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AKTUELLES

2019-07-01

Breite Auswahl an ESP32 Modulen

ESP32 ist ein kleiner integrierter Schaltkreis vom Typ SoC (System on Chip) im QFN408 Gehäuse. Er ist ein Beispiel eines für das 21. Jahrhundert typischen Produkts. Ein vielseitiges und verhältnismäßig günstiges IoT-Modul, das Benutzern enorme Möglichkeiten bietet. Sein Hersteller ist das aus Shanghai stammende Espressif Systems – eine 2008 gegründete Firma vom Typ Fabless (Entwurf von Mikrocontrollern, die in externen Fabriken hergestellt werden). Das Modul wird mithilfe des Mikroprozessors mit Xtensa Kern gebaut, der ursprünglich von der amerikanischen Firma Tensilica entworfen wurde.

Die Ingenieure von Espressif Systems haben bereits zuvor die Situation auf dem Markt revolutioniert, indem sie das System ESP8266 eingeführt haben – eine günstige Lösung, die einen starken Mikrocontroller mit WiFi-Modul verbindet. ESP32, von dem im Artikel die Rede ist, ist eine Weiterentwicklung, Ergänzung und Bereicherung des bahnbrechenden ESP8266. Es ist jedoch anzumerken, dass ESP32 nicht die Fortsetzung der auf dem vorherigen Mikrocontroller des Herstellers basierenden Linie ist. Das ist ein wesentlicher Schritt nach vorne, für den sich sowohl Personen interessieren können, die ESP8266 bereits kennen, als auch all jene, die noch niemals solche Module verwendet haben. Die wichtigsten Unterschiede zu ESP8266 sind der schnellere, stärkere Mikroprozessor, die Unterstützung von Bluetooth, reichere WiFi-Möglichkeiten, zwei Mal so viele Aus- und Eingänge, und viel mehr interne Ressourcen. Es wurde hingegen kein Betrieb des ESP32 im Modus als Modem zur Ausführung von AT-Befehlen vorgesehen.

Die Basis von ESP32 bildet ein schneller und leistungsstarker 32-bit Mikrocontroller Xtensa (80...160MHz, Zwei-Kern, bis 600 DMIPS je nach Version), mit 520kB eingebautem SRAM Speicher und eingebauten Mechanismen, die die Datensicherheit gewährleisten. Die wichtigsten Merkmale sind das Vorhandensein von ausgebauten Transmitter-Empfänger-Kreisen 2,4GHz, die die Kommunikation sowohl im Wi-Fi Standard (mit einer Bandbreite von sogar bis zu 150Mbps) umsetzen, als auch im Bluetooth (BT) Standard, sowohl in „klassischer“ als auch Energiespar-BLE-Version, mit zusätzlichen Optionen, wie Piconet und Scatternet. ESP32 hat 34 universelle digitale Ein-/Ausgänge (GPIO), die auch optionale Funktionen erfüllen können, die mit den eingebauten Hardware-Blocks verbunden sind, wie: 12-bit, 18-Eingänge-ADC-Wandler, zwei 8-bit DAC-Wandler, 10 Touch-Sensoren. Das System bietet die Bedienung von beliebten Schnittstellen (4xSPI, 2xI2C, 2xI2S, 3xUART, IrDA), sowie auch komplexeren, wie SD/SDIO, und auch EthernetMAC, CAN2.0, Motorsteuerungen, LED-Dioden, und dazu einen eingebauten Temperatur- und Hall-Sensor. Es sind verschiedene Arten der Taktung, zahlreiche Timer und PWM-Modulatoren verfügbar. Alles gebaut in der Ultra-Low-Power-Technologie, die den Betrieb bei überraschend geringem Energieverbrauch ermöglicht.

Der Anwendungsbereich der ESP32 Module ist sehr weit. Sie eignen sich sehr gut für Geräte der Heimautomatik, der mobilen Elektronik sowie des Internet of Things (IoT). Der leistungsstarke Prozessor und zahlreiche Peripherien erlauben die Umsetzung wirklich komplexer und fortgeschrittener Projekte. Für Anfänger kann dies jedoch ein Problem darstellen, da eine Vielzahl von Funktionen, verfügbaren Optionen, und sogar die grundlegende Dokumentation (ESP32 Technical Reference Manual) die fasst 700 Seiten umfasst, erdrückend wirken können.

Glücklicherweise, erweist sich die Verwendung von ESP32 als überraschend einfach, dank zahlreichen vorbereiteten Fertiglösungen. Die gesamte notwendige Software ist kostenlos erhältlich, und vor allem findet man im Internet zahlreiche Bibliotheken sowie eine Menge fertiger, kompletter Projekte, die als Inspiration oder Grundlage für eigene Arbeiten dienen können.

Module und Entwicklungsboards ESP32

Beachtenswert ist, dass nur eine Version des integrierten Schaltkreises (ESP32-D2WD) 2MB Flash-Speicher enthält, diese jedoch nicht als Modul erhältlich ist. Deshalb enthalten die beliebten Module, die auch ESP32 genannt werden, einen zusätzlichen, externen Flash-Speicher mit einer Kapazität aus dem Bereich (4MB … 16MB).

Aktuell ist eine Reihe von ESP32 Modulen auf dem Markt erhältlich (und in unserem Angebot verfügbar). Diese Module können, mit Randableitungen mit einem Abstand von 1,27mm (50 mils), mit ein wenig Übung von Hand in die Leiterplatte hineingelötet werden.

Lässt man ESP32-SOLO und ESP32-PICO außer Acht, unterscheiden sie sich durch die Version des eingesetzten ESP32 Systems sowie die Menge des Speichers. Sie werden in zwei Hauptgruppen geteilt: ESP32-WROOM (18 x 25,3 x 3mm) mit externem Flash-Speicher, sowie die etwas größeren ESP32-WROVER (18 x 31,4 x 3,3mm), die nicht nur einen externen Flash-Speicher enthalten, sondern auch 8 Megabyte externen SPI SRAM Speicher, für fortgeschrittene Anwendungen und Berechnungen. Darüber hinaus unterscheiden die Module sich durch die Art der WiFi/BT Antenne: jene mit der Bezeichnung 32D am Schluss haben eine auf der Modulplatte eingebaute Antenne, und jene mit 32U einen Anschluss für eine externe Antenne. Hier fehlt es an einem Spannungsstabilisator und das Modul muss mit Spannung aus dem Bereich von 2,3V...3,6V (typischerweise 3,3V) versorgt werden.

Für den Komfort von sowohl profesionellen Konstrukteuren als auch Bastlern wurden auch Entwicklungsboards konstruiert, von denen ein Teil auch als ESP32 Module bezeichnet wird. Beispielsweise enthält WROOM 32D einen 3,3V (AMS1117) Stabilisator sowie einen CP2102, der ein USB-UART Wandler ist. Diese Platinen können mit Goldpin Buchsen oder Steckern ausgestattet werden, ähnlich wie in Arduino-Sets. Manche der ESP32 Entwicklungsboards sind zu überraschend günstigen Preisen erhältlich.

Software

Espressif Systems bietet auf seiner Website eine Reihe von nützlichen Programmier-Tools, darunter kostenlose Tools zum Programmieren von Modulen. Das sind beispielsweise die Programmierumgebung MSYS2 mit entsprechenden „Zusätzen”, kann Eclipse verwendet werden. Es ist ein ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework) Set erhältlich. Diese vom Hersteller empfohlenen und bereitgestellten (und laufend optimierten) Tools sind eher für fortgeschrittene Anwender bestimmt.

Weniger erfahrene Programmierer, darunter eine enorme Gruppe von Bastlern, verwendet für die Erstellung von Programmen das sehr beliebte Arduino IDE Paket. Es wurde ein Overlay für dieses Paket erstellt, dank dem Programme auf die für die Arduino-Umgebung typische Weise erstellt werden, mithilfe des kostenlosen Compilers GCC. Das Overlay erlaubt das Kompilieren einer solchen Skizze und der erhaltene Maschinencode kann zum ESP32 hochgeladen werden. Bis vor kurzem musste man das Overlay herunterladen und manuell installieren. Aktuell kann man es zusammen mit Arduino IDE Installieren, indem im Konfigurationspanel der Link – die Adresse der Herstellerwebsite, Espressif Systems, eingegeben wird. Dies ist ein Beispiel für die laufende Entwicklung des ESP32 Systems, und das Betreten zuvor ungenutzter Bereiche.

Die Schaffung von Programmen mithilfe von Arduino IDE mit „ESP32 Overlay” ist überraschend einfach. Praktisch alle grundlegenden Anweisungen und Lösungen, die aus klassischen Arduino-Skizzen bekannt sind, funktionieren.

Anfänger und weniger fortgeschrittene Benutzer können bereits bestehende Beispiele analysieren und modifizieren, die nach dem Open Source Prinzip bereitgestellt werden, von denen es immer mehr im Internet gibt. Für Fortgeschrittene und all jene hingegen, die bereits mit ESP8266 Kontakt hatten, ist dies eine hervorragende Gelegenheit, umd Details kennenzulernen und zu verwenden, um das enorme Potenzial von ESP32 zu nutzen.

 

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