Układ ESP32 to jeden z najczęściej wykorzystywanych układów do systemów IoT w sieciach Wi-Fi oraz Bluetooth. Zaletami tej platformy jest niska cena, duże możliwości, popularność oraz prosty sposób programowania. Z tego powodu na rynku pojawiają się liczne płytki rozwojowe z tymi właśnie układami. Takie płytki mogą służyć zarówno do tworzenia prototypów urządzeń, jak i konstrukcji finalnego produktu. W artykule zaprezentujemy jedną z nich – FireBeetle ESP32-E z oferty DFRobot.

FireBeetle ESP32-E to płytka rozwojowa zaprojektowana i produkowana przez firmę DFRobot. Sercem zestawu jest moduł ESP32-WROOM-32E. Moduł zawiera oczywiście układ SoC ESP32 w wersji dwurdzeniowej – ESP32-D0WD-V3. Układ zawiera więc dwa rdzenie Xtensa LX6 o taktowaniu 240 MHz. Dysponuje rownież szerokim zakresem interfejsów komunikacyjnych, od tradycyjnych wyprowadzeń GPIO i PWM, przez standardowe interfejsy takie jak I2C, SPI i UART, po bardziej zaawansowaną komunikację, taką jak interfejsy SDIO, a także I2S. Mikrokontroler zawiera także czujnik Halla oraz czujniki pojemnościowe umożliwiające podłączenie np. przycisku dotykowego. Podobnie jak cała reszta rodziny ESP32, układy zastosowane w modułach ESP-WROOM-32E również dysponują komunikacją Wi-Fi oraz Bluetooth.

Oprócz układu SoC moduł zawiera także pamięć SPI Flash o pojemności 4 MB, oscylator kwarcowy 40 MHz, a także antenę PCB. Dysponuje również złączem do lutowania powierzchniowego, na które wyprowadzono wszystkie niezbędne połączenia.

Zestaw FireBeetle ESP32-E

Zestaw rozwojowy FireBeetle, oprócz modułu ESP32 zawiera m.in. złącze USB Typu C. Złącze służy do komunikacji z komputerem, a także dostarczania zasilania do płytki. Kolejnym elementem modułu jest złącze PH2.0 do podłączenia baterii Li-Ion o napięciu 3,5 – 4,2 V. Płytka zawiera także układ ładowania akumulatora, co umożliwia ładowanie baterii za pomocą zasilania ze złącza USB-C. Stan ładowania jest sygnalizowany przez diodę LED.

Płytka zawiera także złącze goldpin, na które wyprowadzono interfejsy służące do podłączenia układów rozszerzeniowych (czujników, sterowników, modułów komunikacyjnych itp.). Złącze umożliwia skorzystanie m.in. z wejść/wyjść cyfrowych, wejść przetwornika analogowo-cyfrowego, magistral cyfrowych oraz czujników pojemnościowych. Złącze jest zgodne z płytkami rozszerzeniowymi z rodziny FireBeetle produkowanych przez DFRobot.

W sprzedaży dostępne są wersje z niewlutowanymi złączami, a także z wlutowanymi złączami żeńskimi goldpin. Do obu wersji dołączono zestaw złącz do przylutowania.

Poniższa grafika prezentuje rozkład wyprowadzeń złącza rozszerzeń.

Rys. 1. Rozkład wyprowadzeń złącza rozszerzeń

Moduł FireBeetle ESP32-E zawiera także port GDI umożliwiający podłączenie wyświetlacza. GDI to specjalny port do podłączenia wyświetlaczy stosowany w rozwiązaniach firmy DFRobot. Cechuje się łatwością połączenia oraz programowania. Interfejs pozwala na podłączenie do FireBeetle ESP32-E m.in. wyświetlacza LCD IPS 1,54″ 240×240 z gniazdem microSD oraz wyświetlacza LCD IPS 2″ 320×240 z gniazdem microSD.

Rys. 2. Moduł wyświetlacza podłączony do płytki FireBeetle ESP32-E

Programowanie modułu FireBeetle ESP32-E

Moduł jest kompatybilny z platformą Arduino. Wymaga jedynie instalacji pakietu dla płytki DFRobot ESP32 Boards. Pakiet można zainstalować z poziomu Menedżera płytek po dodaniu w preferencjach dodatkowego adresu URL:

http://download.dfrobot.top/FireBeetle/package_DFRobot_index.json

Producent planuje w najbliższej przyszłości dodanie obsługi programowania w języku graficznym Scratch oraz MicroPython.

Tymczasem na stronie wiki DFRobot znajduje się kompletny opis płytki, przykłady, a także opis funkcji w frameworku Arduino przydatnych podczas programowania modułu FireBeetle ESP32-E. W dalszej części artykułu zaprezentujemy pracę jednego z przykładów. Będzie to kod umożliwiający sterowanie diodą LED za pośrednictwem strony www dostępnej przez sieć Wi-Fi.

Przykład – sterowanie diodą LED przez Wi-Fi

Poniższy kod uruchamia punkt dostępowy Wi-Fi i rozpoczyna nasłuch urządzeń, które chcą się połączyć. Jednocześnie uruchamia serwer www z prostą stroną, która umożliwia włączenie lub wyłączenie diody LED.

/*
  WiFiAccessPoint.ino Create a wifi hotspot, and provide a web service

  Steps:
  1. Connect to the wifi "yourAp"
  2. Visit http://192.168.4.1/H to turn on the LED; Visit http://192.168.4.1/L to turn off the LED
     OR
     Run raw TCP "GET /H" and "GET /L" on PuTTY terminal with 192.168.4.1 as IP address and 80 as port
*/

#include 
#include 
#include 


// Set your wifi and password
const char *ssid = "esp32";
const char *password = "";

WiFiServer server(80);

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);//Set pin LED to output mode 
  Serial.begin(115200);
  Serial.println();
  Serial.println("Configuring access point...");

  // Configure wifi and get IP address
  WiFi.softAP(ssid, password);
  IPAddress myIP = WiFi.softAPIP();
  Serial.print("AP IP address: ");
  Serial.println(myIP);
  server.begin();

  Serial.println("Server started");
}

void loop() {
  WiFiClient client = server.available();   // listen for incoming clients

  if (client) {                             // if you get a client,
    Serial.println("New Client.");           // print a message out the serial port
    String currentLine = "";                // make a String to hold incoming data from the client
    while (client.connected()) {            // loop while the client's connected
      if (client.available()) {             // if there's bytes to read from the client,
        char c = client.read();             // read a byte, then
        Serial.write(c);                    // print it out the serial monitor
        if (c == '\n') {                    // if the byte is a newline character

          // if the current line is blank, you got two newline characters in a row.
          // that's the end of the client HTTP request, so send a response:
          if (currentLine.length() == 0) {
            // HTTP headers always start with a response code (e.g. HTTP/1.1 200 OK)
            // and a content-type so the client knows what's coming, then a blank line:
            client.println("HTTP/1.1 200 OK");
            client.println("Content-type:text/html");
            client.println();

            // the content of the HTTP response follows the header:
            client.print("Click <a href=\"/H\">here</a> to turn ON the LED.<br>");.
            client.print("Click <a href=\"/L\">here</a> to turn OFF the LED.<br>");
            // The HTTP response ends with another blank line:
            client.println();
            // break out of the while loop:
            break;
          } else {    // if you got a newline, then clear currentLine:
            currentLine = "";
          }
        } else if (c != '\r') {  // if you got anything else but a carriage return character,
          currentLine += c;      // add it to the end of the currentLine
        }

        // Check to see if the client request was "GET /H" or "GET /L":
        if (currentLine.endsWith("GET /H")) {
          digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);               // GET /H turns the LED on
        }
        if (currentLine.endsWith("GET /L")) {
          digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);                // GET /L turns the LED off
        }
      }
    }
    // close the connection:
    client.stop();
    Serial.println("Client Disconnected.");
  }
}

Po uruchomieniu kompilacji i wgraniu kodu można zalogować się do sieci np. z telefonu lub komputera. O ile nie zmienimy tego w kodzie programu, to sieć nazywa się esp32 i jest dostępna bez hasła. Po zalogowaniu należy w przeglądarce wpisać adres IP 192.168.4.1 i uzyskać dostęp do prostej strony www.

Rys. 3. Strona www umożliwiająca sterowanie diodą LED

Jeden link służy do włączenia, a kolejny do wyłączenia diody. Dane są przekazywane za pomocą prostej metody GET.

Podsumowanie

Moduł FireBeetle ESP32-E to płytka rozwojowa z układem SoC ESP32. Cechuje się niewielkimi rozmiarami, komunikacją Wi-Fi i Bluetooth, dużą mocą obliczeniową, a także prostym sposobem programowania. Płytka może posłużyć do tworzenia prototypów projektów urządzeń IoT, a ze względu na niewielkie rozmiary można ją też stosować w finalnych rozwiązaniach. Jest to też ciekawa alternatywa dla oryginalnych płytek z ESP32.