Работает ли это вообще? Что там с поддержкой этих модулей в Arduino IDE? Стоит ли платить больше или лучше ограничиться ставшим уже привычным ESP8266? Мы постараемся вместе ответить на все эти вопросы, а в конце статьи я дам ссылку на реальное воплощение работы ESP32 с Ардуино — дистрибутив бесплатной версии Arduino Mega Server для платформы ESP32.
Спецификации
Я не буду здесь подробно останавливаться на спецификациях ESP32, вы без труда найдёте их в Интернет: каждый обзорщик считает своим долгом привести простыню спецификаций в начале обзора ESP32. Скажу только, что они впечатляют и если подходить к делу серьёзно и вдумчиво, то можно потратить не один год на изучение всех возможностей модуля и эксперименты с ним.
Оставим это профессионалам (или тем, кто считает себя таковым) и сосредоточимся на практической стороне вопроса, понятной и доступной простому смертному.
Цена вопроса
Начнём с цены. На данный момент модуль ESP32 в китайских интернет-магазинах стоит 350 рублей и 500 в варианте платы с обвязкой и USB интерфейсом. Это против 100 и 160 рублей для модуля ESP8266, соответственно. Как видим, разница в три с лишним раза, хотя абсолютные значения невелики, каждый, при желании, может позволить себе потратить 350 — 500 рублей на микроконтроллер. Для сравнения, Arduino Mega 2560 в том же Китае стоит 600 рублей, а в России около 1000 (плюс ещё стоимость Ethernet Shield).
Осталось только выяснить, стоит ли платить в три раза больше, чем за ESP8266 и что мы за это получим. (Забегая вперёд скажу, что на мой взгляд, безусловно стоит.)
Поддержка в Arduino IDE
Для того, чтобы что-то сделать с модулем, нужно сначала иметь его поддержку в Arduino IDE. На данный момент поддержка ESP32 в Arduino IDE находится хоть и на начальном, но вполне приличном и работоспособном уровне. Те, кто боится встретить тут непреодолимые трудности, может не беспокоиться — основные функции работают нормально и вы, скорее всего, не заметите никакой разницы по сравнению с работой на других контроллерах.
Несколько хуже дела обстоят с драйверами устройств, но это, безусловно, временное явление. Модуль настолько популярен, что поддержка любой периферии неизбежно появится в ближайшее время.
Добавление поддержки ESP32 в Arduino IDE
Теперь немного практической информации об инсталляции поддержки ESP32 в Arduino IDE. Интернет полон инструкциями на эту тему, вы их также можете в изобилии найти в нём. Замечу только, что все инструкции делятся на «старые», там, где упоминается Python и «новые», где упоминается GIT. Вам, естественно, нужно руководствоваться новыми.
Из множества инструкций лучшей можно назвать (как это ни странно) официальную инструкцию от производителя модуля.
github.com/espressif/arduino-esp32
Которой я и рекомендую пользоваться. Единственное замечание: GIT использовать необязательно, можно просто скачать дистрибутив и распаковать его в нужную директорию.
Примечание. Все нижеизложенное касается инсталляции под Windows 7 64-bit, поскольку все эксперименты я производил именно на ней, в других операционных системах пути могут отличаться от указанных.
Файлы дистрибутива должны находиться в папке
C:\Users\User\Documents\Arduino\hardware\espressif\esp32
где C: — это имя вашего диска с Windows, а User — это имя пользователя в операционной системе (и то и другое у вас может отличаться от указанных).
Неочевидные моменты инсталляции ESP32
Многие пользователи жалуются, что у них ничего не работает и не появляется поддержка ESP32 в Arduino IDE. Тут дело вот в чём: поскольку драйвера ESP32 только разрабатываются, то несколько изменён порядок расположения системных директорий. В качестве папки для расположения скетчей в настройках Arduino IDE должна быть указана папка
C:\Users\User\Documents\Arduino
(с теми же поправками на диск и имя пользователя), а файлы дистрибутива должны располагаться внутри этой папки так, как рекомендует производитель. Если не будет учтён этот момент, то поддержка ESP32 в Arduino IDE не появится и ничего работать не будет.
Версии Arduino IDE
Часто приходится слышать, что поддержка ESP32 есть только в последних версиях Arduino IDE, это не так — ESP32 прекрасно работает в более ранних версиях, например, дистрибутив Arduino Mega Server для ESP32 разрабатывался в версии 1.6.5 r2.
Преимущества ESP32
Теперь поговорим о преимуществах ESP32 перед его предшественником, ESP8266. На таких очевидных вещах как мощность процессора и объём оперативной памяти я останавливаться не буду, скажу только, что нужно сильно постараться, чтобы загрузить ESP32 полностью на задачах DIY и домашней автоматизации.
Пины
Ахиллесовой пятой его предшественника, модуля ESP8266, было (и есть) экстремально малое количество выводов. После работы с такими контроллерами как Arduino Mega и Arduino Due с их десятками цифровых и аналоговых пинов, работа с ESP8266 вызывает недоумение: счёт GPIO идёт буквально на единицы и это сильно ограничивает применение этого модуля в реальных проектах.
ESP32 если не полностью, то в значительной степени лишён этого недостатка. Количество доступных выводов значительно увеличено, появилось также множество аналоговых входов. Полностью свободными и доступными для использования можно назвать 13 выводов
GPIO 2, 4, 12, 14, 13, 15, 16, 17, 25, 25, 27, 32, 33
В случае необходимости к ним можно добавить ограниченно функциональные и работающие только на вход
GPIO 34, 35, 36, 39
Если пожертвовать некоторыми возможностями и не использовать в конкретных проектах Serial, SPI или I2C, то к этому числу можно добавить ещё 8 пинов
GPIO 1, 3, 5, 18, 19, 21, 22, 23
Ну и возможно удастся использовать ещё 6 выводов, которые предназначены для работы с внутренней флеш-памятью (например, если подключить внешнюю SD карту)
GPIO 6, 7, 8, 9, 10, 11
Как видим, с ESP8266 нет никакого сравнения — новый модуль выглядит просто отлично по количеству возможных подключений и это очень ценно в реальных проектах, в которых дорог каждый пин.
Скорость работы
Я уже упоминал мощный процессор, теперь несколько слов нужно сказать о скорости сетевой работы. Я затрудняюсь сказать с чем это связано, возможно с мощным процессором, возможно с оптимизацией сетевого стека, но модуль ESP32 под управлением Arduino Mega Server показал рекордную сетевую производительность.
Загрузка страницы с объёмным кодом CSS и JavaScript и обилием графики занимает всего одну с небольшим секунды — быстрее, чем на любом другом протестированном контроллере, включая проводные контроллеры с W5100 и W5500 Ethernet интерфейсом.
Применительно к Arduino Mega Server это снимает все ограничения на использование графики и любых JavaScript библиотек как по размеру, так и их количеству.
Прочие достоинства
ESP32 это чрезвычайно высокотехнологичное устройство, одно только сухое перечисление доступных возможностей может занять не одну страницу, а перечисление достоинств и возможностей с комментариями займёт целый том. Поэтому я на этом ограничусь, чтобы не загромождать статью и приведу несколько примеров работы с кодом на ESP32 в среде Ардуино.
Примеры работы с кодом
Энергонезависимая память
Это то, что применительно к Arduino Mega мы привыкли называть EEPROM. В ESP32 этой памяти нет как таковой, но у этого модуля есть её аналог и соответствующая библиотека для работы с ней. Называется эта память «NVS» (Non-volatile storage).
Но для нас нет никакой разницы — можно точно так же сохранять значения и читать их после выключения и последующего включения контроллера.
Пример использования. Подключаем библиотеку:
#include <Preferences.h>
Создаём объект prefs
Preferences prefs;
Инициализируем хранилище с идентификатором, например, «nvs»:
prefs.begin("nvs", false);
false относится в выбору режима чтение/запись, в данном случае и чтение и запись. Сохраняем байт под именем «addr»:
prefs.putUChar("addr", 65);
Читаем сохранённый байт:
byte b = prefs.getUChar("addr", 0);
Подобным же образом можно сохранять и читать значения любых других типов данных. Теперь удаляем хранилище.
prefs.remove("nvs");
Если разобраться, то это даже проще, чем работа со стандартной энергонезависимой памятью EEPROM на контроллерах Ардуино.
AnalogWrite()
Ещё одно нововведение, которое может поставить в тупик начинающего пользователя — в ESP32 отсутствует привычная функция AnalogWrite(). В первый момент это очень непривычно, но на самом деле эта функция всего лишь заменена своим более функциональным аналогом.
Рассмотрим пример. Начнём с подключения соответствущей библиотеки, хотя библиотекой в полном смысле слова это назвать нельзя, скорее это специализированный файл с описанием нужных функций. Дело в том, что не все функции присутствуют напрямую в Arduino IDE, часть функций доступна в файлах, находящихся в каталоге
...\Documents\Arduino\hardware\espressif\esp32\cores\esp32
В данном случае нас интересует файл работы с ШИМ и светодиодами, который мы подключаем следующей инструкцией:
#include "esp32-hal-ledc.h"
Далее нам нужно установить номер канала (0), частоту ШИМ (например, 50 Гц) и разрешение (8 бит).
ledcSetup(0, 50, 8);
Номера каналов могут устанавливаться в диапазоне от 0 до 15, а разрешение от 1 до 16 бит. При выборе разрешения 8 бит, диапазон данных, управляющих ШИМ, будет находиться в интервале от 0 до 255.
Далее нам нужно привязать наш канал (0) к какому-либо выводу GPIO, в данном случае к выводу 22:
ledcAttachPin(22, 0);
И нужно не забыть обычным образом настроить 22-й пин на выход.
pinMode(22, OUTPUT);
Всё, теперь мы можем управлять, например, яркостью свечения светодиода, просто указывая номер канала и значение ШИМ (яркости) из диапазона от 0 до 255.
ledcWrite(0, 50);
Прочие примеры кода на ESP32
Дистрибутив Arduino Mega Server, ссылку на который я дам в конце статьи, кроме полностью работоспособной системы являет собой обширный сборник структурированного кода, протестированный и проверенный на работоспособность на модуле ESP32. Вы можете его использовать как обучающее пособие для вхождения в тему программирования под ESP32.
Стабильность работы
Arduino Mega Server для ESP8266 имеет подтверждённые аптаймы в несколько месяцев и демонстрирует абсолютно стабильную работу и у меня нет никаких причин думать, что у модуля ESP32 могут быть какие-то проблемы со стабильностью. По крайней мере за всё время создания дистрибутива AMS для ESP32 я не наблюдал ни единого сбоя или несанкционированной перезагрузки модуля. Всё работает очень чётко и предсказуемо.
Arduino Mega Server для ESP32
Это ещё один представитель экосистемы AMS, включающей в себя контроллеры и платы Arduino Mega, Due, 101, M0, AMS Home, ESP8266, Sonoff, ESP32, OLIMEX ESP32-EVB и т. д. Благодаря мощному процессору и быстрой сетевой работе модуля ESP32, интерфейс Arduino Mega Server содержит обилие графики и скриптов и это никак не сказывается на скорости его работы — страницы загружается почти мгновенно.
