ESP | Getting started with MicroPython

Ideen: W. Kimmig, J. Schnaiter, Gewerblich-Technische Schule Offenburg, 2022

smaller than a credit card ESP8266

Der ESP8266 ist ein 32-Bit-Mikrocontroller der Firma Espressif Systems inklusive einem Wifimodul. Durch die Ansteuerung von Sensoren und Aktoren können in Verbindung mit dem Wifi Daten über das Netzwerk versendet werden und so ein cyberphysisches System mit dem Raspberry Pi entworfen werden. In diesem Zusammenhang spricht man auch vom "IOT - internet of things".

Das WEMOS-Entwicklerboard hat 16 Pins. Verschiedene Sensoren lassen sich einfach aufstecken und über eine Base-Platine sind diese auch nebeneinander steckbar. Abb. 1.2 zeigt das Pinlayout des WEMOS D1 mini Boards.

11 digitale IOs, Interrupts und 10 PWM-Ausgänge
I2C/SPI/one-wire Schnittstellen
1 analogen Eingang (3.2 V max input)
5 V, 3.3 V, USB Anschluss
kompatibel mit MicroPython, Arduino und NodeMCU

Weitere Infos zum ESP unter:

espressif.com

you will need ESP Stückliste

Abb. 2 WEMOS D1 mini, Triple Base, BMP180, DHT22 ...

ESP
ESP8266 WEMOS D1 mini
ESP32 WEMOS S2 mini (alternativ)

Add-ons for your ESP Environment Shields
DHT22 Temperatur- / Luftfeuchtesensor
BMP180 Luftdruck- und Temperatursensor
Micro USB 2.0 Flachkabel, A Stecker – Micro B Stecker
Triple Base für D1 mini

Weitere Infos zu WEMOS-Modulen:

wemos.cc

install Thonny IDE zur Programmierung des ESP mit MicroPython

Lade die Thonny IDE herunter:

thonny.org

Starte die Software und schließe per USB den ESP8266 an Deinen Rechner an. Wähle unter Thonny>Settings im Reiter Interpreter> folgende Daten aus:

`Interpreter`	`MicroPython (ESP8266)`
`Port or WebREPL`	`USB Serial ...`

Zum Aktualisieren oder Installieren des MicroPython-Interpreters auf dem ESP8266 klicke in dem geöffneten Fenster auf MicroPython installieren oder aktualisieren.

`Target Port`	`USB Serial ...`
`MicroPython family`	`ESP8266`
`vaiant`	`Espressif • ESP8266`
`version`	aktuelle Version wählen ...

Bei Problemen mit dem USB-Serial-Treiber: Sollte der Gerätetreiber für den USB-Serial-Port nicht installiert sein, kommt im Gerätemanager unter "Andere Geräte" bei "USB-Serial" ein gelbes Warndreieck. Mit Rechtsklick auf das Gerät kann man unter Details beim Eigenschaften-Dropdown die Hardware-ID herausfinden. So kann man im Internet auf der Herstellerseite den richtigen Treiber finden.

Bei Problemen mit Thonny: Sollte es nach dem Flashen zum Absturz von Thonny kommen, versuche es mit der Software Mu Editor. Die Software hat unter den Einstellungen einen Reiter ESP firmware flasher. Die aktuelle Firmware kann man unter micropython.org herunterladen.

use your ESP LED-Blinklicht

Die blaue LED am ESP-Modul soll blinken. Sie ist am Pin O2 (dies ist auch der TX Pin) angeschlossen.

In der Thonny IDE wird mit der Programmiersprache Python programmiert. Die Programme sind in zwei Bereiche aufgeteilt. Der erste Bereich ist der Setup-Bereich. Hier werden Bibliotheken importiert, stehen Initialisierungen und einmalige Aufrufe. Der zweite Bereich ist die Schleife while True:. Hier stehen Aufrufe, welche ständig wiederholt werden. Dieser zyklische Wiederholungsvorgang ist auch typisch für eine Speicherprogrammierbare Steuerung die in großen Industrieanalgen eingesetzt wird.


from machine import Pin	#Bibliothek zur Ansteuerung der Pins
import time		#Bibliothek für Zeitfunktionen
led = Pin(2, Pin.OUT)	#Der Pin 2 wird als digitaler Ausgang gesetzt

while True:	    
    led(1)		#LED einschalten
    time.sleep(0.5)	#0,5 s warten
    led(0)		#LED ausschalten
    time.sleep(0.5)	#0,5 s warten

Nach dem Import der beiden Bibliotheken wird ein Objekt angelegt: led = Pin(2, Pin.OUT). Dabei wird der der ausgewählte Pin 2 als digitalen Ausgang festgelegt.

Mit dem Aufruf led(1) schaltet man die LED ein, mit led(0) schaltet man sie aus.

Mit dem Funktionsaufruf time.sleep(0.5) erzeugt man eine Zeitverzögerung. Der Wert 0.5 steht hierbei für 0,5 s. So kann man die Blinkfrequenz verändern.

Beachte: In der Programmiersprache Python gibt es keine geschweiften Klammern und keinerlei Semikolon. Dafür wird durch Einrücken des Quelltextes die Logik beeinflusst.
Hinweis: Sollte es Schwierigkeiten beim Hochladen geben, kann das kurze Betätigen des FLASH Buttons Abhilfe schaffen.

Arbeitsauftrag 1 my 1st ESP program

Abb. 5 Quelltext in der Thonny IDE für ein Blinklicht mit dem ESP-Mikrocontroller.

Im ersten Schritt wird die Thonny IDE installiert und die notwendigen Konfigurationen vorgenommen.

Lade die Thonny IDE herunter.
Verbinde den ESP-Mikrocontroller mit USB-Kabel mit deinem Rechner und nimm die korrekte Änderungen in den Einstellungen vor: Wähle den korrekten Interpreter und den kCOM-Port. Installiere falls notwendig den richtigen USB-Treiber.
Installiere falls notwendig den aktuellen MikroPython Interpreter aus dem ESP.

Im zweiten Schritt wird das Programm geschrieben, verifiziert und auf den ESP-Mikrocontroller ausgeführt.

Erstelle eine neue Datei unter speicher sie unter dem Namen blinkendeLED.py.
Verifiziere den Code und starte das Programm auf den Mikrocontroller.
Teste die Funktion, ändere die Zeiten und teste es erneut.
Mit der Funktion print("Hello World") lassen sich Textausgaben anzeigen. Lass Kommentare zu Deinem Programm ausgeben.

Arbeitsauftrag 2 LED mit Taster steuern

Abb. 6 ESP-Mikrocontroller auf dem DualBoard mit Taster.

Der Taster ist an Pin 0 angeschlossen.


from machine import Pin	#Bibliothek zur Ansteuerung der Pins
import time		#Bibliothek für Zeitfunktionen
led = Pin(2, Pin.OUT)	#Der Pin 2 wird als digitaler Ausgang gesetzt
taster = Pin(0, Pin.IN)	#Der Pin 0 wird als digitaler Eingang gesetzt

while True:	    
    if Taster.value():	#Zugriff auf Taster
	...

Erstelle eine neue Datei unter speicher sie unter dem Namen tasterLED.py.
Die LED soll leuchten, solange der Taster gedrückt ist, anderfalls ist sie aus. Führe das Programm auf dem den Mikrocontroller aus.
Ändere das Programm, so dass die LED blinkt, falls der Taster gedrückt wird.
Unterstütze das leuchten der LED mit einer Textausgabe print("LED an").
Ändern Sie die Blinkfrequenz durch Betätigen des Tasters. Hinweis: Nutzen Sie eine Variable (Flag) auf dem sie die Frequenz zwischenspeichern.

Wichtige Funktionen zum Programmieren des ESP

`import ...`	Einbinden von Bibliotheken
`led = Pin(2, Pin.OUT)`	Objekterzeugung: Pin 2 ist ein digitaler Ausgang
`while True:`	zyklische Programmwiederholung

`led(1)`	LED wird mit Spannung versorgt
`time.sleep(2)`	Zeitverzögerung von 2 s erzeugen