ESP32 fejlesztőkártya, CH340C, 30P, USB-C, WiFi és Bluetooth

Az ESP32-WROOM-32D fejlesztőpanel CH340C-vel és USB-C csatlakozóval egy teljes platform, beépített processzorral, WiFi-vel és Bluetooth-tal, így ez az oktatóanyag magát a panelt használja, kiegészítő fejlesztőpanel nélkül. A cél az, hogy üzembe helyezzétek első alkalommal és ellenőrizzétek, hogy a WiFi rádió megfelelően működik-e, elindítva egy hozzáférési pontot (Access Point), amelyhez egy telefon vagy laptop csatlakozhat.

Hogyan működik:

Az ESP32-WROOM-32D modul képes WiFi hozzáférési pontként (Access Point) működni, létrehozva saját hálózatát router nélkül, amelyhez más eszközök közvetlenül csatlakozhatnak. Ebben a módban a panel automatikusan hozzárendeli a 192.168.4.1 IP-címet a saját webszerveréhez, és bármely telefon vagy laptop, amely csatlakozott a létrehozott hálózathoz, megnyithatja ezt a címet egy böngészőben, hogy lássa a panel által generált oldalt. Az esp_wifi_ap_get_sta_list függvény kiolvassa a WiFi driverből a csatlakozott kliensek listáját és a mindegyiktől vett jel erősségét, dBm-ben kifejezve, egy tipikus érték -40 dBm (erős jel, közel a panelhez) és -80 dBm (gyenge jel, nagy távolságban) között van. A teszt kiolvassa a panel utolsó újraindításának okát is, ami hasznos annak megfigyelésére, hogy a tápegység túl gyenge-e, ebben az esetben megjelenik a brownout üzenet.

Mire van szükséged:

• 1 x ESP32 Fejlesztőpanel, CH340C, 30P, USB-C, WiFi és Bluetooth
• 1 x Smart Charge adatkábel, USB - USB-C, Fast Charging
• 1 x 5V 1A USB tápegység

Csatlakoztatás:

Ehhez a teszthez nem kell csatlakoztatni semmilyen szenzort vagy külső modult, a panel csak a beépített WiFi rádiót használja. Az egyetlen szükséges csatlakozás a tápellátás és az adatkapcsolat az USB-C porton keresztül, a számítógéphez programozáshoz vagy egy 5V-os tápegységhez önálló működéshez.

Panel és könyvtárak:

Az Arduino IDE-ben válasszátok ki a Tools - Board menüből az ESP32 Dev Module panelt, amelyet az Espressif Systems esp32 csomagja biztosít, és amelyet a Boards Manager-ből kell telepíteni. Ha a csomag nem jelenik meg a listában, adjátok hozzá a File - Preferences menüben, az Additional Boards Manager URLs mezőben, a https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_index.json címet, majd keressétek meg az esp32-t a Boards Manager-ben. Az alábbi kódhoz nincs szükség semmilyen manuálisan telepített könyvtárra, csak a WiFi.h és WebServer.h fájlokat használja, amelyeket az esp32 Arduino csomag automatikusan tartalmaz.

A kód:

A program elindítja a panelt Access Point módban, futtat egy kis webszervert a 192.168.4.1 címen, és megjeleníti a soros monitoron a kapcsolatok állapotát és az utolsó újraindítás okát.

/*
  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");
  }
}

Hogyan működik a kód:

A definíciók részben az apSsid és apPassword meghatározza a panel által létrehozott hálózat nevét és jelszavát, az apChannel pedig rögzíti a hozzáférési pont által használt 2.4 GHz-es WiFi csatornát. A server objektum, WebServer típusú, kezeli a 80-as porton érkező kéréseket. A resetReasonText függvény az utolsó újraindítás belső kódját lefordítja egy könnyen olvasható szöveggé, beleértve a brownout figyelmeztetést is, amikor a tápegység túl gyenge. A stationReport függvény lekérdezi a csatlakozott kliensek listáját az esp_wifi_ap_get_sta_list segítségével, és felépít egy szöveget minden kliens MAC-címével és jelerősségével (RSSI). A handleRoot függvény felépíti a böngészőnek küldött HTML oldalt, tartalmazva a kliensek jelentését és a működési időt. A setup-ban a panel elindítja a soros kommunikációt, megjeleníti az utolsó újraindítás okát, aktiválja a WIFI_AP módot, elindítja a hozzáférési pontot a WiFi.softAP segítségével, majd a webszervert a server.begin segítségével. A loop-ban a server.handleClient feldolgozza a beérkező kéréseket, és minden 5 másodpercben a panel megjeleníti a soros monitoron a működési időt és a szabad RAM memóriát, ami hasznos az esetleges tápellátási problémák megfigyelésére.

Eredmény:

Nyissátok meg a soros monitort 115200 baud sebességen, látni fogjátok az indítási üzenetet, a hozzáférési pont IP-címét, majd egy jelentést minden 5 másodpercben. Csatlakoztassatok egy telefont az ESP32-TEST hálózathoz a 12345678 jelszóval, és nyissátok meg böngészőben a 192.168.4.1 címet, az oldalnak meg kell jelenítenie a megerősítő üzenetet és a panel által a telefontól vett jel erősségét.

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

Gyakori problémák:

Nem jelenik meg semmi a soros monitoron: ellenőrizzétek, hogy a megfelelő COM portot és a 115200 baud sebességet választottátok-e, és ha a port egyáltalán nem jelenik meg, telepítsétek a CH340C drivert a használt operációs rendszerhez.

A program feltöltése sikertelen vagy megakad az elején: tartsátok lenyomva a BOOT gombot pontosan abban a pillanatban, amikor az Arduino IDE elkezdi a feltöltést, majd engedjétek el néhány másodperc múlva, vagy használjatok egy olyan USB-C kábelt, amelyik adatvezetékekkel is rendelkezik, nem csak töltésre alkalmasat.

A panel magától újraindul vagy brownout üzenetet jelenít meg pontosan amikor a WiFi elindul: szinte biztos az oka egy olyan tápegység vagy USB kábel, amely nem tudja biztosítani a 500 mA-ig terjedő áramcsúcsot, próbáljatok ki egy másik USB portot a számítógép hátulján vagy egy külön 5V 1A tápegységet.

Az ESP32-TEST hozzáférési pont nem jelenik meg a telefon WiFi hálózatainak listájában: várjatok néhány másodpercet az indítás után, ellenőrizzétek, hogy a telefon a 2.4 GHz-es sávon keres-e hálózatokat, és hogy a panel nem indult-e újra a gyenge tápellátás miatt.

A 192.168.4.1 címen lévő oldal nem töltődik be, pedig a telefon csatlakoztatva van a hálózathoz: kapcsoljátok ki ideiglenesen a telefon mobilinternetét, mert egyes telefonok megpróbálják az internetet használni a panel által létrehozott helyi hálózat helyett.

Korlátok és tanácsok:

A panel csak 3.3V feszültségen működik minden adatlábon, és az 5V közvetlen alkalmazása egy GPIO lábon tönkreteheti az ESP32 modult, használjatok logikai szint konvertert az 5V-os szenzorokhoz vagy modulokhoz. A 4 MB flash memória és az 520 KB SRAM elegendő a legtöbb IoT projekthez, de a WiFi-t, Bluetooth-ot és intenzív grafikus feldolgozást kombináló alkalmazások elérhetik a rendelkezésre álló RAM memória határát. Ebből a tesztből kiindulva, a panel bővíthető I2C vagy SPI szenzorokkal, relémodulokkal automatizáláshoz, vagy küldhet adatokat egy felhő szerverhez WiFi-n keresztül, ugyanazt a helyi hálózatot használva az Access Point mód helyett.