Обзор платы NodeMCU ESP8266 и ее использование в Arduino IDE

Обзор платы NodeMCU ESP8266 и ее использование в Arduino IDE

Интернет вещей (IoT) является одной из самых популярных областей в мире технологий. Физические объекты и цифровой мир связаны сейчас как никогда. Помня об этом, компания Espressif Systems (шанхайская компания по производству полупроводниковых устройств) выпустила крутой микроконтроллер с поддержкой Wi-Fi, ESP8266, по невероятной цене! С помощью него менее чем за 3 доллара можно контролировать и управлять устройством из любой точки мира – идеально подходит практически для любого проекта IoT.

Характеристики платы NodeMCU ESP8266 и ее использование в Arduino IDE

Модуль ESP-12E

Отладочная плата оснащена модулем ESP-12E, содержащим микросхему ESP8266 с RISC микропроцессором Tensilica Xtensa® 32-bit LX106, который работает с регулируемой тактовой частотой от 80 до 160 МГц и поддерживает RTOS.

Характеристики ESP-12E

• 32-разрядный LX106 от Tensilica Xtensa®
• Тактовая частота от 80 до 160 МГц
• 128 КБ встроенной оперативной памяти
• 4 МБ внешней внешней флеш-памяти
• Приемопередатчик Wi-Fi 802.11b/g/n

Рисунок 1 – ESP8266 NodeMCU

Также данный модуль имеет 128 КБ ОЗУ и 4 МБ флеш-памяти (для хранения программ и данных), достаточных, чтобы справиться с большими строками, которые составляют веб-страницы, данными в JSON/XML и всем, что мы сегодня добавляем на устройства IoT.

ESP8266 содержит встроенный приемопередатчик Wi-Fi 802.11b/g/n HT40, поэтому он может не только подключаться к сети Wi-Fi и взаимодействовать с интернетом, но и устанавливать собственную сеть, позволяя другим устройствам подключаться напрямую к нему. Это делает ESP8266 NodeMCU еще более универсальным.

Требования к питанию

Поскольку диапазон рабочего напряжения ESP8266 составляет от 3 В до 3,6 В, данная плата для поддержания постоянного напряжения на уровне 3,3 В поставляется с LDO стабилизатором напряжения. Он может надежно обеспечивать ток до 600 мА, чего должно быть более чем достаточно, поскольку ESP8266 во время радиочастотных передач потребляет до 80 мА. Выход стабилизатора также выводится на выводы на сторонах платы и обозначен как 3V3. Эти выводы можно использовать для подачи питания на внешние компоненты.

Требования к питанию

• Рабочее напряжение: от 2,5 до 3,6 В
• Встроенный стабилизатор: 3,3 В, 600 мА
• Рабочий ток: 80 мА
• Потребление в спящем режиме: 20 мкА

Рисунок 2 – Элементы питания ESP8266 NodeMCU

Питание к ESP8266 NodeMCU подается через встроенный USB-разъем MicroB. В качестве альтернативы, если у вас есть стабилизированный источник напряжения 5 В, можно использовать вывод VIN для непосредственного питания ESP8266 и его периферии.

Предупреждение

ESP8266 требует 3,3 В для питания и логические уровни 3,3 В для связи. Контакты GPIO не допускают напряжение 5 В! Если вы хотите соединить плату со схемами 5 В (или выше), то необходимо реализовать согласование логических уровней.

Периферия и ввод/вывод

ESP8266 NodeMCU имеет в общей сложности 17 выводов GPIO, выведенных на разъемы с обеих сторон отладочной платы. Эти выводы могут использоваться для выполнения различных периферийных задач, в том числе:

• вход АЦП – канал 10-разрядного АЦП;
• интерфейс UART – интерфейс UART используется для загрузки кода по последовательной связи;
• выходы ШИМ – выводы ШИМ могут использоваться для регулировки яркости светодиодов или управления двигателями;
• интерфейсы SPI, I2C – интерфейсы используются SPI и I2C для подключения всевозможных датчиков и периферийных устройств;
• интерфейс I2S – интерфейс I2S используется для цифровой передачи звука.

Мультиплексируемые выводы ввода/вывода

• 1 канал АЦП
• 2 интерфейса UART
• 4 выхода ШИМ
• Интерфейсы SPI, I2C и I2S

Рисунок 3 – Мультиплексируемые выводы GPIO платы ESP8266 NodeMCU

В ESP8266 используется функция мультиплексирования выводов (несколько периферийных устройств мультиплексируются на один вывод GPIO). Это означает, что один вывод GPIO может действовать как PWM/UART/SPI.

Кнопки и светодиодный индикатор на плате

На плате ESP8266 NodeMCU находятся две кнопки. Одна из них, помеченная как RST, расположенная в верхнем левом углу, представляет собой кнопку сброса, которая, конечно же, используется для сброса микросхемы ESP8266. Другая кнопка, FLASH, в левом нижнем углу – это кнопка загрузки, используемая при обновлении прошивки.

Кнопки и индикаторы

• RST – сброс чипа ESP8266
• FLASH – загрузка новой программы
• Синий светодиод — программируется пользователем

Рисунок 4 – Кнопки и светодиоды на плате ESP8266 NodeMCU

На плате также имеется светодиодный индикатор, который программируется пользователем и подключен к выводу D0 платы.

Последовательная связь

На плате установлен контроллер USB-UART CP2102 от Silicon Labs, который преобразует USB сигнал в сигнал последовательного порта и позволяет компьютеру программировать и взаимодействовать с микросхемой ESP8266.

Последовательная связь

• USB-UART преобразователь CP2102
• Скорость связи 4,5 Мбит/с
• Поддержка управления потоком

Рисунок 5 – Преобразователь USB↔TTL CP2102

Если на вашем компьютере установлена старая версия драйвера CP2102, рекомендуем выполнить обновление прямо сейчас.

Распиновка ESP8266 NodeMCU

С внешним миром ESP8266 NodeMCU соединяют всего 30 выводов. Ниже показана распиновка отладочной платы.

Рисунок 6 – Распиновка ESP8266 NodeMCU

Для простоты мы сгруппируем выводы с аналогичными функциями.

Выводы питания – на плате расположено четыре вывода питания, а именно: один вывод VIN и три вывода 3.3V. Если у вас есть стабилизированный источник напряжения 5 В, вывод VIN можно использовать для непосредственного питания ESP8266 и его периферии. Выводы 3.3V – это выходы встроенного стабилизатора напряжения. Эти выводы могут использоваться для подачи питания на внешние компоненты.

GND – это вывод земли отладочной платы ESP8266 NodeMCU.

Выводы I2C используются для подключения всех видов датчиков и периферийных устройств на шине I2C в вашем проекте. Поддерживаются и I2C Master, и I2C Slave. Работа интерфейса I2C может быть реализована программно, а тактовая частота составляет максимум 100 кГц. Следует отметить, что тактовая частота I2C должна быть выше самой низкой тактовой частоты из ведомых устройств.

Выводы GPIO На ESP8266 NodeMCU имеется 17 выводов GPIO, которые можно назначать программно на различные функции, такие как I2C, I2S, UART, PWM, дистанционное инфракрасное управление, светодиодный индикатор и кнопка. Каждый включенный вывод GPIO может быть настроен либо на внутреннюю подтяжку к земле или к шине питания, либо установлен на высокоимпедансное состояние. При конфигурировании на вход для генерирования прерываний процессора он может быть настроен на срабатывание либо по фронту, либо по спаду.

Вывод ADC подает сигнал на имеющийся в NodeMCU, встроенный 10-разрядный прецизионный аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения (SAR ADC). С помощью этого АЦП могут быть реализованы две функции: проверка напряжения питания на выводе VDD3P3 и проверка входного напряжения на выводе TOUT (но не одновременно).

Выводы UART ESP8266 NodeMCU имеет 2 интерфейса UART, то есть UART0 и UART1, которые обеспечивают асинхронную связь (RS232 и RS485) и могут обмениваться данными со скоростью до 4,5 Мбит/с. Для связи можно использовать UART0 (выводы TXD0 , RXD0 , RST0 и CTS0 ), который поддерживает управление потоком. UART1 (вывод TXD1 ) поддерживает только сигнал передачи данных, поэтому он обычно используется для печати журнала событий.

Выводы SPI ESP8266 имеет два интерфейса SPI (SPI и HSPI), поддерживающих и ведомый (slave), и ведущий (master) режимы. Эти интерфейсы SPI также поддерживают следующие функции SPI:

• 4 режима синхронизации передачи SPI;
• до 80 МГц и тактовые частоты, полученные делением 80 МГц;
• до 64 байт FIFO.

Выводы SDIO ESP8266 имеет защищенный цифровой интерфейс ввода/вывода (SDIO, Secure Digital Input/Output Interface), который используется для прямого подключения карт SD. Поддерживаются 4-битный 25 МГц SDIO v1.1 и 4-битный 50 МГц SDIO v2.0.

Выводы PWM На плате имеется 4 канала широтно-импульсной модуляции (PWM). Выход ШИМ может быть реализован программно и использован для управления двигателями и светодиодами. Частотный диапазон ШИМ регулируется от 1000 мкс до 10000 мкс, то есть от 100 Гц до 1 кГц.

Выводы управления используются, как ни странно, для управления ESP8266. Эти выводы включают в себя вывод включения микросхемы EN , вывод сброса RST и вывод пробуждения WAKE .

• Вывод EN – микросхема ESP8266 включена, когда на вывод EN подается высокий логический уровень. При низком логическом уровне микросхема работает на минимальной мощности.
• Вывод RST используется для сброса микросхемы ESP8266.
• Вывод WAKE используется для вывода чипа из глубокого сна.

Платформы разработки для ESP8266

Теперь перейдем к интересным вещам!

Существует множество платформ разработки, которые могут быть оснащены для программирования ESP8266. Вы можете использовать Espruino – JavaScript SDK и прошивка, эмулирующая Node.js, или использовать Mongoose OS – операционную систему для устройств IoT (рекомендуемая платформа от Espressif Systems и Google Cloud IoT), или использовать комплект разработки программного обеспечения (SDK), предоставляемый Espressif. или любую из платформ, перечисленных на Википедии.

К счастью, крутое сообщество ESP8266 сделало выбор IDE на шаг вперед, создав дополнение к Arduino IDE. Если вы только начинаете программировать для ESP8266, мы рекомендуем начать с этой среды разработки, и ее мы опишем в данном руководстве.

Это дополнение ESP8266 для Arduino IDE основано на работе Ивана Грохоткова и остальной части сообщества ESP8266. Для получения дополнительной информации смотрите репозиторий GitHub ESP8266 Arduino.

Установка ядра ESP8266 на ОС Windows

Давайте приступим к установке ядра ESP8266 Arduino.

Во-первых, на вашем компьютере должна быть установлена последняя версия Arduino IDE (Arduino 1.6.4 или выше). Если у вас ее нет, рекомендуем сейчас обновиться.

Для начала нам нужно обновить менеджер плат с помощью пользовательского URL. Откройте Arduino IDE и выберите Файл → Настройки. Затем скопируйте приведенный ниже URL в текстовое поле Дополнительные ссылки для менеджера плат, расположенное в нижней части окна:

Рисунок 7 – Установка платы ESP8266 в Arduino IDE с помощью json URL

Отлично. Затем перейдите к Менеджеру плат, выбрав Инструменты → Платы → Менеджер плат. Там, в дополнение к стандартным платам Arduino, должна быть пара новых записей. Отфильтруйте результаты поиска, введя esp8266. Нажмите на эту запись и выберите Установить.

Рисунок 8 – Установка ядра ESP8266 в менеджере плат Arduino IDE

Определения и инструменты для платы ESP8266 включают в себя полностью новый набор gcc, g++ и других достаточно больших скомпилированных двоичных файлов, поэтому загрузка и установка могут занять несколько минут (заархивированный файл весит

110 МБ). После завершения установки рядом с записью появится надпись INSTALLED. Теперь можно закрыть менеджер плат.

Пример Arduino: мигалка

Чтобы убедиться, что ядро ESP8266 Arduino и NodeMCU правильно настроены, мы загрузим самый простой скетч – The Blink!

Для этого теста мы будем использовать встроенный светодиод. Как упоминалось ранее в этом руководстве, вывод платы D0 подключен к встроенному синему светодиоду и программируется пользователем. Отлично!

Прежде чем мы перейдем к загрузке скетча и игре со светодиодом, мы должны убедиться, что в Arduino IDE выбрана правильная плата. Откройте Arduino IDE и выберите пункт NodeMCU 0.9 (ESP-12 Module) в меню Инструменты → Плата.

Рисунок 9 – Выбор отладочного модуля NodeMCU в Arduino IDE

Теперь подключите ESP8266 NodeMCU к компьютеру через USB-кабель micro-B. Как только плата будет подключена, ей должен быть назначен уникальный COM-порт. На компьютерах с Windows это будет что-то вроде COM#, а на компьютерах Mac/Linux он будет в виде /dev/tty.usbserial-XXXXXX. Выберите этот последовательный порт в меню Инструменты → Порт. Также выберите скорость загрузки: 115200

Рисунок 10 – Выбор COM порта в Arduino IDE

Предупреждение

Уделите больше внимания выбору платы, выбору COM порта и скорости загрузки. В случае некорректных настроек при загрузке новых скетчей вы можете получить ошибку espcomm_upload_mem.

После выполнения всех настроек попробуйте пример скетча, приведенного ниже.

После загрузки кода светодиод начнет мигать. Возможно, чтобы ваш ESP8266 начал работать со скетчем, вам придется нажать кнопку RST.

Рисунок 11 – Рабта тестового скетча Blink на ESP8266 NodeMCU

Источник

ТЕМА: Кто чем питает свой ESP8266?

Кто чем питает свой ESP8266? 13 Апр 2015 16:43 #3318

250v -> -5.5v/650mA)-> конвертер DC-DC наLM2596 (output 3.3v). Так обвес в три раза больше самого модуля ESP получился.

Поделитесь своими вариантами.
Спасибо!

Кто чем питает свой ESP8266? 14 Апр 2015 16:54 #3357

Кто чем питает свой ESP8266? 22 Апр 2015 09:29 #3495

Кто чем питает свой ESP8266? 22 Апр 2015 11:52 #3502

Кто чем питает свой ESP8266? 22 Апр 2015 15:03 #3507

Кто чем питает свой ESP8266? 24 Апр 2015 10:27 #3567

Недавно заинтересовался этим модулем. По функционалу очень радует, но остается вопрос с грамотным питанием. Основная проблема в том , что как тут выше было замечено, обвес больше самой платки.
Почитав статьи на сайте нашел разновидность www.aliexpress.com/item/New-Wireless-mod. 2010308.0.335.VQBALV .
Подробного описания не нашел, поэтому вопрос. Это модуль может и питаться и прошиваться от микроusb разъема ?

Вообще хотелось бы сделать маленькую коробочку для подключения сразу к 220В. То есть:
1. Клемник для подключения 220В
2. АС-DC преобразователь на 3.3В (еще бы и 5В для питания некоторых датчиков и реле, но думаю можно найти все под 3.3В)
3. esp8266
4. выходы из коробочки с питанием и gpio esp8266 для подключения датчиков и реле.
5. вход usb для быстрой перепрошивки модуля.

Как вижу работу такого модуля.
Собрали , подключили к компу, прошили.
Установили рядом с розеткой(тут вариантов куча-скрытая установка в стене или красивый корпус с экраном и запитывание модуля через провод вилка-разъем) , подключили все что надо(реле,датчики), запитались от розетки. Снаружи остался только разъем usb.
Все работает, круто
Если надо перепрошить, вставляем шнурок usb, отключается питание от AC-DC преобразователя, замыкается gpio0 , включается питание от usb, модуль готов к прошивке. Прошили , вынимаем usb, рвем gpio0, включается питание от AC-DC , модуль вновь работает.

Главная проблема , что у меня практически отсутствуют знания по электротехнике Поэтому думаю собрать такое из модулей. Взять AC-DC из зарядки и модуль esp c usb(вот как раз и интересуюсь о модуле выше) . Их соединить , запихнуть в корпус и сделать входы,выходы.
Как вариант, еще впихнуть в корпус програматор(ну или как он называется, тут в теме выше тоже есть, с помощью которого шить esp), вопрос в том зачем usb на выше описанной esp, только для питания или в нее уже и програматор встроен.

Источник

ESP8266:Примеры/Стабилизация напряжения в батарейных ESP8266-проектах

Содержание

• 1 Стабилизация напряжения в батарейных ESP8266-проектах
  • 1.1 Использование ESP8266 с литий-полимерными батареями
  • 1.2 Зачем нужен стабилизатор напряжения
  • 1.3 Обычный линейный стабилизатор напряжения
  • 1.4 LDO-стабилизатор
  • 1.5 Распиновка MCP1700-3302E
  • 1.6 Цепь из ESP8266, LDO-стабилизатора и литий-полимерной батареи
  • 1.7 О конденсаторах
  • 1.8 Проверка
  • 1.9 Как упростить стабилизацию напряжения
• 2 См.также
• 3 Внешние ссылки

Стабилизация напряжения в батарейных ESP8266-проектах

Чип ESP8266 известен своей энерго-прожорливостью при выполнении задач, связанных с WiFi. Он может потреблять в диапазоне между 50 и 170 мА. Поэтому использовать в некоторых проектах батарею – не самый хороший выбор.

В таких случаях лучше питать свой проект от адаптера, подключенного к домашней энергосети, чтобы вам не пришлось беспокоиться об энергопотреблении и зарядке батарей.

Использование ESP8266 с литий-полимерными батареями

Впрочем, есть ESP8266-проекты – например, те, где используется режим глубокого сна и не требуется постоянное подключение к WiFi – для которых перезаряжаемые литий-полимерные батареи подходят идеально.

Я бы лично рекомендовал для батарейных проектов модель ESP-01, т.к. на ней меньше компонентов, чем на других моделях ESP8266.

Моделям вроде ESP-12 NodeMCU более «прожорливы», т.к. оснащены дополнительными компонентами вроде резисторов, конденсаторов, чипов и т.д.

Поскольку литий-полимерные батареи можно купить буквально за каждым углом, то это руководство будет о том, как воспользоваться ими для питания своего ESP8266-проекта.

Я не буду рассказывать здесь о разных типах литий-полимерных батарей и то, как они работают. Я лишь расскажу достаточно для сборки цепи этого проекта.

Зачем нужен стабилизатор напряжения

Для перезарядки литий-полимерной батарейки нужно специальное зарядное устройство. При полном заряде выходное напряжение литий-полимерной батарейки составляет около 4.2 вольт.

Впрочем, по мере разрядки это напряжение постепенно падает:

Рекомендуемое рабочее напряжение для ESP8266 – это 3.3 вольта, но он может работать на напряжении в промежутке между 3 и 3.6 вольтами. По этой причине вы не можете подключить батареи напрямую к ESP8266. Вам понадобится для этого стабилизатор напряжения.

Обычный линейный стабилизатор напряжения

Использовать обычный линейный регулятор для того, чтобы понизить напряжение с 4.2 до 3.3 вольт – не самая хорошая идея.

Например, если батарея разрядится до 3.7 вольт, этот стабилизатор напряжения просто перестанет работать, т.к. обладает большим показателем напряжения отсечки.

LDO-стабилизатор

Поэтому в нашей ситуации вместо обычного линейного стабилизатора необходимо использовать LDO-стабилизатор (англ. «low-dropout», т.е. «малый перепад напряжения»; это значит, что такие стабилизаторы обладают небольшой разницей между входным и выходным напряжением).

При использовании LDO-стабилизатора батарея будет работать, даже если ее выходным напряжением будет лишь 3.4 вольта. Помните также, что нельзя допускать полной разрядки литий-полимерной батареи, т.к. это либо повредит ее, либо сократит срок ее работы.

Изучив имеющиеся предложения, я нашел несколько неплохих, на мой взгляд, LDO-стабилизаторов. Один из самых лучших – MCP1700-3302E.

Он маленький и выглядит как транзистор. Еще один вариант – HT7333-A.

В общем, для нашего проекта подойдет любой LDO-стабилизатор с характеристиками ниже:

• Выходное напряжение – 3.3 вольта
• Ток покоя – около 1.6 мкА
• Выходная сила тока – около 250 мА
• Падание напряжения – около 178 мВ

Распиновка MCP1700-3302E

На изображении ниже показана распиновка MCP1700-3302E. У него 3 контакта: для заземления (GND), входного напряжения (Vin) и выходного напряжения (Vout).

Распиновка других LDO-стабилизаторов должна выглядеть похожим образом. Но при подключении LDO-стабилизатора советуем всегда сверяться с его документацией.

Цепь из ESP8266, LDO-стабилизатора и литий-полимерной батареи

Вот компоненты, которые понадобятся для сборки нашей цепи:

• Литий-ионная или литий-полимерная батарея + батарейный отсек;
• LDO-стабилизатор напряжения (MCP1700-3302E);
• Электролитический конденсатор на 1000 мкФ;
• Керамический конденсатор на 100 нФ;
• Кнопка;
• Резистор на 10 кОм;
• Модуль ESP-01;
• Контактная макетная плата;
• Провода-перемычки;

Подключите эти компоненты друг к другу согласно схеме ниже:

Или можете воспользоваться Fritzing-схемой. Керамический и электролитический конденсаторы необходимо параллельно подключить к контактам GND и Vout LDO-стабилизатора.

Кнопку нужно подключить к контакту RESET модуля ESP-01. Впрочем, кнопку подключать необязательно, но она пригодится нам для руководства о режиме глубокого сна.

О конденсаторах

К контактам GND и Vout LDO-стабилизатора должны быть параллельно подключены керамический и электролитический конденсаторы – для ослабления скачков напряжения. Эти конденсаторы помогают предотвратить случайные сбросы и нестабильную работу ESP8266.

Проверка

Теперь давайте запитаем и протестируем цепь. Как видите, напряжение на контакте Vin LDO-стабилизатора около 4.2 вольт, т.к. батарея заряжена полностью.

Теперь давайте измерим напряжение на контакте Vout. Теперь оно около 3.3 вольт, т.е. рекомендуемое напряжение для питания ESP8266.

Как упростить стабилизацию напряжения

Поскольку стабилизация напряжения до нужного уровня может требоваться во многих ESP8266-проектов, то электролитический конденсатор, керамический конденсатор и LDO-стабилизатор можно спаять вместе, чтобы эту сцепку можно было легко и удобно использовать в других аналогичных ситуациях.

Источник

Esp8266 питание от аккумулятора

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Питание ESP-17F (ESP8266) от аккумулятора