Progetto di un robot di Telepresenza con l’ESP32-CAM – Parte 2

Nel precedente articolo “Progetto di un robot di Telepresenza con l’ESP32-CAM - Parte 1” abbiamo presentato il progetto e descritto il funzionamento del robot di telepresenza telecomandato Wi-Fi mediante il modulo ESP32-CAM e un server web. Del progetto abbiamo mostrato lo schema elettrico della scheda di controllo del robot costituita dai due moduli L298N ed ESP32-CAM, oltre alla sorgente di alimentazione. Durante la descrizione del progetto abbiamo introdotto anche il server web accedendo al quale con un dispositivo connesso alla rete locale Wi-Fi viene effettuato il controllo wireless remoto del robot e la visualizzazione del video in streaming delle immagini riprese dalla videocamera del modulo ESP32-CAM che sarà installato sullo chassis del robot. In questo articolo descriveremo dettagliatamente i principali componenti di cui ne tratteremo le peculiarità, le specifiche tecniche e il funzionamento.

Introduzione

Nell’articolo in cui abbiamo trattato la prima parte del progetto “Progetto di un robot di Telepresenza con l’ESP32-CAM - Parte 1”, oltre alla descrizione del progetto e del funzionamento del robot di telepresenza, abbiamo anche brevemente descritto i componenti del progetto. In questo articolo faremo una descrizione dettagliata dei componenti della scheda di controllo poiché riteniamo che approfondire le caratteristiche e le prestazioni degli elementi di un progetto possa essere un bagaglio informativo tecnico necessario da utilizzare in altri futuri progetti che i lettori possono riuscire a realizzare autonomamente. Del resto, il nostro intento, oltre di proporre progetti è quello di presentare gli articoli sotto forma di tutorial proprio per fornire una guida passo-passo alla progettazione. Partiremo con la descrizione del componente più importante del progetto, la scheda di sviluppo Wi-Fi ESP32-CAM, poi concluderemo con il modulo driver dei motori L298N.

La scheda di sviluppo ESP32-CAM

Nel nostro progetto viene impiegata la scheda di sviluppo ESP32-CAM AI-Thinker. L’ESP32-CAM AI-Thinker è una scheda di sviluppo a basso costo per applicazioni IoT basata sul microcontrollore ESP32-S e sulla videocamera a colori integrata OV2640 da 2 megapixel. La scheda integra Wi-Fi, Bluetooth tradizionale e BLE (Bluetooth a basso consumo) ed è dotata di due CPU LX6 a 32 bit ad alte prestazioni e di uno slot per schede microSD che può essere utilizzato per memorizzare le immagini riprese dalla videocamera. La stessa scheda microSD può essere utilizzata per archiviare file utili per altre applicazioni. Adotta l'architettura pipeline a 7 stadi, sensore su chip, sensore di Hall, sensore di temperatura ed altri. Completamente compatibile con gli standard Wi-Fi 802.11b/g/n e Bluetooth 4.2, può essere utilizzato in modalità master per creare un controller di rete indipendente o come slave di un altro host per aggiungere funzionalità di rete ai dispositivi esistenti. Può essere utilizzata in varie applicazioni IoT per Smart Home, controllo wireless industriale, monitoraggio wireless, identificazione wireless QR, nei sistemi di posizionamento wireless e altre interessanti applicazioni IoT.

Per la connettività Wi-Fi e Bluetooth la scheda è dotata di un’antenna integrata a bordo e di un micro connettore IPEX per il collegamento di un'antenna esterna che può tornare utile se è necessario aumentare la portata del segnale. Per installare l’antenna esterna occorre dissaldare un resistore da 0 Ohm SMD collegato all’antenna integrata e collegarlo al connettore IPEX. Fate questa operazione se è proprio necessario, in quanto operare su componenti SMD è molto difficile richiedendo mano ferma, buona vista e buon saldatore a punta sottile. Nella puntata in cui tratteremo la realizzazione e collaudo del robot descriveremo più in dettaglio questo argomento. In Figura 1 viene mostrata la scheda ESP32-CAM con antenna esterna e videocamera OV2640.

Figura 1: ESP32-CAM con antenna e videocamera OV2640

Caratteristiche

• Frequenza di clock fino 160 MHz
• SRAM interna di 520 kB, PSRAM esterna di 4MB
• Supporta UART/SPI/I2C/PWM/ADC/DAC
• Supporta videocamere OV2640 e OV7670, lampada Flash integrata
• Supporta il caricamento di immagini in Wi-Fi
• Supporta schede TF
• Supporta multiple modalità sleep
• Lwip e FreeRTOS embedded
• Supporta modalità operative STA/AP/STA+AP
• Supporta la tecnologia Smart Config/AirKiss
• Supporta porta locale seriale e l’aggiornamento da remoto del firmware (FOTA)

Specifiche tecniche

• SPI Flash: default 32Mbit
• RAM: built-in 520 kB+external 4MPSRAM
• Dimensioni: 27*40.5*4.5（±0.2）mm/1.06*1.59*0.18”
• Bluetooth: Bluetooth 4.2 BR/EDR e BLE standards
• Wi-Fi: 802.11b/g/n/e/i
• Support Interface: UART, SPI, I2C, PWM
• Support TF card: maximum support 4G
• IO port: 9
• Serial Port Baud-rate: Default 115200 bps
• Image Output Format: JPEG( OV2640 support only ), BMP, GRAYSCALE
• Spectrum Range: 2412 ~2484 MHz
• Antenna: onboard PCB antenna, gain 2dBi
• Transmit Power: 802.11b: 17±2 dBm (@11Mbps)
• 802.11g: 14±2 dBm (@54Mbps)
• 802.11n: 13±2 dBm (@MCS7)
• Receiving Sensitivity: CCK, 1 Mbps : -90dBm
• CCK, 11 Mbps: -85dBm
• 6 Mbps (1/2 BPSK): -88dBm
• 54 Mbps (3/4 64-QAM): -70dBm
• MCS7 (65 Mbps, 72.2 Mbps): -67dBm
• Power consumption: Turn off the flash: 180mA@5V
• Turn on the flash and adjust the brightness to the maximum: 310mA@5V
• Deep-sleep: the lowest power consumption can reach 6mA@5V
• Moderm-sleep: up to 20mA@5V
• Light-sleep: up to 6.7mA@5V
• Security: WPA/WPA2/WPA2-Enterprise/WPS
• Power supply range: 5V (la corrente della sorgente di alimentazione dovrebbe essere di almeno 2 A, altrimenti potrebbe apparire un'ondulazione sull'immagine)
• Operating temperature: -20 °C ~ 85 °C
• Storage environment: -40 °C ~ 90 °C, < 90%RH
• Weight: 10g

In Figura 2 viene riportata la disposizione dei Pin della scheda di sviluppo ESP32-CAM.

Figura 2: Pin della scheda ESP32-CAM

Le porte GPIO1 e GPIO3 sono i pin impiegati per la comunicazione seriale, anche utilizzati per caricare il codice sulla scheda di sviluppo. Inoltre, anche GPIO0 svolge un ruolo importante, poiché determina la configurazione dell'ESP32 in modalità di programmazione o di normale operatività. Quando GPIO0 è collegato a GND, l'ESP32 è in modalità di programmazione.

I seguenti pin sono collegati internamente al lettore di schede microSD:

GPIO14: CLK
GPIO15: CMD
GPIO2: Data 0
GPIO4: Data 1 (collegato anche al LED integrato nella scheda)
GPIO12: Data 2
GPIO13: Data 3

La tabella riportata in Figura 3 mostra la corrispondenza dei pin del modulo ESP32-S integrato nella scheda di sviluppo ESP32-CAM, con i pin della videocamera e i pin dello slot microSD.

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