Einleitung

Wir benutzen einen ESP32-Mikrokontroller auf dem die Software Micropython läuft. Ein Mikrocontroller kann meist für verschiedene kleine Anwendungen eingesetzt werden. Der ESP hat zB durch WLAN und Bluetooth sehr viele Einsatzmöglichkeiten. Die Programmierung per Micropython soll dabei den Einstieg besonders leicht machen.

Hier gibt es eine Dokumentation für die Programmierung verschiedener Schnittstellen des ESP: https://docs.micropython.org/en/latest/esp32/quickref.html

Hier ist die Dokumentation der Anschlüsse (Pinout): https://cdn.shopify.com/s/files/1/1509/1638/files/ESP-32_NodeMCU_Developmentboard_Pinout.pdf?v=1609851295

Hier gibt es eine etwas ausfühlichere Alternative zu dieser Doku: https://microcontrollerslab.com/getting-started-thonny-micropython-ide-esp32-esp8266/

Anschluss

Das Mikrokontroller-Board wird einfach per Micro-USB-Kabel mit dem PC verbunden. Die Verbindung läuft über eine serielle Schnittstelle. Auf Windows wird meist dieser Treiber benötigt: https://www.silabs.com/documents/public/software/CP210x_Universal_Windows_Driver.zip

Wenn das Board angeschlossen wird und der Treiber installiert ist, sollte es ungefähr so im Gerätemanager aussehen:

Wenn sich nix tut beim Anschließen ist es höchst wahrscheinlich nur ein USB-Ladekabel und du brauchst ein anderes Kabel.

LED-Streifen anschließen

LED-Streifen	ESP
GND	GND
+5V	V5
Din	G4 (die meisten anderen GPIOs würden auch funktionieren)

Installation Micropython

Falls Micropython noch nicht installiert ist, kann bspw. über den Browser (Chrome/Chromium/Edge) mit diesem Online-Tool installiert werden: https://bipes.net.br/flash/esp-web-tools/

Ansonsten die Firmware hier herunterladen und per ESP-Tool flashen mit

esptool.py --chip esp32 --port /dev/ttyUSB0 --baud 460800 write_flash -z 0x1000 ./esp32-20220117-v1.18.bin

erste Kommunikation

Zum Testen ob Micropython installiert ist und funktioniert kann man sich per Seriell-Terminal-Programm (auf Windows bspw. Putty) mit der Baudrate 115200 mit dem Mikrocontroller verbinden. Es sollte eine Python-Konsole zu sehen sein - nach Eingabe von [Enter] kommt dieser Prompt:

>>>

in dem man bspw mal help() ausführen kann. Danach sollte es einen längeren Hilfetext zu Micropython geben:

>>> help()
Welcome to MicroPython on the ESP32!
...

Entwicklungsumgebung

Wir nutzen als einfache Entwicklungsumgebung Thonny. Hier ist Micropython-Support direkt integriert.

Im Menü unter Tools->Options...->Interpreter bitte Micropython (ESP32) einstellen. Unter Port den seriell Port (zB COM5 unter Windows) auswählen.

Thonny kann Dateien auf dem ESP ausführen. Dazu einfach in der Toolbar Run current script (F5) klicken.

Thonny kann Dateien auf dem ESP direkt speichern. Wenn der ESP angeschlossen ist und man File->Save auswählt, fragt Thonny nach ob sie auf dem Micropython device gespeichert werden soll.

Beispielprogramme

Anschalten einer LED

from machine import Pin
from neopixel import NeoPixel

pin = Pin(4, Pin.OUT)
np = NeoPixel(pin, 10)
np[1] = (20,0,20)
np.write()

Einfaches Lauflicht

from machine import Pin
from neopixel import NeoPixel
from time import sleep

pin = Pin(4, Pin.OUT)
np = NeoPixel(pin, 10)
color_off = (0,0,0)
color_on = (20,20,0)

iLed = 0

while True:
    for i in range(len(np)):
        np[iLed] = color_off
        iLed += 1
        if iLed >= len(np):
            iLed = 0
        np[iLed] = color_on
        np.write()
        sleep(0.1)

Lauflicht hin und zurück

from machine import Pin
from neopixel import NeoPixel
from time import sleep

pin = Pin(4, Pin.OUT)
np = NeoPixel(pin, 10)
color_off = (0,0,0)
color_on = (20,20,0)
 
ledCount = len(np)
iLed = 0

while True:
    for i in range(0, 2*ledCount):
        np[iLed] = color_off

        iLed = i
        if iLed >= ledCount:
            iLed = 2*ledCount - i - 1
            
        print(iLed)
        
        np[iLed] = color_on
        np.write()
        sleep(0.1)

Toucheingabe

ein per TouchPad konfigurierter Pin liefert Wert zwischen ca. 100 (berührt) und 1000 (frei)

from machine import Pin, TouchPad
from neopixel import NeoPixel
from time import sleep

pin = Pin(4, Pin.OUT)
np = NeoPixel(pin, 10)

touchPin = TouchPad(Pin(14))

color_off = (0,0,0)
color_on = (20,20,0)


while True:
    # t.read() liefert Wert zwischen ca 100 (berührt) und 1000 (frei)
    numLeds = (1000 - touchPin.read()) / 100
    for iLed in range(len(np)):
        if iLed <= numLeds:
            np[iLed] = color_on
        else:
            np[iLed] = color_off
        np.write()

Touchspiel

das Licht läuft hin und zurück: Am Anfang muss der Touchpin berüht werden, am Ende nicht!

from machine import Pin, TouchPad
from neopixel import NeoPixel
from time import sleep

pin = Pin(4, Pin.OUT)
np = NeoPixel(pin, 10)

touchPin = TouchPad(Pin(14))

color_off = (0,0,0)
color_on = (20,20,0)
color_start = (40,0,0)

ledCount = len(np)
iLed = 1

while True:
    correctTouchState = True
    np[0] = color_start
    np.write()
    sleep(1)
    np[0] = color_off
    speed = 3
    
    while correctTouchState:
        for i in range(0, 2*ledCount):
            np[iLed] = color_off

            iLed = i
            if iLed >= ledCount:
                iLed = 2*ledCount - i - 1
                            
            np[iLed] = color_on
            np.write()
            
            if iLed == 0 and touchPin.read() > 500:
                correctTouchState = False
                break
            if iLed == ledCount-1 and touchPin.read() < 500:
                correctTouchState = False
                break
            
            sleep(1/speed)
        speed *= 1.5