állomásként is, és saját hozzáférési pontként is. Ebben a tesztben a WiFi.scanNetworks() függvény állomás módba kapcsolja a rádiót, és kereső kéréseket küld a 2.4 - 2.5 GHz-es sáv csatornáin, minden talált hálózatnál megmérve a vett jel erősségét, az RSSI-t, dBm-ben kifejezve, ami egy negatív érték, ahol a 0-hoz közelebbi számok erősebb jelet jelentenek, például a -40 dBm nagyon jó jel, míg a -85 dBm már közel van a vételi határhoz.

A WiFi.scanNetworks() függvénnyel indított keresés blokkoló jellegű, vagyis a program megvárja, amíg ez befejeződik, mielőtt folytatná a futást, az időtartam pedig néhány száz milliszekundumtól valamivel egy másodperc fölé terjedhet, attól függően, hány hálózat van a környéken és hány csatornát kell lefedni.

Az ESP32-WROOM-32D modul adatlapja szerint az átlagos fogyasztás körülbelül 80 mA, viszont a rádiós adás pillanataiban, mint amilyen minden WiFi keresés kezdete, akár 300 mA körüli áramcsúcsok is megjelenhetnek, ezért a gyártó legalább 500 mA leadására képes tápegység használatát javasolja. Ha a használt USB port vagy kábel belső ellenállása nagy, ezek az áramcsúcsok rövid feszültségesést okozhatnak a 3V3 lábon, ami elég lehet ahhoz, hogy a brownout áramkör újraindítsa a kártyát, különösen gyengébb USB 2.0 portok vagy saját tápellátás nélküli hubok esetén.

Mire van szükséged:

• 1 x ESP32-DevKitC fejlesztői kártya, ESP32-WROOM-32D, 38P
• 1 x USB kábel kijelzővel, PD, QC4.0, Type-C - Type-C, 100W
• 1 x 120 db elektrolit kondenzátor készlet, 0.22-470uF

Bekötés:

Ehhez a teszthez nincs szükség semmilyen csatlakozásra a GPIO lábakon, a kártya csak az ESP32-WROOM-32D modulba épített WiFi rádiót használja, az egyetlen szükséges kapcsolat az USB Type-C kábel a kártya és a számítógép között, amelyet egyszerre használunk a kártya 5 VDC-vel történő tápellátására, a programozásra és az eredmények megjelenítésére a soros monitoron. Ha a használt USB port nem tud legalább 500 mA-t biztosítani, vagy a kábel ellenállása nagy, kössetek a kártyán lévő 3V3 és GND lábak közé egy 100 - 470 uF kapacitású elektrolit kondenzátort, a lehető legközelebb a modulhoz, hogy pufferelje a keresés közben fellépő áramcsúcsokat.

A kód:

A program állomás módba kapcsolja a WiFi rádiót, ötpercenként... nem, ötmásodpercenként indít egy blokkoló keresést a közeli hálózatok között, és kiírja a soros portra az SSID nevet és az RSSI jelerősséget minden talált hálózathoz.

// 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
}

Hogyan működik a kód:

A setup függvényben a Serial.begin inicializálja a soros kommunikációt 115200 baud sebességgel, majd a WiFi.mode(WIFI_STA) állomás módba állítja a rádiót, ami a kereséshez szükséges, a WiFi.disconnect() pedig biztosítja, hogy a kártya ne maradjon kapcsolódva egy korábbi hálózathoz a teszt kezdete előtt.

A loop függvényben a WiFi.scanNetworks() elindítja a keresést, és a networksFound változóba visszaadja a talált hálózatok számát. Ha a networksFound értéke 0, megjelenik az üzenet, hogy nem talált egyetlen hálózatot sem, egyébként egy for ciklus végigmegy minden talált hálózaton, és mindegyiknél kiírja a nevet a WiFi.SSID(i) segítségével, valamint a jelerősséget a WiFi.RSSI(i) segítségével, dBm-ben kifejezve.

Minden ciklus végén a delay(5000) öt másodpercre megállítja a végrehajtást, mielőtt megismétlődne a keresés, ezzel elkerülve mind a processzor és a soros port felesleges terhelését, mind az ismétlődő áramcsúcsokat nagyon rövid időközönként.

Eredmény:

A Serial Monitorban, 115200 baud sebességre állítva, ötmásodpercenként megjelenik a közelben talált WiFi hálózatok listája, mindegyiknél a névvel és a jelerősséggel.

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)

Gyakori problémák:

A kártya a WiFi keresés közben újraindul vagy visszaáll, ennek oka általában egy olyan USB port vagy kábel, amely nem tudja fenntartani a rádiós adás által igényelt körülbelül 300 mA-es áramcsúcsot, a megoldás egy legalább 2 A leadására képes USB 3.0 portra vagy egy külön USB töltőre való csatlakozás, egy jó minőségű, adatátvitelre alkalmas USB Type-C kábel használata, és ha a probléma továbbra is fennáll, egy 100 - 470 uF kapacitású elektrolit kondenzátor hozzáadása a 3V3 és GND lábak közé, a modul mellett.

Ha semmi nem jelenik meg a soros monitoron, ellenőrizzétek, hogy a Serial Monitorban kiválasztott sebesség 115200 baud, és hogy a kiválasztott COM port az ESP32-DevKitC kártyáé.

Ha a megjelenő üzenet mindig No networks found, annak ellenére, hogy a telefon lát hálózatokat a közelben, ellenőrizzétek, hogy az adott hálózat a 2.4 GHz-es sávon működik-e, mivel az ESP32-WROOM-32D modul nem tud keresni hálózatokat az 5 GHz-es sávon.

Ha egy ismert hálózat nem jelenik meg a listában, annak ellenére, hogy a jel jó, ellenőrizzétek, hogy a router ki van-e kapcsolva az SSID közvetítése szempontjából, mert ebben az esetben a rejtett hálózat nem jelenik meg egy szabványos keresésnél.

Ha a kártyát a számítógép nem ismeri fel csatlakozáskor, telepítsétek a CP2102 híd illesztőprogramját a chip gyártójának weboldaláról, és próbáljatok ki egy másik USB Type-C kábelt, amely támogatja az adatátvitelt, nem csak a töltést.

Ha a program feltöltése nem indul el, a kártya nincs Boot módban, húzzátok ki a kábelt, tartsátok lenyomva a BOOT gombot, csatlakoztassátok újra a kábelt, és indítsátok újra a feltöltést az Arduino IDE-ből.

Korlátok és tanácsok:

Az ESP32-WROOM-32D modul csak a 2.4 GHz-es sávon keres és csatlakozik, 5 GHz-es sávot nem támogat. A WiFi.scanNetworks() függvény blokkoló jellegű, és a keresés teljes időtartama alatt leköti a processzort, ezért egy összetettebb projektben a keresést körültekintően kell elhelyezni a valós idejű feladatok mellett. A stabil működéshez az USB Type-C porthoz vagy az 5V lábakhoz csatlakoztatott tápegységnek legalább 500 mA-t kell tudnia biztosítani csúcsterhelés esetén, nem csak átlagosan. Ebből a tesztből kiindulva a kártya tovább bővíthető úgy, hogy ténylegesen csatlakozzon egy WiFi hálózathoz állomásként, saját hozzáférési pontot hozzon létre, vagy olyan projektekhez, amelyek adatokat küldenek felhőszolgáltatásokhoz MQTT vagy HTTP protokollon keresztül.