Kamod ESP32-C3 (PL)

Opis

Kamod ESP32-C3 - Płytka rozwojowa z układem ESP32-C3 Mini-1
Kamod ESP32-C3 jest układem opartym na zintegrowanym module mikrokontrolera ESP32-C3 Mini-1 firmy Espressif. ESP32-C3 Mini-1 zawiera 32-bitowy jednordzeniowy mikrokontroler SoC o architekturze RISC-V i maksymalnej częstotliwości taktowania 160 MHz. Dzięki 22 konfigurowalnym wejściom GPIO, 400 KB wewnętrznej pamięci RAM i obsłudze trybu niskiego zużycia energii, może być stosowany w różnych zastosowaniach związanych na przykład z układami IoT, systemami nadzoru lub sterowania. MCU jest dostępny w wielu wariantach ze zintegrowaną i zewnętrzną pamięcią flash. Wysoka maksymalna temperatura pracy sprawia, że idealnie nadaje się do zastosowań przemysłowych. Możliwości stosowania ESP32- C3 znacznie poszerzają wbudowane radiowe interfejsy Wi-Fi i Bluetooth 5 (LE) z obsługą dalekiego zasięgu (LR). Bezpieczeństwo aplikacji zapewniają funkcje bezpiecznego rozruchu oparty na RSA-3072 i szyfrowanie flash z AES-128/256-XTS.

Moduł Kamod ESP32 C3 jest przeznaczony do uruchomiania i testowania własnych aplikacji na przykład w środowisku Arduino, lub w języku Rust . Pomocne w tym mogą być umieszczone na płytce modułu układy peryferyjne: dokładny czujnik temperatury i wilgotności SHTC3, oraz czujnik MEMS typu ICM42670 zawierający 3-osiowy żyroskop i 3-osiowy akcelerometr. Dodatkowo do testów można wykorzystać diodę LED podłączoną do jednego z portów mikrokontrolera i programowaną 3-kolorową diodę WS28212.

Moduł jest zasilany napięciem +5V dostarczanym przez złącze USB-C, lub napięciem z baterii Li-Jon. Napięcie +3,3V zasilające mikrokontroler i układy peryferyjne wytwarza przetwornica Buck DC/DC typu SY8088 o napięciu wejściowym z zakresu 2.5….5V. Po zaniku napięcia ze złącza USB-C zasilanie przełącza się automatycznie na baterię (jeżeli jest podłączona). Układ zasilania bateryjnego jest uzupełniony o ładowarkę baterii Li-Jon opartą o układ MCP7383 zasilany z napięcia VBUS +5V pochodzącego ze złącza USB-C.

---

Podstawowe cechy i parametry

• Moduł ESP32C3 Mini-1
• IEEE 802.11 b/g/n-compliant
• Bluetooth 5, Bluetooth
• 32-bit RISC-V jednordzeniowy taktowanie do160MHz
• 384 KB ROM
• 400 KB SRAM (16 KB pamięć cache)
• 8 KB SRAM dla modułu RTC
• 22 × programowanych linii GPIO
• 3 × SPI
• 2 × UART
• 1 × I2C
• 1 × I2S
• 2 × 54-bit uniwersalnych timerów
• 3 × watchdog timers
• 1 × 52-bit system timer
• Remote Control Peripheral (RMT)
• LED PWM controller (LEDC)
• Full-speed USB Serial/JTAG controller
• General DMA controller (GDMA)
• 1 × TWAI®
• 2 × przetwornik 12-bit SAR ADCs, do 6 kanałów
• 1 × sensor temperatury
• Akcelerometr ICM42670
  • Trójosiowy żyroskop MEMS Czujniki prędkości kątowej osi X, Y i Z z wyjściem cyfrowym (z programowalnym zakresem pełnej skali ±250, ±500, ±1000 i ±2000 stopni/sek.
  • Trójosiowy akcelerometr MEMS osi X, Y i Z z wyjściem cyfrowym i programowalnym zakresem pełnej skali ±2 g, ±4 g, ±8 g i +16 g
  • Zasilanie od+1.7V do +3,3V
  • Interfejs komunikacyjny I3C, I2C, SPI
• Termometr/higometr SHTC3
  • Zakres pomiaru wilgotności 0…100%RH z dokładnością +/- 2%
  • Zakres pomiaru temperatury -40 do +125 °C. Dokładność pomiaru +/-0.2°C w zakresie od 0°C do +60°C
  • Napięcie zasilania od+1.6V do +3,6V
  • Interfejs komunikacyjny I2C
• Przetwornica DC/DC SY8088
• Układ ładowarki baterii Li-JON MCP73831
• Programowana dioda WS2812
• Złącze USB-C
  • Zasilanie modułu napięciem +5V
  • Interfejs programujący pamięć Flash mikrokontrolera
  • Interfejs JTAG
• Przyciski Reset i Boot

---

Wyposażenie standardowe

Kod	Opis
KAmod ESP32-C3	Zmontowany i uruchomiony moduł 1 x prosta listwa goldpin 12-pin raster 2,54 mm 1 x prosta listwa goldpin 16-pin raster 2,54 mm

---

Schemat elektryczny

---

---

Zasilanie układu

Standardowo moduł jest zasilany napięciem VBUS o wartości +5V ze złącza USB-C. To napięcie jest również wykorzystywane do ładowania pojedynczej celi baterii Li-Jon podłączonej do wyjścia Charger. Ładowaniem zajmuje się układ MCP7381 wykorzystujący algorytm ładowania o stałym natężeniu prądu/stałym napięciu z możliwością wyboru wstępnego kondycjonowania i zakończenia ładowania. Stała regulacja napięcia jest ustalona za pomocą czterech dostępnych opcji: 4,20 V, 4,35 V, 4,40 V lub 4,50. Stała wartość prądu jest ustawiana za pomocą jednego zewnętrznego rezystora. W naszym przypadku prąd ładowania to 100mA, a napięcie wyjściowe 4,20V.

---

Konfiguracja środowiska Arduino i program testowy

Czynności wstępne

Podłączany moduł Kamod ESP-C3 do komputera z zainstalowanym środowiskiem Arduino IDE. W oknie wyboru modułu wybieramy moduł ESP32C3 Dev Module i wirtualny port szeregowy COMx z którym moduł jest połączony.

W naszej procedurze testowej będziemy używali okna terminala, w którym będą wyświetlanie wyniki działania programu. Żeby to było możliwe trzeba odblokować domyślnie zablokowaną opcję USB CDC On Boot

Konfiguracja okna preferences

Otwieramy okno preferencji File->Preferences. W polu Additional boards manager ULRs zakładki Settings wpisujemy adres https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

Wybór typu procesora dla programowanego modułu

Wybieramy kolejno zakładkę Tools, następnie Board, rodzinę procesorów esp32 i moduł z procesorem ESP32C3. Każda zmiana modułu podłączonego do komputera przez USB będzie wymagała powtórzenia tego kroku. Jeżeli nie wykonamy go na początku, to można go wykonać przed kompilacją. W przeciwnym razie projekt nie zostanie prawidłowo skompilowany.

Instalowanie bibliotek

Program testowy wymaga zainstalowania bibliotek obsługujących układy peryferyjne: akcelerometr ICM42670P, termometr/higrometr SHTC3 i 3-kolorową diodę LED typu WS2812B.

Instalowanie biblioteki do obsługi układu ICM42670P

Klikamy na pionowym pasku narzędzi ikonę bibliotek. W oknie wyszukiwanie wpisujemy ICM42670, wybieramy ICM42670P by TDK/Invensense i klikamy Install.

Instalowanie biblioteki do obsługi układu SHTC3

Wybieramy bibliotekę Adafruit SHTC3 Library dostarczaną przez Adafruit. Ta biblioteka wymaga doinstalowania koniecznych współpracujących z nią innych bibliotek. Aby to zrobić w wyskakującym dodatkowym oknie Install library dependencies klikamy Install All.

Instalowanie biblioteki obsługującej 3-kolorową diodę RGB typu WS2812

Do sterowania 3-kolorowej diody RGB wykorzystamy bibliotekę dostarczana przez Adafruit - Adafruit NeoPixel

Obsługa akcelerometru ICM42670P

ICM42670P jest połączony z mikrokontrolerem za pomocą magistrali I2C. Do jej obsługi jest przeznaczona biblioteka Wire. Do inicjowania interfejsu I2S jest używana metoda begin z argumentami określającymi linie portów przypisane do sygnałów SDA i SCL

#define I2C_SDA 10              //SDA IO10
#define I2C_SCL 8               //SCL IO8
Wire.begin(I2C_SDA, I2C_SCL);

Obsługa termometru/higrometru SHTC3

Układ SHTC3 łączy się z mikrokontrolerem również za pomocą interfejsu I2C. Konfiguracja i inicjacja tego interfejsu została pokazana powyżej. Inicjalizacja biblioteki układu SHTC3 jest wykonywana standardowo przez metodę begin.

shtc3.begin();

Odczytywanie i konwersję wartości temperatury wykonuje metoda htc3.getEvent

htc3.getEvent(&humidity, &temp); // read temp and humidity

Dane wyjściowe są umieszczane w zmiennych temp.temperature i humidity.relative_humidity i można je bezpośrednio wyświetlić.

Przykładowy wydruk odczytanych danych z czujnika SHTC3 na konsoli znakowej Arduino IDE

Obsługa diody RGB WS2812B

Tworzymy instancję WS2812B, w której określamy: ilość diod WS2812 połączonych w łańcuchu (NUM_PIXELS), oraz numer portu linii danych (PIN_WS2812B). Pozostałe parametry można zostawić domyślnie. U nas jest jedna dioda (NUM_PIXELS = 1) podłączona do linii poru DO2 (PIN_WS2812B =2)

#define PIN_WS2812B  2          // ESP32 pin that connects to WS2812B
#define NUM_PIXELS     1        // The number of LEDs (pixels) on WS2812B
Adafruit_NeoPixel WS2812B(NUM_PIXELS, PIN_WS2812B, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

Inicjalizacja drivera jest standardowo wykonywana przez metodę begin:

WS2812B.begin();              //WS2812 driver config

Metoda setBrightness służy do ustawiania jasności świecenia wszystkich diod

WS2812B.setBrightness(50);    //WS8212 brightness

Metoda clear wygasza wszystkie diody, a metoda setPixelColor określa składowe koloru dla każdej z diod.

WS2812B.setPixelColor(0, WS2812B.Color(255, 0, 0)); //kolor czerwony

Skutki działania metod clear i setPixelColor są widoczne po wywołaniu metody show:

WS2812B.show();

Program testowy

Program testowy ma zadanie przetestować wszystkie komponenty umieszczone na płytce modułu. Test składa się z kolejnych kroków:

• Zapaleniu diody czerwonej LED podłączonej do linii portu IO7
• Odczytaniu i wyświetleniu w konsoli Arduino IDE odczytanych danych z ICM42670P
• Odczytaniu i wyświetleniu w konsoli Arduino IDE odczytanych danych z SHTC3
• Skanowaniu sieci WIFI i wyświetleniu w konsoli Arduino IDE identyfikatorów SSID siłę sygnału radiowego, numer kanału WIFI i rodzaj kodowania danych w sieci dla każdej ze znalezionych sieci
• Zgaszeniu czerwonej diody LED
• Zapaleniu co 0,5 sekundy kolejnych diod WS2812B czerwonej, zielonej i niebieskiej
• Zgaszeniu wszystkich diod WS2812B i rozpoczęciu testu od nowa

Poniżej pokazany jest fragment ekranu konsoli znakowej Arduino IDE wyświetlający jeden przebieg programu testowego

---

---

---

Linki zewnętrzne

• Dokumentacja układu ESP32-C3
• Dokumentacja układu SHTC3
• Dokumentacja układu ICM42670
• Dokumentacja układu SY8088
• Dokumentacja układu MCP73831
• Get started with Rust
• Cargo Rust dokumentacja
• Rust przykłady