ESP32-CAM

ESP32-CAM - плата на базе ESP32S, предназначенная для экспериментов с камерой: запись фото и видео, машинное зрение и так далее. В данном уроке рассмотрена самая популярная и дешёвая версия от Ai-Thinker:

	В наборе GyverKIT	START	IOT	EXTRA
	ESP32-CAM		✔

На плате есть:

• ESP32S (ESP32-D0WD)
  • Частота 240 MHz
  • Оперативная память: 512 кБ
  • Flash-память: 4 МБ
• Камера OV2640
  • Разрешение: до 1600x1200 (UXGA)
  • Много форматов вывода изображения (JPEG, BMP, оттенки серого)
  • Частота кадров: до 60 к/с
  • Бывают с разными объективами
• Мощный светодиод (вспышка/фонарик)
• Слот для карты памяти Micro SD
• Разъём для внешней WiFi антенны
• 4 МБ внешней оперативной памяти PSRAM для работы со снимками

Распиновка #

Особенности:

• Распиновка явно сделана для совместимости с Wemos mini - такая же колодка, на тех же местах находятся пины питания
• Аналоговые входы: на плату выведены только пины второго АЦП (ADC2), а он не работает при включенном WiFi! Т.е. на этой плате невозможно читать аналоговый сигнал и пользоваться WiFi одновременно
• На плате стоит стабилизатор AMS1117-3.3 (пин 5V). По сути, плату можно питать от напряжения до 15V в этот пин, но плата довольно прожорливая: камера, WiFi, фонарик, сама еспшка. Даже если использовать не всю периферию, на высоком напряжении стабилизатор всё равно будет перегреваться и сгорит. Производитель не рекомендует подавать выше ~5.5V
• Ближайший к фонарику пин может быть подписан как GND или GND/R - в первых версиях платы разработчик забыл вынести пин reset, потом его добавили на этот пин (как у Wemos mini)
• Пин 16 является переключателем внешней PSRAM памяти. Если она используется вручную или в настройках камеры (режим для снимков с высоким разрешением) - то руками его трогать нельзя. В остальных случаях - можно использовать как обычный GPIO
• Пин VCC выводит выбранное перемычкой-резистором напряжение (см. распиновку). Обычно по умолчанию запаяна нижняя, т.е. 3.3 V
• Фонарик подключен к пину 4, управление прямое. Также светодиод есть на самом чипе ESP - подключен к пину 33, управление обратное (LOW - включить)

Нумерация пинов #

• Цифровые пины соответствуют своим номерам на плате - IO4 в программе будет просто 4
• АЦП - по тем же номерам, например analogRead(4) для IO4

Антенна #

Для подключения внешней антенны нужно перепаять перемычку с R3 на R2 (не всегда подписаны):

Начало работы #

Arduino IDE #

• Ссылка для менеджера плат: https://espressif.github.io/arduino-esp32/package_esp32_index.json
• Установить esp32 by Espressif Systems
• Выбрать плату Ai Thinker ESP32-CAM

platformio.ini #

Конфиг для PlatformIO:

[env:esp32cam]
framework = arduino
monitor_speed = 115200
upload_speed = 921600
platform = espressif32
board = esp32cam
board_build.mcu = esp32
board_build.f_cpu = 240000000L
monitor_dtr = 0 ; об этом ниже
monitor_rts = 0 ; об этом ниже
lib_deps =

Загрузка прошивки #

ESP32-CAM не имеет USB порта и даже USB-UART преобразователя на борту. Это печально, но есть варианты. А вот проверочный скетч, который мигает вспышкой:

#define FLSH_PIN 4

void setup() {
    pinMode(FLSH_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
    digitalWrite(FLSH_PIN, 1);
    delay(500);
    digitalWrite(FLSH_PIN, 0);
    delay(500);
}

ESP32-CAM MB #

Самый удобный вариант - купить специальную плату-прошиватор ESP32-CAM MB. Я предпочитаю первый вариант на картинке ниже.

	В наборе GyverKIT	START	IOT	EXTRA
	ESP32-CAM MB		✔

С этими платами нужно быть аккуратнее - встречаются варианты с корявой микросхемой USB-UART с затёртой маркировкой. На нормальной должно быть написано CH340, например вот ссылка на нормальные платы.

Далее всё как обычно - подключаем плату, выбираем Ai Thinker ESP32-CAM и загружаем прошивку.

Режим прошивки #

Если на плате две кнопки, то они отвечают за перезагрузку (RST) и за переход в режим прошивки (BOOT, IO0, FLASH). Обычно при загрузке прошивки плата сама переводит МК в режим прошивки, но это можно сделать и вручную:

1. Зажать IO0
2. Кликнуть RST
3. отпустить IO0

Проблема с монитором порта #

Существует некоторая проблема с монитором порта - при его открытии МК просто зависает, потому что порт зажимает сброс сигналами DTR и RTS. Где наблюдается и как решить:

• Arduino IDE 1 и 2
  • Убедитесь, что выбрана плата Ai Thinker ESP32-CAM. На других платах сброс настроен по другому и монитор порта может не работать
• PlatformIO
  • Добавьте в env platformio.ini параметры monitor_dtr = 0 и monitor_rts = 0, как в примере конфига выше

Теперь открытие порта не будет перезагружать МК, но сам порт будет работать корректно.

USB-UART #

Загрузить прошивку можно при помощи любого USB-UART (USB-TTL) преобразователя с напряжением 3.3V. Бывают платы с переключением напряжения между 5 и 3.3V, также подойдёт плата прошивки для ESP-01:

	В наборе GyverKIT	START	IOT	EXTRA
	ESP-USB		✔

Для прошивки нужно подключить RX, TX и питание:

Перед прошивкой нужно перевести МК в режим прошивки, замкнув пин IO0 на GND:

• При подключенном питании:
  1. Замкнуть IO0
  2. Кликнуть RST
  3. Отпустить IO0
• При отключенном питании:
  1. Замкнуть IO0
  2. Подать питание на плату
  3. Отпустить IO0 сейчас или после загрузки прошивки

Можно припаять обычную кнопку к плате прошивки вот таким образом:

Нажатие на кнопку равносильно замыканию IO0 на GND, что упрощает процесс прошивки.

xBoard #

Ещё один вариант - использование платы расширения GyverKIT xBoard ESP в паре с обычным еспшным USB-UART:

	В наборе GyverKIT	START	IOT	EXTRA
	xBoard ESP		✔	✔
	ESP-USB		✔

В этом случае к плате удобно подключать внешние компоненты, сохраняя при этом возможность прошивки и отладки через монитор порта. Перед загрузкой нужно вручную перевести МК в режим прошивки:

1. Зажать FLASH
2. Кликнуть RESET
3. отпустить FLASH

Кнопки расположены рядом, поэтому прожать их можно одним пальцем.

Особенности #

Справедливы почти все особенности esp, описанные в уроке про ESP8266:

• Нетерпимость к долгим глухим циклам - в них нужно вызывать delay(0) или yield()
• Деление на 0
• Функции map(), min(), max()
• Типы данных
• Аппаратные прерывания
• EEPROM

Проверка камеры #

Встроенный пример #

В Arduino IDE есть большой пример для проверки камеры, находится в меню примеров: Файл / Примеры / ESP32 / Camera / CameraWebServer.

1. В самом начале скетча нужно ввести логин и пароль от роутера:

const char *ssid = "**********";
const char *password = "**********";

2. В файле board_config.h нужно закомментировать текущую настройку и раскомментировать строку с выбором модели Ai Thinker:

#define CAMERA_MODEL_AI_THINKER

3. После загрузки открыть монитор порта - там будет указан локальный IP платы. Нужно перейти по нему в браузере - откроется страница управления камерой. На ней можно покрутить настройки, эти же настройки можно делать вручную из программы в будущем:

В самом низу настроек есть две кнопки: сделать фото и начать видео-трансляцию:

Минимальный пример #

Также прилагаю минимальный пример теста камеры, в котором запускается вебсервер и по адресу платы в локальной сети выводится свежий снимок с камеры (для обновления снимка нужно перезагрузить страницу). В скетче нужно ввести логин-пароль от роутера, в мониторе порта будет выведен IP адрес платы для подключения:

#include <Arduino.h>
#include <WebServer.h>
#include <WiFi.h>
#include <esp_camera.h>
#include <esp_wifi.h>
#include <soc/rtc_cntl_reg.h>
#include <soc/soc.h>

// wifi
#define WIFI_SSID ""
#define WIFI_PASS ""

// camera pins Ai Thinker
#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

// camera init
bool cameraInit(framesize_t frame_size, pixformat_t pixel_format, int jpeg_quality) {
    esp_wifi_set_ps(WIFI_PS_NONE);              // no power save
    WRITE_PERI_REG(RTC_CNTL_BROWN_OUT_REG, 0);  // disable brownout

    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_sccb_sda = SIOD_GPIO_NUM;
    config.pin_sccb_scl = SIOC_GPIO_NUM;
    config.pin_pwdn = PWDN_GPIO_NUM;
    config.pin_reset = RESET_GPIO_NUM;
    config.xclk_freq_hz = 20000000;
    config.pixel_format = pixel_format;
    config.frame_size = frame_size;
    config.jpeg_quality = jpeg_quality;
    config.fb_count = 1;

    return esp_camera_init(&config) == ESP_OK;
}

WebServer server(80);

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    Serial.println();

    // camera
    if (!cameraInit(FRAMESIZE_VGA, PIXFORMAT_JPEG, 12)) {
        Serial.println("Camera error");
        for (;;);
    }

    // wifi
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASS);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        delay(500);
        Serial.print(".");
    }
    Serial.println();
    Serial.print("Connected: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());

    // server
    server.on("/", []() {
        camera_fb_t* fb = esp_camera_fb_get();
        if (fb) {
            server.setContentLength(fb->len);
            server.send(200, "image/jpeg", "");
            server.sendContent((const char*)fb->buf, fb->len);
        }
        esp_camera_fb_return(fb);
    });
    server.begin();
}

void loop() {
    server.handleClient();
}

Более подробно работу с камерой разберём в отдельных уроках по ESP32-CAM.

Полезные страницы #

• Набор GyverKIT – наш большой стартовый набор Arduino, продаётся в России
• Каталог ссылок на дешёвые Ардуины, датчики, модули и прочие железки с AliExpress
• Обратная связь – сообщить об ошибке в уроке или предложить дополнение по тексту ([email protected])
• Поддержать автора за работу над уроками