Placa dezvoltare ESP32-CAM, Wifi, Bluetooth, OV5640 5MP

Placa ESP32-CAM cu camera OV5640 de 5MP este un modul de dezvoltare ESP32 cu camera incorporata, folosit pentru a capta si transmite imagini prin WiFi fara alte componente suplimentare. Tutorialul de fata foloseste chiar placa ESP32-CAM AI-Thinker ca platforma, impreuna cu Arduino IDE, pentru a incarca un program care porneste camera si serveste un flux video simplu printr-un server web intern.

Deoarece placa nu are port USB propriu, pentru incarcarea programului este nevoie de un adaptor USB-serial extern, de tip FT232, conectat la pinii seriali ai placii.

Cum functioneaza:

Senzorul OV5640 capteaza imaginea pe cele 8 linii de date paralele D0-D7, sincronizate de semnalele XCLK, PCLK, VSYNC si HREF, iar configurarea senzorului (rezolutie, expunere, balans de alb) se face printr-o legatura I2C/SCCB pe liniile SIOD si SIOC. Senzorul comprima imaginea in format JPEG inainte ca ESP32 sa o preia, ceea ce reduce mult volumul de date fata de o imagine bruta.

La rezolutia SVGA (800 x 600 pixeli), un cadru JPEG are, in functie de scena si de nivelul de calitate ales in cod, aproximativ 20 - 50 KB. Impartind o latime de banda WiFi locala tipica de cateva sute de KB/s la aceasta dimensiune de cadru rezulta un flux de cativa cadre pe secunda, suficient pentru monitorizare video, dar mult sub capacitatea maxima a senzorului de 2592 x 1944 pixeli, rezervata pentru fotografii individuale.

Conectare:

Programarea placii se face printr-un adaptor FT232 conectat la pinii seriali ai ESP32-CAM, cu jumperul de tensiune al adaptorului pe 5V, iar pinul IO0 se leaga temporar la GND doar in timpul incarcarii codului.

Placa si biblioteci:

In Arduino IDE, mergeti la File - Preferences si adaugati in campul Additional Boards Manager URLs adresa https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json, apoi deschideti Tools - Board - Boards Manager, cautati esp32 si instalati pachetul esp32 by Espressif Systems.

Dupa instalare, selectati placa AI Thinker ESP32-CAM din Tools - Board - ESP32 Arduino.

Nu este nevoie sa instalati nicio biblioteca suplimentara, deoarece esp_camera.h si WiFi.h vin incluse automat o data cu pachetul esp32 by Espressif Systems.

Codul:

Codul de mai jos initializeaza camera cu maparea de pini a placii AI-Thinker, se conecteaza la reteaua WiFi si trimite fluxul video catre orice client conectat pe portul 80.

/*
  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");
  }
}

Cum functioneaza codul:

La inceputul fisierului sunt definite datele retelei WiFi (ssid, password) si pinii camerei conform placii AI-Thinker (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).

Functia startCamera completeaza structura camera_config_t cu acesti pini, alege rezolutia FRAMESIZE_SVGA si doi buffere de cadre atunci cand placa are PSRAM disponibil, apoi apeleaza esp_camera_init si afiseaza pe Serial daca initializarea a reusit.

Functia sendStreamToClient trimite catre clientul conectat un antet HTTP de tip multipart/x-mixed-replace, apoi, cat timp clientul ramane conectat, preia cate un cadru JPEG cu esp_camera_fb_get, il trimite pe conexiune si il elibereaza cu esp_camera_fb_return.

In functia setup se initializeaza portul serial, se porneste camera, se asteapta conectarea la reteaua WiFi si se afiseaza adresa IP primita, apoi se porneste server-ul WiFiServer pe portul 80. In functia loop, placa asteapta un client nou si ii trimite fluxul video prin sendStreamToClient.

Rezultat:

Deschideti Serial Monitor la 115200 baud. Dupa initializarea camerei si conectarea la retea va fi afisata adresa IP a placii, iar la accesarea acestei adrese dintr-un browser va aparea fluxul video live de la camera.

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

Probleme frecvente:

Daca Serial Monitor nu afiseaza nimic, verificati ca viteza selectata este 115200 baud si ca ati scos legatura dintre IO0 si GND inainte de a apasa RESET dupa incarcare.

Daca la pornire apare mesajul de eroare la initializarea camerei (camera init failed), verificati ca banda flex a camerei este bine fixata in conectorul FPC si ca nu a fost deplasata la montarea radiatorului.

Daca placa se reseteaza singura sau apar mesaje de brownout in Serial Monitor, sursa de alimentare este prea slaba, inlocuiti-o cu una de 5V si minim 2A conectata direct pe pinul 5V.

Daca placa nu se conecteaza la reteaua WiFi, verificati ca ati introdus corect numele retelei si parola si ca semnalul WiFi este suficient de puternic in locul unde este montata placa.

Daca imaginea este foarte intunecata sau plina de zgomot, asigurati o sursa de lumina mai buna in scena, deoarece camera nu are iluminare proprie in afara LED-ului de blit.

Daca incarcarea codului esueaza cu mesaje de conectare esuata la placa, refaceti puntea IO0-GND si apasati din nou RESET exact in momentul in care Arduino IDE incepe incarcarea.

Limitari si sfaturi:

Camera OV5640 ajunge la rezolutia maxima de 5MP doar pentru fotografii individuale, pentru streaming continuu fiind recomandate rezolutii mai mici precum SVGA sau HD, pentru a pastra un numar rezonabil de cadre pe secunda.

Placa nu are port USB propriu, astfel ca programarea necesita intotdeauna un adaptor USB-serial extern, iar fara varianta cu autofocus camera lucreaza cu focus fix.

Senzorul se incalzeste vizibil in functionare, motiv pentru care placa nu este recomandata pentru streaming video continuu 24/7, ci pentru monitorizare si capturi intermitente, cu radiator montat si ventilatie asigurata.

Pe baza acestui montaj se pot construi proiecte precum camere de supraveghere WiFi, statii de monitorizare cu salvare de imagini pe cardul microSD sau sisteme simple de recunoastere a obiectelor folosind procesarea de imagine pe un server extern.