Seeed Studio – XIAO ESP32-C3 (4MB Flash)

Leírás

A Seeed Studio XIAO ESP32C3 azoknál a projekteknél fog előkerülni, ahol kell Wi-Fi vagy Bluetooth LE kapcsolat, közben a vezérlőnek kevés hely jut a dobozban. A panel mindössze 21 x 17,8 mm-es, rajta van az USB-C csatlakozó, az akkumulátoros tápellátás és töltés, valamint az U.FL antennacsatlakozó. A vezérlést egy ESP32-C3 végzi, egymagos, 32 bites RISC-V processzorral, legfeljebb 160 MHz-es órajellel. A programoknak 4 MB flash áll rendelkezésre, a vezérlő pedig 400 KB SRAM-mal dolgozik. Ekkora méret mellett már számít, hogyan osztjuk be a lábakat. Összesen 11 GPIO használható, ezek között megtalálható az I2C, SPI és UART kapcsolat, továbbá négy analóg bemenet. Egy kisebb érzékelős adatgyűjtőhöz, vezeték nélküli kapcsolóhoz vagy akkumulátoros mérőponthoz ez kényelmesen elég lehet. Sok külön bemenet, több kimenet és több analóg csatorna mellett viszont hamar elérjük a panel határait.

A rádiós rész 2,4 GHz-es Wi-Fi-t és Bluetooth 5 Low Energy kapcsolatot kezel. Az antenna külső, U.FL csatlakozón keresztül kapcsolódik a panelhez. Dobozba építésnél ez kifejezetten praktikus, mert az antennát nem feltétlenül oda kell tenni, ahol maga a vezérlőpanel elfér. A tápellátás USB-C csatlakozóról, 5 V-os VIN bemenetről vagy 3,7 V-os lítiumakkumulátorról oldható meg. Az akkumulátor töltését maga a panel kezeli. Ritkán ébredő, alacsony fogyasztású feladatoknál a 44 µA megadott deep-sleep fogyasztás érdekes adat, de a teljes készülék üzemidejét mindig a teljes kapcsolás határozza meg. Egy folyamatosan működő szenzor vagy gyakran bekapcsoló rádió könnyen többet fogyaszt, mint maga az alvó mikrovezérlő.

Hol jön jól a műhelyben?

Képzeljünk el egy kis dobozt, benne hőmérséklet- és páratartalom-érzékelővel. Az adatokat időnként fel kell küldeni Wi-Fi-n, a készülék pedig akkumulátorról működik. Ilyenkor a Seeed Studio XIAO ESP32C3 mérete, a beépített akkumulátortöltés és a vezeték nélküli kapcsolat együtt kezd igazán számítani.

Hasonlóan kézenfekvő egy BLE jeladóhoz, telefonról vezérelhető kisebb elektronikához vagy olyan I2C szenzorcsomóponthoz, ahol több érzékelő ugyanazon a buszon dolgozik. I2C használatakor kevés GPIO-val is több periféria kezelhető, ami ezen a kis panelen különösen jól jön. Egyszerű Wi-Fi vezérléshez is jó alap lehet. Egy relé, LED-szalag meghajtó, nyomógombos kezelőfelület vagy más külső áramkör vezérlése megoldható vele, amennyiben a nagyobb áramú terhelésekhez külön meghajtófokozat készül.

Hordható vagy szűk helyre szerelt elektronikában szintén előny a méret. Ott, ahol egy hagyományos ESP32 fejlesztőpanel már a doboz felét elfoglalná, a XIAO formátum sokkal könnyebben elhelyezhető.

A lábkiosztást érdemes előre végiggondolni

A Seeed Studio XIAO ESP32C3 egyik fontos sajátossága, hogy kevés lábon sok funkció osztozik. Ezért a kapcsolási rajz készítésekor jobb előre eldönteni, melyik periféria melyik lábra kerül.

Az I2C a D4 és D5 lábakon érhető el, az UART a D6 és D7 párost használja, az SPI pedig a D8, D9 és D10 lábakon található. Analóg méréshez négy bemenet áll rendelkezésre. Az A0, A1 és A2 az ADC1-hez kapcsolódik, az A3 pedig ADC2-höz. Az A3 használatánál a mintavétel problémás lehet, ezért ha van szabad választás, analóg szenzort, potmétert vagy feszültségosztót célszerűbb az A0-A2 egyikére kötni.

A D0, D8 és D9 lábak még egy szempontból érdekesek. Ezek az ESP32-C3 indulási állapotát is befolyásoló GPIO-k közé tartoznak. Ha a rájuk kötött külső áramkör bekapcsoláskor erősen magas vagy alacsony szintre húzza valamelyiket, az beleszólhat a bootfolyamatba. Ilyenkor előfordulhat, hogy egy egyébként jól működő kapcsolás csak újraindításkor vagy programfeltöltéskor kezd furcsán viselkedni.

Ezeket a lábakat lehet használni, csak érdemes úgy megtervezni körülöttük az elektronikát, hogy induláskor ne kényszerítsenek problémás logikai szintet a vezérlőre.

3,3 V-os logika – itt könnyű hibázni

A GPIO-k 3,3 V-os rendszerben működnek. Egy 5 V-ról táplált szenzor önmagában még nem jelent problémát, ha az adatvonalai 3,3 V kompatibilisek. Sok modul viszont 5 V-os logikai jelet is adhat vissza.

Ilyen kimenetet közvetlenül nem érdemes az ESP32-C3 GPIO-jára kötni. Ha a periféria valódi 5 V-os jelet használ, megfelelő szintillesztő áramkör kell közé.

Ez főleg vegyes rendszer építésénél jön elő, amikor régebbi Arduino modulok, 5 V-os kijelzők vagy más, eredetileg 5 V-os vezérlőhöz szánt kiegészítők kerülnek a panel mellé. A tápfeszültség és a logikai jelszint ilyenkor két külön kérdés.

Akkumulátoros használat

A panel közvetlenül fogad 3,7 V-os lítiumakkumulátort, és a töltőáramkör is rajta van. Ez egy kis, hordozható készüléknél sok vezetékezést és külön modult megspórolhat. A megadott gyors töltőáram 380 mA, a csepptöltési szakaszban 40 mA. Az akkumulátor kiválasztásánál emiatt annak megengedett töltőáramát is figyelembe kell venni.

Van egy kevésbé látványos részlet is. Az akkumulátor feszültsége nincs gyárilag egy ADC bemenetre vezetve. Ha a programban szeretnénk követni az akkumulátor állapotát, külön feszültségosztóval és egy analóg bemenettel kell számolni. Ez akkor válik fontossá, amikor a készülék nem csak működik akkumulátorról, hanem jeleznie is kell, mennyi tartalék maradt benne.

Antenna és rádiós kapcsolat

A Seeed Studio XIAO ESP32C3 külső antennát használ, amely az U.FL csatlakozóra kerül. A rádiós működéshez ez az antenna az összeépítés része, ezért a doboz tervezésekor helyet kell hagyni neki és az antennakábelnek is.

A Wi-Fi 2,4 GHz-es IEEE 802.11 b/g/n hálózatokat kezel. Ha az adott helyen csak 5 GHz-es hálózat használható, ez a panel nem fog arra csatlakozni.

Bluetooth oldalon Bluetooth 5 Low Energy áll rendelkezésre. BLE érzékelőkhöz, telefonos kommunikációhoz és kis fogyasztású vezeték nélküli kapcsolatokhoz használható. Bluetooth Classic alapú feladathoz más ESP32 változat szükséges.

Programozás és első indulás

Arduino IDE alatt az ESP32 panelcsomag telepítése után a XIAO_ESP32C3 panel választható ki. A programfeltöltés USB-C kapcsolaton történik.

Itt az USB-kábel minősége gyakorlati kérdéssé válik. A csak töltésre bekötött USB-C kábel tápot ad a panelnek, adatkapcsolatot viszont nem. Ha a számítógép egyáltalán nem látja a vezérlőt, egy biztosan adatképes kábel kipróbálása jó első lépés.

A panelen BOOT és RESET gomb is található. Ezek akkor jönnek jól, ha a feltöltött program vagy a GPIO-k állapota miatt a vezérlő nem lép be magától a szokásos programozási módba.

Mire használnám ezt a panelt?

• Wi-Fi kapcsolatos hőmérséklet-, páratartalom- vagy levegőminőség-mérőhöz.
• Akkumulátoros szenzorhoz, amely hosszabb alvás után rövid időre felébred és elküldi az adatokat.
• Bluetooth LE jeladóhoz vagy telefonról elérhető kis vezérlőhöz.
• I2C szenzorokból épített kompakt adatgyűjtőhöz.
• Kisméretű Wi-Fi kapcsolóhoz vagy vezérlőhöz, külön teljesítményfokozattal.
• Hordható elektronikához és olyan dobozolt projekthez, ahol minden négyzetmilliméter számít.

Mire figyelj beüzemeléskor?

Vásárlás előtt ezeket érdemes átgondolni

A Wi-Fi hálózat frekvenciája legyen 2,4 GHz. Ez apróságnak tűnik addig, amíg a kész készülék olyan helyre nem kerül, ahol csak 5 GHz-es hálózat érhető el.

Érdemes megszámolni a szükséges GPIO-kat is. Tizenegy kivezetéssel sok kisebb projekt kényelmesen megoldható, de több különálló digitális jel, sok analóg bemenet és több periféria mellett gyorsan elfogyhat a hely.

A 3,3 V-os logikai szintet már a modulok kiválasztásakor számításba kell venni. Egy 5 V-ról működő periféria használható lehet, miközben az adatvonalain továbbra is szükség van illesztésre.

Akkumulátoros készüléknél pedig érdemes eldönteni, szükség lesz-e töltöttségfigyelésre. A panel kezeli az akkumulátor töltését, a feszültség méréséhez viszont külön áramköri rész kell.

Mikor érdemes másik panel után nézni?

Ha a projekt sok külön GPIO-t vagy több analóg bemenetet használ, egy nagyobb kivezetésszámú ESP32 panellel egyszerűbb lehet a huzalozás.

5 GHz-es Wi-Fi kapcsolatot igénylő rendszerhez más rádiós vezérlő szükséges. Bluetooth Classic használatakor szintén más ESP32 változatot kell választani.

Olyan készüléknél, ahol az akkumulátor állapotának mérése alapkövetelmény és nem szeretnénk külön mérőkört építeni, célszerű olyan panelt keresni, amely ezt gyárilag megoldja.

A Seeed Studio XIAO ESP32C3 ereje a kis méret, a vezeték nélküli kapcsolat és az egyszerű akkumulátoros beépítés együttese. Cserébe a lábkiosztást és a perifériákat valamivel tudatosabban kell megtervezni, mint egy nagyobb fejlesztőpanelnél.

Egy apró műhelyes részlet

A kapcsolási rajz készítésekor először érdemes lefoglalni azokat a lábakat, amelyekhez kötött funkció vagy különleges viselkedés tartozik. Analóg méréshez először az A0-A2 közül válasszunk helyet. Ezután jöhet az I2C, az SPI és az UART, majd a maradék általános GPIO-k.

A D0, D8 és D9 környékét külön érdemes átnézni az első bekapcsolás előtt. Ha ezekre relémodul, erős felhúzó vagy lehúzó ellenállás, esetleg bekapcsoláskor aktív periféria kerül, az indulási állapotot is befolyásolhatja. Egy ilyen ellenőrzés sokkal gyorsabb a rajzasztalnál, mint később egy időnként jelentkező boot hibát keresni a kész dobozban.

Műszaki jellemzők

Dokumentáció

• XIAO ESP32C3 beüzemelés, lábkiosztás és használat Seeed Studio Wiki
• ESP32-C3 műszaki adatlap Espressif
• XIAO ESP32C3 használata MicroPythonnal Seeed Studio Wiki

Csomag

• 1x Seeed Studio XIAO ESP32C3
• 1x külső U.FL antenna
• 2x tüskesor