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2019-07-01

Ampia scelta di moduli ESP32

Il modulo ESP32 è costituito da un piccolo circuito integrato di tipo SoC (System on Chip), inserito in un involucro QFN48. Costituisce un esempio di prodotto caratteristico del XXI secolo. Questo modulo IoT, versatile e relativamente poco costoso, offre agli utenti grandi opportunità. Il suo produttore è la società Espressif Systems con sede a Shanghai, azienda fabless fondata nel 2008 (progettazione di microcontrollori che vengono prodotti in fabbriche esterne). Il modulo è stato costruito utilizzando un microprocessore con core Xtensa, originariamente sviluppato dalla società americana Tensilica.

Gli ingegneri dell'azienda Espressif Systems già in precedenza avevano rivoluzionato la situazione sul mercato introducendo il circuito ESP8266, soluzione economica che combina un robusto microcontrollore con un modulo Wi-Fi. Il modulo ESP32 citato nell'articolo costituisce lo sviluppo, il complemento e l'arricchimento dell'innovativo modulo ESP8266. Tuttavia, va notato che il modulo ESP32 non è una continuazione della linea basata sul precedente microcontrollore di questo produttore. Si tratta di un significativo passo avanti, che può essere oggetto d’interessamento sia per coloro che già conoscono il ESP8266, così come tutti coloro che non hanno ancora utilizzato questi moduli. Le principali differenze rispetto al modulo ESP8266 sono il microprocessore più veloce e più robusto, il supporto della funzione Bluetooth, maggiori possibilità offerte dal WiFi, il doppio degli ingressi/uscite e molte altre risorse interne. Tuttavia non è stato previsto il funzionamento del modulo ESP32 in modalità di modem che realizza comandi AT.

La base dell'ESP32 è costituita da un veloce ed efficiente microcontrollore Xtensa a 32 bit (80... 160MHz, dual-core, fino a 600 DMIPS a seconda della versione), con 520 kB di memoria SRAM integrata e meccanismi integrati per garantire la sicurezza dei dati. Le caratteristiche più importanti sono la presenza di ricetrasmettitori 2.4 GHz avanzati che assicurano la comunicazione sia nello standard Wi-Fi (con larghezza di banda fino a 150Mbps), sia nello standard Bluetooth (BT), nella versione "classica" e nella versione a risparmio energetico BLE, con opzioni aggiuntive come Piconet e Scatternet. Il modulo ESP32 dispone di 34 ingressi/uscite digitali universali (GPIO), che inoltre possono svolgere funzioni opzionali legate ai blocchi hardware incorporati come ad esempio: 12 bit, convertitore ADC a 18 ingressi, due convertitori DAC a 8 bit, 10 sensori touch. Il circuito supporta le interfacce più popolari (4xSPI, 2xI2C, 2xI2S, 3xUART, IrDA) così come quelle più avanzate come SD/SDIO, nonché EthernetMAC, CAN 2.0, driver per motori, diodi LED, inoltre dispone di sensore integrato di temperatura e ad effetto Hall. Sono disponibili differenti velocità di clock, numerosi timer e modulatori PWM. Il tutto realizzato nella tecnologia ultra-low-power, che consente il funzionamento con un consumo energetico incredibilmente basso.

La gamma di applicazioni dei moduli ESP32 è molto ampia. Sono particolarmente adatti per l'impiego in dispositivi di domotica, elettronica indossabile e Internet delle cose (IoT). Il potente processore e le numerose periferiche consentono l'esecuzione di progetti davvero complessi e sofisticati. Tuttavia ciò per i principianti può costituire un problema, poiché la moltitudine di funzioni, di opzioni disponibili e persino la documentazione base (ESP32 Technical Reference Manual) composta da quasi 700 pagine, possono sembrare scoraggianti.

Fortunatamente l'utilizzo del modulo ESP32 si rivela sorprendentemente facile grazie alle numerose soluzioni già pronte. I software necessari sono disponibili gratuitamente, e soprattutto in rete sono disponibili numerose librerie e un sacco di progetti pronti e completi, che possono essere d'ispirazione o la base per realizzare soluzioni proprie.

Moduli e schede di sviluppo ESP32

Vale la pena notare che solo una versione del circuito integrato (ESP32-D2WD) dispone di 2 MB di memoria Flash, tuttavia non è disponibile in forma di modulo. Di conseguenza i moduli più diffusi, chiamati anche ESP32, dispongono di una memoria Flash esterna aggiuntiva con una capacità nella gamma (4MB... 16MB).

Attualmente sul mercato sono disponibili diversi moduli ESP32 (presenti nella nostra offerta). Tali moduli, dotati di uscite con un passo di 1,27 mm (50 in), con un po' di abilità possono essere saldati manualmente sulle schede PCB.

Escludendo i moduli ESP32-SOLO e ESP32-PICO, i moduli differiscono per la versione del circuito ESP32 impiegato e per la memoria utilizzata. Questi moduli sono suddivisi in due gruppi principali: ESP32-WROOM (18 x 25,3 x 3mm) contenente una memoria Flash esterna, e moduli leggermente più grandi ESP32-WROVER (18 x 31,4 x 3,3mm), contenenti non solo la memoria Flash esterna, ma anche 8 megabyte di memoria SRAM SPI esterna per applicazioni e calcoli avanzati. Inoltre i moduli differiscono per il tipo di antenna WiFi/BT: i moduli con designazione finale 32D dispongono di un'antenna integrata nella scheda del modulo, mentre quelli con designazione finale 32U dispongono di una presa per l'antenna esterna. In questo caso non è presente lo stabilizzatore di tensione, e il modulo deve essere alimentato con una tensione nella gamma 2,3V...3,6V (tipicamente 3,3 V).

Per comodità, sia per i costruttori professionisti che per gli hobbisti, inoltre sono state preparate delle schede di sviluppo, di cui parte anche è denominata moduli ESP32. Ad esempio il modello WROOM 32D include uno stabilizzatore 3,3V (AMS1117) e un circuito CP2102, convertitore USB-UART. Queste schede possono essere equipaggiate con spine e prese tipo goldpin, similmente ai kit Arduino. Alcune delle schede di sviluppo ESP32 sono disponibili a prezzi eccezionalmente bassi.

Programmazione

L'azienda Espressif Systems sul proprio sito web offre numerosi strumenti di programmazione utili, tra cui strumenti gratuiti per la programmazione dei moduli. Ad esempio l'ambiente di sviluppo MSYS2 con le corrispondenti "integrazioni", che può essere utilizzato con Eclipse. È disponibile il kit ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework). Questi strumenti raccomandati, messi a disposizione (e ancora in fase di perfezionamento) dal produttore sono destinati ad utenti più avanzati.

I programmatori meno esperti, tra cui una vasta comunità di hobbisti, per la programmazione utilizzano il popolare strumento Arduino IDE. È stata creata una overlay per questo pacchetto, grazie alla quale è possibile creare programmi nella modalità tipica per l'ambiente Arduino, utilizzando il compilatore GCC gratuito. La overlay consente di compilare questo tipo di sketch e caricare il codice macchina così ottenuto nel modulo ESP32. Fino a poco tempo fa l'overlay poteva essere scaricata e installata manualmente. Attualmente può essere installata all'interno dell'ambiente di programmazione Arduino IDE, digitando nel pannello di configurazione l'indirizzo del link del sito web del produttore, ovvero Espressif Systems. Si tratta di un esempio del continuo sviluppo del sistema ESP32 e dell'ingresso in aree precedentemente non esplorate.

Creare programmi utilizzando Arduino IDE con l' "overlay ESP32" è sorprendentemente facile. Praticamente funzionano tutte le istruzioni e le soluzioni base conosciute per i classici sketch Arduino.

I principianti e gli utenti meno avanzati possono analizzare e modificare gli esempi esistenti, messi a disposizione con il sistema open source, disponibili online in un numero sempre più crescente. Per gli utenti più avanzati e per coloro che hanno già avuto a che fare con il modulo ESP8266, si tratta di un'ottima opportunità per scoprire e utilizzare i dettagli per poter sfruttare appieno l'enorme potenziale del modulo ESP32.

 

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