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Gliederung

• Einleitung
• Technische Daten
• Module und Boards
  • ESP-1 und ESP-01 Modul
  • ESP-07 und ESP-12 Modul
  • NodeMCU Board
  • Wemos D1 Mini Board
  • WIFI Kit 8 Board
• Stromversorgung
  • Betrieb an Batterien/Akkus
  • Deep Sleep Modus
  • Power Down Modus
  • Stromaufnahme im Reset
• USB-UART Kabel
• Anschluss an 5 V Mikrocontroller
• Flash Speicher
  • Performance
• Firmware Hochladen
• Original AT-Firmware
  • AT Befehle
    • TCP Server
    • TCP Client
    • UDP Protokoll
    • Soft-AP Modus
• Programmierung
  • Erste Schritte mit Arduino
  • Beispiel Sketche
    • LED Blinker
    • UDP Server
    • TCP Server
    • WiFi Config Service
  • WLAN aus schalten
  • Fallstricke
• Andere IDE als besseren Text-Editor verwenden
  • Qt-Creator
  • Netbeans
• Kritik
• Vergleich mit ESP32

Der WiFi Monitor überwacht die Erreichbarkeit eines Webservers und zeigt den Status mit einer bunten LED an (Quelltext)

ESP8266 und ESP8285 Module Anleitung

Die ESP8266 und ESP8285 Chips vom chinesischen Hersteller Espressif sind 32bit Mikrocontroller mit integrierter Wi-Fi Schnittstelle. Ihre Firmware basiert auf dem Lightweight IP stack, der ursprünglich von Adam Dunkels entwickelt wurde. Es werden zahlreiche handliche Module mit diesen Mikrochips verkauft.

Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Chips ist, dass der ESP8266 einen externen Flash Speicher benötigt, während der neuere ESP8285 über 1 MByte internem Flash Speicher verfügt.

Normalerweise werden die kleinen ESP-Module mit der sogenannten "AT-Firmware" verkauft, die es ermöglicht, sie so ähnlich wie analoge Modems oder Bluetooth Module zu benutzen. Der seriell angeschlossene Mikrocontroller sendet dann Befehle an das Modul, um Verbindungen aufzubauen und Daten zu übertragen. In meinem Buch Einstieg in die Elektronik mit Mikrocontrollern habe ich gezeigt, wie man auf diese Weise einen kleinen Webserver zum Fernsteuern einer Lampe baut.

Man kann aber auch eigene Programme direkt durch den ESP Chip ausführen lassen. Mehr dazu weiter unten.

Mit Preisen um 2 Euro sind die ESP Module eine sehr preisgünstige Netzwerk-Anbindung zum Basteln.

Technische Daten

• Spannungsversorgung: 2,5 bis 3,6 V
• Stromaufnahme: ca. 25 µA bis 400 mA, durchschnittlich 80 mA
• Schnittstellen:
  • SPI Slave, I²S, 2·UART (der zweite kann nur Ausgabe)
  • 11 oder 13 programmierbare I/O Pins max. 12 mA
  • 1 analoger Eingang 0 bis 1 V mit 10 Bit Auflösung
  • Alle Eingänge vertragen maximal 3,6 Volt, auch wenn die Versorgungsspannung geringer ist.
• Netzwerk:
  • Wi-Fi 802.11 b/g/n 2,4 GHz mit WPA/WPA2 PSK
  • IPv4, ab SDK 2.0 und Arduino Core 2.5.0 auch IPv6
  • UDP und TCP, maximal 5 gleichzeitige Verbindungen
  • Broadcasts werden nicht unterstützt
  • Durchsatz: 150 bis 300 kByte/s in beide Richtungen
  • Latenz: typisch 10 ms
  • Soft-AP für bis zu 4 Clients¹

Die Basis-Firmware belegt etwa 250 kByte vom Flash Speicher. Für eigene Anwendungen sind ca. 50 kByte RAM frei.

Module und Boards

ESP-1 und ESP-01 Modul

Das ESP-01 Modul basiert auf dem ESP8266. Es wird mit 512 kByte (in blau) oder 1 MByte (in schwarz) Flash Speicher verkauft. Die rote Power-LED nimmt etwa 0,5 mA Strom auf, die blaue LED hängt an GPIO2.	Das ESP-1 Modul basiert auf dem ESP8285. Es hat 1 MByte Flash Speicher und einen Deckel zur Abschirmung. Das ESP-1 Modul hat nur eine blaue LED an GPIO2.

Beide Module sind funktional identisch, das ESP-1 ist allerdings etwas langsamer. Die kleine 8-Polige Stiftleiste ist das auffälligste Merkmal dieser Module. Dadurch lassen sie sich leicht mit einem kurzen Flachkabel absetzen, um den Empfang zu optimieren.

Die Minimal-Beschaltung zur Nutzung der AT-Firmware sieht so aus:

Die Anschlussleisten beider Module haben 2,54 mm Raster.

GPIO15 ist fest mit GND verbunden. Passe auf, dass du ihn nicht versehentlich als Ausgang mit High Pegel programmierst, denn der Kurzschluss könnte den Pin so zerstören, dass der Chip nicht mehr startet.

Die Reichweite der primitiven Antenne (Leiterschleife) ist mit Smartphones vergleichbar.

ESP-07 und ESP-12 Module

Das ESP-07 Modul ist normalerweise mit einem 1 MByte Flash Chip, einer Keramikantenne und einer Steckbuchse für externe Antennen ausgestattet. Um die externe Antenne nutzen zu können, muss man den gezeigten Kondensator entfernen. Die rote Power-LED nimmt etwa 0,5 mA Strom auf. Die blaue LED hängt an GPIO2.	Das ESP-07s Modul hat ebenfalls 1 MByte Flash, aber keine LEDs und keine Antenne. Es kann nur mit externer Antenne betrieben werden.	Das ESP-12 Modul ist meistens mit 4 MByte Flash ausgestattet. Als Antenne dient hier eine aufgedruckte Leiterschleife. Die blaue LED hängt an GPIO2, das Modul hat keine Power-LED. Das abgebildete Modell ESP-12F hat eine etwas bessere Antenne, als das 12E Modell.

Die Minimal-Beschaltung zur Nutzung der AT-Firmware sieht für diese Module so aus:

Die Anschlussleisten beider Module haben 2 mm Raster. Die Reichweite der on-board Antenne ist mit Smartphones vergleichbar. Mit einer guten externen Antenne soll das ESP-07 sogar weiter kommen. Der Antennen-Stecker heisst SMT, U.FL oder IPEX. Achtung: die gibt es in unterschiedlichen Größen!

NodeMCU Board

Das NodeMCU Board besteht aus einem ESP-12 Modul mit Spannungsregler und USB-UART Interface. Der Flash Speicher ist 4 Megabytes groß. Für die erstem Programmierversuche ist das die ideale Ausstattung.

In Arduino kann man die NodeMCU Labels nutzen, ich empfehle allerdings, die Arduino Pin Nummern zu verwenden da sie den GPIO Nummern des Chips entsprechen.

Man kann es wahlweise am 3,3V Eingang mit 2,5 bis 3,6 V betreiben, oder am 5 V Eingang mit 5 bis 9 V, oder über das USB Kabel mit 5 V. Eine Diode verhindert, dass Strom vom 5V Eingang zum USB Anschluss fließt. Der Eingebaute Spannungsregler hat für externe Erweiterungen maximal 300 mA Leistungsreserve bei 5 V Eingangsspannung. Für Batteriebetrieb eignet sich das Board eher nicht, da es eine Ruhestromaufnahme von etwa 15 mA hat.

Auf einem Steckbrett läuft das Board zuverlässiger, wenn man die Stifte entfernt, die zum Flash Speicher führen.

Die Reset Leitung und GPIO0 können durch den USB-UART angesteuert werden. Damit aktiviert die Arduino IDE den Firmware-Upgrade Modus vollautomatisch:

Dafür sind die beiden über Kreuz verbundenen Transistoren im Schaltplan des NodeMCU Boardes zuständig. Alternativ kann man den Firmware-Upgrade Modus manuell aktivieren, indem man beide Tasten drückt und dann den Reset-Taster zuerst loslässt.

Wemos D1 Mini Board

Das Wemos D1 Mini Board gibt es in folgenden Versionen:

Die oberen vier Boards haben die gleichen Abmessungen, das letzte mit Laderegler ist etwas länger. Alle Versionen haben einen USB-UART (CH-340) und einem Low-Drop Spannungsregler. Alle freien I/O Pins des ESP Chips sind herausgeführt, aber nicht der ENABLE Pin.

Die Pinbelegung ist bei allen Wemos D1 Mini Boards gleich:

In Arduino kann man die NodeMCU Labels nutzen, ich empfehle allerdings, die Arduino Pin Nummern zu verwenden da sie den GPIO Nummern des Chips entsprechen.

Man kann es wahlweise am 3,3V Eingang mit 2,5 bis 3,6 V betreiben, oder am 5 V Eingang mit 3 bis 7 V, oder über das USB Kabel mit 5 V. Eine Diode verhindert, dass Strom vom 5V Eingang zum USB Anschluss fließt.

Die Ruhestromaufnahme des Boardes liegt je nach Variante zwischen 200 und 300 µA, so dass es für Batteriebetrieb bedingt geeignet ist. Der Spannungsregler reicht gerade für den WLAN Chip aus, er darf extern nur minimal belastet werden (50 mA bei 5 V).

Der Reset Taster zieht den Reset-Pin ohne Schutzwiderstand direkt auf GND. Außerdem besitzt das Board die gleiche Reset Schaltung wie das NodeMCU Board, zum automatischen Aktivieren des Firmware-Upgrade Modus. Das Wemos D1 Mini hat keinen "Flash" Taster.

Der Analoge Eingang A0 ist mit einem Spannungsteiler (220kΩ + 100kΩ) ausgestattet, damit man Spannungen bis zu 3,2 V messen kann.

Dokumentation des Herstellers.

WIFI Kit 8 Board

Das WIFI Kit 8 (alias Heltec HTIT-W8266 oder Wemos TTGO ESP8266) aus China hat 4 MByte Flash Speicher, sowie ein winzig kleines 0,91" OLED Display mit 128x32 Pixeln. Darauf kann man Grafiken und 4x21 Zeichen Text ausgeben. Der Display Controller vom Typ SSD1306 ist über I²C mit dem ESP8266 verbunden. Für die USB Buchse wurde der Chip CP2104 von Silabs verwendet.

Viele Händler verkaufen diese Boards mit falsch beschrifteten Pins und falschen Anschlussplänen! Die folgenden Zeichnungen zeigen die richtige Pinbelegung, und in Klammern die Verbindungen zum Display:

Obere Stiftleiste:

Untere Stiftleiste:

Die Infos von Heltec passen zur Version A, sind aber unvollständig und fehlerhaft.

Die Stromversorgung erfolgt wahlweise über USB, ein 3,3 V Netzteil oder ein 5 V Netzteil. Das Display nimmt zusätzlich zum ESP Chip ca. 30 mA auf. Der eingebaute Spannungsregler hat für Erweiterungen maximal 200 mA Leistungsreserve. Da der 5 V Anschluss direkt mit der USB Buchse verbunden ist, soll bei Nutzung von USB nicht gleichzeitig ein 5 V Netzteil verwendet werden.

Das Board eignet sich nur bedingt für Akku-Betrieb, da seine Ruhestromaufnahme nie unter 6 mA fällt. Unterhalb von 3,3 V Akku-Spannung fällt das Board aus und saugt dann den Akku mit 80 mA leer, bis er entweder kaputt geht oder seine integrierte Schutzschaltung (falls vorhanden) abschaltet. Beim Aufladen wird die Platine ziemlich warm, was für die Lebensdauer des Displays schlecht ist.

Die Reset Methode zum automatischen Aktivieren des Firmware-Upgrade Modus entspricht dem NodeMCU Board. Die beiden Taster ziehen die Leitungen RESET und GPIO0 direkt ohne Schutzwiderstände auf Low. Auch der USB-UART ist direkt mit den I/O Pins für TxD und RxD verbunden, deswegen kann man den RxD Pin (=GPIO3) nicht für andere Zwecke verwenden.

Ich hatte beim Experimentieren auf einem Steckbrett äußerst schlechten WLAN Empfang. Durch Verlängern der Anschlussbeine um 7 mm konnte ich das Problem beheben.

Zur Programmierung des Displays empfehle ich entweder meine OLED Klasse oder die Libraries SSD1306 und GFX von Adafruit. Die Adafruit Library muss allerdings für Version B des Moduls angepasst werden (Pin Nummern als Parameter zu Wire.begin() hinzufügen).

Man sollte die geringe Lebensdauer des OLED beachten. Die häufiger benutzten Pixel werden schon nach einem Jahr deutlich sichtbar schwächer, das steht auch so im Datenblatt des Displays. Das Display hält länger, wenn man es bei nicht-Gebrauch dunkel oder ganz aus schaltet.

Da ich öfters danach gefragt wurde: Hier ist ein primitives Beispiel, wie man Datum und Uhrzeit von einem beliebigen Webserver abrufen kann.

Stromversorgung

Der oft anzutreffende Spannungsregler AMS1117 ist zwar stark genug, aber er benötigt mindestens 11mA Belastung, was die Nutzung von Deep-Sleep und Power-Down Modi ausschließt. Ich bevorzuge daher den LF33CV.

Egal woher die Stromversorgung kommt, empfehle ich dringend einen 100 µF Kondensator direkt an die Anschlüsse VCC und GND des ESP-Moduls zu löten. Beim NodeMCU Board ist dieser bereits vorhanden.

Die Leitungen der Stromversorgung sollen möglichst kurz sein und sternförmig an einem Verteil-Punkt zusammen kommen. Das gilt ganz besonders für GND. Steckbretter sind aufgrund der hohen Kontaktwiderstände schlecht zur Strom-Verteilung geeignet.

Die Widerstände um den Chip herum sollten maximal 2,2 kΩ haben, denn hochohmige Widerstände sind für die Funkwellen empfänglich. In der Nähe der Antenne sind Metallteile (auch Leiterbahnen) zu vermeiden, da sie den Empfang beeinträchtigen.

Betrieb an Batterien/Akkus

Ich empfehle dazu folgende Batterien:

• Eine LiFePO4 Zelle, deren Spannung passt schon ohne Regler
• Eine LiIo oder LiPo Zelle mit 3,0 Volt Spannunsgregler
• Vier NiMh Zellen mit 3,3 Volt Spannunsgregler
• Vier alkalische Primärzellen mit 3,3 Volt Spannunsgregler

Für Batterien bis maximal 6 Volt empfehle ich den Spannungsregler HT7830 oder HT7833 mit 4 µA Ruhestrom. Gelegentlich werden MCP1700 oder MCP1702 empfohlen, aber die sind meiner Meinung nach zu knapp bemessen.

Wenn der ESP Chip wegen Unterspannung ausfällt, nimmt er ständig ca. 80 mA auf. Lithium- und Blei-Akkus müssen daher unbedingt mit einem Tiefentladeschutz ausgestattet werden. Manche Lithium-Akkus enthalten so eine Schutz-Schaltung bereits.

Tipp: Es gibt zahlreiche andere Funktechniken, die wesentlich weniger Energie benötigen, als WLAN.

Deep-Sleep Modus

Man aktiviert den Deep-Sleep Modus durch Aufrufen der Funktion ESP.deepSleep(µs) gefolgt von delay(100). Als Parameter (µs) gibt man an, in wie vielen Mikrosekunden der Chip wieder aufwachen soll. Maximal 71 Minuten sind möglich. Der Wert 0 lässt den Chip für immer schlafen, oder bis zum nächsten Hardware-Reset.

Wenn man den Wakeup-Timer benutzt, muss der Timer-Ausgang GPIO16 mit dem RESET Eingang verbunden werden, sonst hängt der Chip nach dem Aufwachen. Da die Firmware beim Aufwachen neu startet, geht der Inhalt des RAM verloren. Die RTC enthält jedoch 512 Byte zusätzlichen Speicher, der den Deep-Sleep Modus (jedoch nicht Power-Down) überlebt.

Da beim Aufwachen eine neue WLAN Verbindung aufgebaut werden muss, dauert es typischerweise 3 Sekunden.

Power-Down Modus

Dieser Modus wird durch eine fallende Flanke am ENABLE Eingang ausgelöst, aber erst nachdem die Firmware gestartet ist. Wenn ENABLE zu früh auf Low gezogen wird, nimmt der Chip ca. 2,5 mA auf!

Die steigende Flanke am ENABLE Eingang bewirkt, dass der Power-Down Modus verlassen wird und die Firmware neu startet.

Stromaufnahme im Reset

USB-UART Kabel

Für USB-UART Produkte mit altem oder gefälschtem PL2303 Chip habe ich hier einen passenden alten Windows Treiber, denn der aktuelle Treiber mag diese Chips nicht. Den Treiber für die chinesischen CH340 und CH341 Chips kann man direkt von der Webseite des Herstellers downloaden.

Anschluss an 5 V Mikrocontroller

Für die umgekehrte Richtung gilt: Die meisten 5 V Mikrocontroller (z.B. AVR) und alle 74HCT Logikgatter akzeptieren 3,3 V als gültigen High Pegel. Man kann sie also direkt verbinden. Falls du den Signalpegel dennoch auf 5V erhöhen musst, kannst du das so tun:

Diese Schaltung funktioniert mit jedem gewöhnlichen kleinen NPN Transistor.

Flash Speicher

Der ESP8266 kann bis zu 16 MByte Flash Speicher adressieren, davon jedoch nur maximal 1 MByte als Programmspeicher. Ungefähr 250 kB davon belegt die Basis Firmware. Der ESP8266 unterstützt folgende Zugriffsarten auf den Flash Speicher:

• QIO verwendet 4 Leitungen für Lesen und Schreiben
• QOUT verwendet 4 Leitungen für Lesen aber nur 1 Leitung für Schreiben
• DIO verwendet 2 Leitungen für Lesen und Schreiben
• DOUT verwendet 2 Leitungen für Lesen aber nur 1 Leitung für Schreiben

Welche Einstellung richtig ist, hängt vom eingebauten Speicherchip ab. Zum Ändern muss man eine Konfigurationsdatei anpassen und dann den Quelltext der Firmware neu compilieren.

Der ESP8285 hat hingegen 1 MByte Flash intern, welcher nur DOUT mit 40 MHz unterstützt. Dafür hat der Chip zwei weitere I/O Pins frei, nämlich GPIO9 und GPIO10.

Beim Start gibt der Chip ein paar Diagnose-Meldungen mit 74880 Baud aus, noch bevor die Firmware gestartet wird. Im Fehlerfall lohnt es sich, diese Meldungen mit einem Terminal-Programm anzuzeigen.

Performance

Firmware Hochladen

Firmware-Upload:

• GPIO0   = LOW
• GPIO15 = LOW
• GPIO1 (TxD)   = nicht herunter ziehen
• GPIO2 (TxD2) = nicht herunter ziehen

• GPIO0   = HIGH
• GPIO15 = LOW
• GPIO1 (TxD)   = nicht herunter ziehen
• GPIO2 (TxD2) = nicht herunter ziehen

GPIO1 und GPIO2 müssen beim Start auf HIGH Pegel liegen, was interne Pull-Up Widerstände erledigen. Der Bootloader gibt auf beiden seriellen Ports Meldungen mit 74880 Baud aus. Nach dem Start können alle vier Pins jedoch als frei programmierbare I/O Anschlüsse verwendet werden. Daraus ergibt sich die folgende sinnvolle Grundschaltung:

Um den ESP-Chip in den Firmware-Upload Modus zu versetzen, musst du beide Taster gleichzeitig drücken und dann den Reset Taster zuerst loslassen. Der ESP Chip erwartet dann Kommandos und Daten vom PC.

Der Widerstand vor GPIO0 schützt vor Kurzschluss, falls man den Pin als Ausgang programmiert. Der Wakeup-Jumper muss verbunden sein, wenn man den Deep-Sleep Modus mit Wakeup-Timer verwendet. Viele Boards haben die Reset-Schaltung von NodeMCU kopiert, mit der man sich das Drücken der Taster ersparen kann. Sie funktioniert allerdings nicht immer zuverlässig.

Es gibt zahlreiche grafische Programme zum hochladen der Firmware, aber die scheinen alle etwas zickig zu sein. Daher empfehle ich das Script esptool.py, welches meine beiden weiter unten bereitgestellten Firmware-Pakete enthalten. Zum Ausführen musst Du vorher Python installieren. Achte beim Ausführen der Installation darauf dass es zur PATH Variable hinzugefügt wird. Anschließend installiere die Library für serielle Ports, indem du im CMD Fenster (Eingabeaufforderung) pip install serial eingibst.

Anmerkung zu Linux:
Bei Debian/Ubuntu Linux installiert man die Library hingegen mit dem befehl sudo apt install python3-serial. Außerdem heisst der bei Linux python3, nicht python.

Mit Hilfe des esptool kann man folgendermaßen die Größe des Flash Speichers anhand seiner ID Nummer ermitteln:

Windows: python  esptool.py --port COM6 flash_id
Linux:   python3 esptool.py --port /dev/ttyUSB0 flash_id

Der eigentliche Upload einer Firmware-Datei geschieht mit dem Befehl:

python esptool.py --port COM6 write_flash 0x000000 firmware.bin

Original AT-Firmware

Auf der Seite I/O Schnittstellen Module für WLAN stelle ich eine solche Beispiel-Anwendung vor, und im Buch Einstieg in die Elektronik mit Mikrocontrollern erkläre ich detailliert, wie man so etwas macht.

Die AT Firmware sendet und empfängt im 100 ms Raster, maximal 2048 Bytes pro Intervall.

Für Module mit nur 512 kByte Flash Speicher muss man die AT-Firmware 0.50.0.0 vom SDK 1.4.0 verwenden. Das ist die letzte Version, die noch dort hinein passt. Da die Firmware in mehrere Dateien aufgeteilt ist, muss man sie so installieren:

Für alle größeren Module habe ich mir die zuverlässige AT-Firmware 1.1.0.0 vom SDK 1.5.4 gesichert. Sie wird mit folgendem Befehl installiert:

Falls deine AT-Firmware älter als 0.50.0.0 ist, rate ich zu einem Upgrade, da frühere Versionen noch ziemlich instabil liefen. Die Firma Espressif stellt ihre AT Firmware im bin Verzeichnis des SDK zur Verfügung. Dort befindet sich auch die Textdatei README.md, in der drin steht, welche Dateien abhängig von der Größe des Flash Speichers an welche Position geladen werden müssen.

AT Befehle

Zum Testen von Netzwerkverbindungen empfehle ich das Kommandozeilen-Programm Netcat. Außerdem solltest Du Dir unbedingt das Programm Wireshark anschauen, falls du es noch nicht kennst. Als Terminalprogramm zur manuellen Eingabe der AT Befehle empfehle das Hammer Terminal, Putty oder Cutecom.

Die AT Firmware kommuniziert in der Regel mit 115200 Baud. Manche Module sind auf 57600 oder 9600 Baud vor-eingestellt. Das Format für Zeilenumbrüche ist CR+LF.

Nach dem Hardware-Reset zeigt das Terminal Programm einige unlesbare Zeilen an, und dann "ready". Danach kannst du Befehle eintippen. Sollten jedoch nur unlesbare Zeichen erscheinen, stelle die Baudrate auf 74880 um, dann kannst du die Fehlermeldungen des Bootloaders lesen.

Befehle:

AT

ATE0

AT+GMR

AT version:1.1.0.0(May 11 2016 18:09:56)
SDK version:1.5.4(baaeaebb)
compile time:May 20 2016 15:06:44
OK

AT+CWMODE=1

AT+RST

AT+CWLAP

+CWLAP:(4,"EasyBox-4D2D18",-72,"18:83:bf:4d:2d:b2",2,-46)
+CWLAP:(4,"UPC2827302",-63,"88:f7:c7:52:40:9d",6,-22)
+CWLAP:(0,"Unitymedia WifiSpot",-64,"8a:f7:c7:52:40:9f",6,-22)
+CWLAP:(3,"Pussycat",-45,"5c:49:79:2d:5b:cd",7,-4)
OK

AT+CWJAP="Pussycat","supersecret"

AT+CWJAP?

+CWJAP:"Pussycat","5c:49:79:2d:5b:cd",7,-60
OK

AT+CIFSR

+CIFSR:STAIP,"192.168.0.111"
+CIFSR:STAMAC,"5c:cf:7f:8b:a9:f1"
OK

AT+CIPMUX=1

AT Firmware als TCP Server benutzen

AT+CIPSERVER=1,5000

nc 192.168.0.111 5000
Hello
World!

Am seriellen Port des Moduls erscheinen dabei folgende Meldungen:

0,CONNECT
+IPD,0,7:Hello
+IPD,0,8:World!

AT+CIPSEND=0,9
> Welcome!

SEND OK

Laut Dokumentation soll man nach diesem Kommando mindestens 1 Sekunde warten. Bei meinen Tests funktionierten aber 4 Kommandos pro Sekunde weitgehend zuverlässig.

AT+CIPCLOSE=0

0,CLOSED
OK

AT Firmware als TCP Client benutzen

AT+CIPSTART=0,"TCP","mail.stefanfrings.de",25

0,CONNECT
OK
+IPD,0,96:220 wp039.webpack.hosteurope.de 
   ESMTP Host Europe Mail Service 
   Sat, 08 Apr 2017 23:37:19 +0200

Da dieser Mail-Server sofort antwortet, siehst du auch direkt eine +IPD Zeile. Der Text hinter dem Doppelpunkt ist die Antwort des Servers. Danach kann man mit AT+CIPSEND wie bereits oben beschrieben Daten an den Server senden. Mit AT+CIPCLOSE schließt man die Verbindung.

AT Firmware für UDP benutzen

UDP ist einfacher zu programmieren und nutzt die Übertragungsstrecke effizienter als TCP. Es eignet sich besonders gut zur regelmäßigen Übertragung von Messwerten, wenn einzelne Aussetzer tolerierbar sind (z.B. Temperaturfühler). Leider können Javascripte in Webseiten das UDP Protokoll nicht nutzen.

AT+CIPSTART=0,"UDP","0",0,3002,0

nc -u 192.168.0.111 3002
Lets start!

Wobei du die IP-Adresse deines WLAN Moduls angeben musst. Wenn Du dann in Netcat etwas zum senden eintippst, wird das Modul den Empfang der Nachricht mit +IPD signalisieren.

AT+CIPSTART=0,"UDP","0",0,3002,2

AT+CIPSTART=0,"UDP","192.168.0.5",3001,3002,0

Soft-AP Modus

AT+CWMODE=2
AT+CWSAP="ESP-Modul","supersecret",5,3
AT+RST

Es gibt auch einen Kombinierten Modus (AT+CWMODE=3), in welchem sich das Modul mit einem bestehenden WLAN Netz verbindet und außerdem ein eigenes zweites Netz aufspannt.

Möglichkeiten der Programmierung

Das NodeMCU Projekt bemüht sich darum, die Programmierung stark zu vereinfachen, indem man auf LUA Scripte setzt. Allerdings leidet dieser Lösungsansatz an notorischem Speichermangel. Das eigene LUA Script muss samt Daten (Variablen) in ca. 40 kByte RAM gequetscht werden. Scrolle auf der Projektseite nach unten, dort gibt es einen Link zu dem "custom firmware build service", wo man sich eine individuell zusammengestellte Firmware erzeugen lässt.

Die Bastel-freundlichste Lösung ist meiner Meinung nach die ESP8266 Erweiterung für Arduino. Man programmiert dort in C++. Die Installation der Arduino IDE ist kinderleicht - kein Vergleich zum Espressif SDK.

Alle drei Varianten haben eines gemeinsam: Das Debuggen mit einer IDE ist nur sehr eingeschränkt möglich. In der Praxis wird man eher mit seriellen Log-Meldungen arbeiten, wie das bei Arduino ohnehin üblich ist.

Erste Schritte mit Arduino

Installation:

• Downloade die aktuelle Arduino IDE und starte sie.
• Gehe ins Menü Datei/Voreinstellungen. Gebe ins Feld "Zusätzliche Boardverwalter-URLs" die Adresse http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json ein.
• Gehe ins Menü Werkzeuge/Board/Boardverwalter. Suche dort den ESP8266 Core und installiere ihn. Dort kannst du auch auf andere Versionen wechseln.

Falls deine Programme instabil laufen, versuche die Arduino IDE in Version 1.8.7 mit dem ESP8266 Core in Version 2.3.0.
Downloads: Linux Windows

Anwendung:

• Stelle im Werkzeuge Menü das "Generic ESP8266 Module" ein, bzw. was auch immer du für ein Modul vorliegen hast.
• Stelle dann darunter im Werkzeuge Menü die Details zum Board ein, im Zweifelsfall:
  • Upload Speed: 115200
  • CPU Frequency: 80 MHz
  • Flash Size: 512k (NO SPIFFS)
  • Flash Mode: DIO
  • Flash Frequency: 40 MHz
  • Reset Method: NodeMCU, spielt keine Rolle wenn man den Reset-Knopf manuell betätigt
  • Debug Port: disabled
  • Debug Level: keine
  • Port: Entsprechend deinem USB-UART Kabel
  • Programmer: spielt keine Rolle, es wir immer ein USB-UART verwendet
• Schreibe dein Programm (Sketch).
• Compiliere das Programm, mit dem Menüpunkt Sketch/Überprüfen&Compilieren.
• Lade dein Programm hoch, mit dem Menüpunkt Sketch/Hochladen.

Lies die Dokumentation von Arduino und dem ESP8266 Core Version 2.3.0 / aktuelle Version. Die Doku von der Version 2.3.0 ist auch im obigen Download enthalten.

Beispiel Sketche

LED Blinker

//The ESP-12 has a blue LED on GPIO2
#define LED 2

/** Runs once at startup */
void setup() 
{
    pinMode(LED, OUTPUT);
    Serial.begin(115200);
}

/** Main loop, executed repeatedly */
void loop() 
{
    digitalWrite(LED, LOW);
    Serial.println(F("Tick"));
    delay(500);

    digitalWrite(LED, HIGH);
    Serial.println(F("Tack"));
    delay(500);
}

UDP Server

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiUDP.h>

// The ESP-12 has a blue LED on GPIO2
#define LED 2

// Name and password of the access point
#define SSID "Pussycat"
#define PASSWORD "supersecret"

// The server accepts connections on this port
#define PORT 5444
WiFiUDP udpServer;

// Buffer for incoming UDP messages
char udp_buffer[WIFICLIENT_MAX_PACKET_SIZE+1];


/** Receive UDP messages and send an echo back */
void process_incoming_udp()
{   
    if (udpServer.parsePacket()) 
    {
        // Fetch received message
        int len=udpServer.read(udp_buffer,sizeof(udp_buffer)-1);
        udp_buffer[len] = 0;
                
        // Display the message
        Serial.print(F("Received from "));
        Serial.print(udpServer.remoteIP());
        Serial.print(":");
        Serial.print(udpServer.remotePort());
        Serial.print(": ");
        Serial.println(udp_buffer);
        
        // Send echo back
        udpServer.beginPacket(udpServer.remoteIP(), udpServer.remotePort());
        udpServer.print(F("Echo: "));
        udpServer.print(udp_buffer); 
        udpServer.endPacket();
        
        // Execute some commands
        if (strstr(udp_buffer, "on"))
        {
            digitalWrite(LED, LOW);
            udpServer.println(F("LED is on"));
        }
        else if (strstr(udp_buffer, "off"))
        {
            digitalWrite(LED, HIGH);
            udpServer.println(F("LED is off"));
        }
    }    
}


/** Optional: Notify about AP connection status changes */
void check_ap_connection()
{
    static wl_status_t preStatus = WL_DISCONNECTED;
    
    wl_status_t newStatus = WiFi.status();
    if (newStatus != preStatus)
    {
        if (newStatus == WL_CONNECTED)
        {
            digitalWrite(LED, LOW);
            
            // Display the own IP address and port
            Serial.print(F("AP connection established, listening on "));
            Serial.print(WiFi.localIP());
            Serial.print(":");
            Serial.println(PORT);
        }
        else
        {
            digitalWrite(LED, HIGH);
            Serial.println(F("AP conection lost"));
        }
        preStatus = newStatus;
    }
}


/** Runs once at startup */
void setup()
{
    // LED off
    pinMode(LED, OUTPUT);
    digitalWrite(LED, HIGH);

    // Initialize the serial port
    Serial.begin(115200);
    
    // Give the serial monitor of the Arduino IDE time to start
    delay(500);

    // Use an external AP
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.begin(SSID, PASSWORD);

    // Start the UDP server
    udpServer.begin(PORT);
}


/** Main loop, executed repeatedly */
void loop()
{
    process_incoming_udp();
    check_ap_connection();
}

nc -u 192.168.0.111 5444
Monkey see monkey do
Echo: Monkey see monkey do
off
Echo: off
LED is off
on
Echo: on
LED is on

TCP Server

#include <ESP8266WiFi.h>

// The ESP-12 has a blue LED on GPIO2
#define LED 2

// Name and password of the access point
#define SSID "Pussycat"
#define PASSWORD "supersecret"

// The server accepts connections on this port
#define PORT 5333
WiFiServer tcpServer(PORT);

// Objects for connections
#define MAX_TCP_CONNECTIONS 5
WiFiClient clients[MAX_TCP_CONNECTIONS];

// Buffer for incoming text
char tcp_buffer[MAX_TCP_CONNECTIONS][30];


/**
 * Collect lines of text.
 * Call this function repeatedly until it returns true, which indicates
 * that you have now a line of text in the buffer. If the line does not fit
 * (buffer to small), it will be truncated.
 *
 * @param source The source stream.
 * @param buffer Target buffer, must contain '\0' initiallly before calling this function.
 * @param bufSize Size of the target buffer.
 * @param terminator The last character that shall be read, usually '\n'.
 * @return True if the terminating character was received.
 */
bool append_until(Stream& source, char* buffer, int bufSize, char terminator)
{
    int data=source.read();
    if (data>=0)
    {
        int len=static_cast<int>(strlen(buffer));
        do
        {
            if (len<bufSize-1)
            {
                buffer[len++]=static_cast<char>(data);
            }
            if (data==terminator)
            {
                buffer[len]='\0';
                return true;
            }
            data=source.read();
        }
        while (data>=0);
        buffer[len]='\0';  
    }
    return false;
}


/** Optional: Notify about AP connection status changes */
void check_ap_connection()
{
    static wl_status_t preStatus = WL_DISCONNECTED;
    
    wl_status_t newStatus = WiFi.status();
    if (newStatus != preStatus)
    {
        if (newStatus == WL_CONNECTED)
        {
            digitalWrite(LED, LOW);
            
            // Display the own IP address and port
            Serial.print(F("AP connection established, listening on "));
            Serial.print(WiFi.localIP());
            Serial.print(":");
            Serial.println(PORT);
        }
        else
        {
            digitalWrite(LED, HIGH);
            Serial.println(F("AP conection lost"));
        }
        preStatus = newStatus;
    }
}


/** 
 * Put new connections into the array and
 * send a welcome message.
 */
void handle_new_connections()
{
    WiFiClient client = tcpServer.available();
    if (client)
    {
        Serial.print(F("New connection from "));
        Serial.println(client.remoteIP().toString());
        
        // Find a freee space in the array   
        for (int i = 0; i < MAX_TCP_CONNECTIONS; i++)
        {
            if (!clients[i].connected())
            {
                // Found free space
                clients[i] = client;
                tcp_buffer[i][0]='\0';
                Serial.print(F("Kanal="));
                Serial.println(i);
                
                // Send a welcome message
                client.println(F("Hello World!"));
                return;
            }
        }
        Serial.println(F("To many connections"));
        client.stop();
    }
}


/** Receive TCP messages and send echo back */
void process_incoming_tcp()
{   
    static int i=0;
    
    // Only one connection is checked in each call
    if (clients[i].available())
    {
        // Collect characters until line break
        if (append_until(clients[i],tcp_buffer[i],sizeof(tcp_buffer[i]),'\n'))
        {        
            // Display the received line
            Serial.print(F("Received from "));
            Serial.print(i);
            Serial.print(": ");
            Serial.print(tcp_buffer[i]);

            // Send an echo back
            clients[i].print(F("Echo: "));
            clients[i].print(tcp_buffer[i]);
            
            // Execute some commands
            if (strstr(tcp_buffer[i], "on"))
            {
                digitalWrite(LED, LOW);
                clients[i].println(F("LED is on"));
            }
            else if (strstr(tcp_buffer[i], "on"))
            {
                digitalWrite(LED, HIGH);
                clients[i].println(F("LED is off"));
            }    
            
            // Prepare the buffer to receive the next line
            tcp_buffer[i][0]='\0';
        }
    }
    
    // Switch to the next connection for the next call
    if (++i >= MAX_TCP_CONNECTIONS)
    {
        i=0;
    }
}


/** Executes once during start*/
void setup()
{
    // LED off
    pinMode(LED, OUTPUT);
    digitalWrite(LED, HIGH);

    // Initialize the serial port
    Serial.begin(115200);
    
    // Give the serial monitor of the Arduino IDE time to start
    delay(500);

    // Use an external AP
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.begin(SSID, PASSWORD);

    // Start the TCP server
    tcpServer.begin();
}


/** Main loop, executed repeatedly */
void loop()
{
    handle_new_connections();
    process_incoming_tcp();
    check_ap_connection();
}

nc 192.168.0.111 5333
Hello World!
I am Groot
Echo: I am Groot
off
Echo: off
LED is off
on
Echo: on
LED is on

Deswegen habe ich die Funktion append_until() entwickelt, die Eingaben Zeilenweise unabhängig von der Segmentierung einsammelt. Im Gegensatz zu Arduinos readStringUntil() hat sie folgende Vorteile:

• Sie blockiert den Programmablauf nicht, während sie auf das Zeilen-Ende wartet.
• Sie verzichtet auf Strings, die Heap-Fragmentierung provozieren.
• Sie liefert niemals mehr Zeichen zurück, als in den Puffer/Speicher passen.

WiFi Config Service

Eine naheliegende Alternative wäre, ein provisorisches WLAN Netz zu erzeugen und dort eine Webseite zur Konfiguration bereit zu stellen. Mein kleines WiFi-Monitor Projekt enthält die Klasse ConfigService, welche genau das tut. An dem folgenden verkürzten Quelltext siehst du, wie einfach der WiFi Config Service anzuwenden ist:

#include "ConfigService.h"

ConfigService configService(80);

void setup()
{
    configService.begin(5,"WiFi Monitor","");
    ...
}

void loop()
{
    configService.run();
    ...
}

Dort gibst du die Zugangsdaten deines Access Points (z.B. Fritz Box) ein. Wenn sie richtig sind, baut das Modul sofort eine Verbindung zu diesem Gerät auf. Das Hauptprogramm in diesem Beispielprojekt testet die Erreichbarkeit des konfigurierten Webservers und zeigt den Status anhand einer bunten LED an.

WLAN vorübergehend aus schalten

  ESP.deepSleep(1, WAKE_RF_DISABLED); 
  delay(100);

  ESP.deepSleep(1, WAKE_RFCAL); 
  delay(100);

Fallstricke

Für eigene Programme stehen nur ungefähr 4 kByte Stack zur Verfügung. Wenn lokale Variablen in Prozeduren mehr Platz belegen, stürzt das Programm ab. Größere Datenmengen (z.B. Puffer für Daten) sollen daher vorzugsweise global deklariert werden, damit sie außerhalb des Stack liegen.

Bedenke das String Objekte und Zeichenketten normalerweise im RAM liegen. Hier ist beschrieben, wie man sie stattdessen im Flash Speicher anlegt, um RAM zu sparen.

Dynamische Speicherverwaltung auf dem Heap verlangt besondere Sorgfalt, damit der Heap nicht fragmentiert wird. Sobald der eigene Code die Schlüsselwörter delete oder free() enthält, sollte man die Langzeit-Stabilität der Anwendung gründlich überprüfen. Außerdem rate ich dringend dazu, String Objekte zu meiden, weil sie davon intensiv Gebrauch machen. Mehr dazu hier.

Wenn man Daten sendet, wird aus jedem Client::print() und Client::write() Aufruf ein einzelnes Ethernet Paket. Viele kleine Pakete reduzieren die Performance, da sie genau so lange dauern, wie große Pakete. Wenn man jedoch in einem Aufruf zu viele Daten sendet, teilt die Firmware sie automatisch auf mehrere Pakete auf und wartet notfalls sogar darauf, dass Platz im Sendepuffer frei wird.

• lwIp 1.4: Die maximale Paketgröße steht in WIFICLIENT_MAX_PACKET_SIZE und ist 1460 Bytes
• lwIp 2.0: Die maximale Paketgröße steht in TCP_MSS und ist je nach Board-Konfiguration 536 oder 1460 Bytes

Da der Empfangspuffer mehrere Pakete aufnehmen kann, muss man bei der Programmierung davon ausgehen, dass Client::available() und Client::readBytes() einige Kilobytes am Stück zurück liefern, vor allem wenn die Daten schnell aufeinander folgend eintreffen. Passe daher beim Auslesen der Daten auf, weder deine Puffer noch den Stack zu überladen.

Benutze die Methoden readString() und readStringUntil() am besten gar nicht, weil sie beliebig lange Strings ansammeln, die leicht einen Speicher-Überlauf auslösen. Besser geht es mit meiner append_until() Funktion aus dem obigen Beispiel-Sketch.

Verlasse dich nicht darauf, dass gesendete TCP Nachrichten den Empfänger in der gleichen Segmentierung erreichen, wie sie gesendet wurden. Die Netzwerk-Komponenten dürfen die Segmente des TCP Datenstromes zerlegen und neu zusammenfügen. In dieser Diskussion wurden die Effekte der Segmentierung schön erklärt.

Beim UDP Protokoll sendet und empfängt man Pakete mit der oben genannten maximalen Größe. Diese kann unter Umständen durch Netzwerk Komponenten (Router, Modems, etc.) noch weiter eingeschränkt sein.

Interrupt-Handler Routinen müssen mit dem Makro ICACHE_RAM_ATTR gekennzeichnet werden, sonst stürzt der Mikrocontroller ab. Innerhalb von Interruptroutinen darf man keine WLAN-Funktion benutzen, den ADC nicht auslesen und auch nicht delay() oder yield() benutzen. Ich rate davon ab, Interrupts überhaupt zu verwenden, weil es dabei oft zu unerwarteten Störungen kommt.

Es wird empfohlen, nach ESP.deepSleep() immer einen delay(100) einzufügen, damit das Einschlafen zuverlässig funktioniert.

Jedes mal, wenn die Parameter der WLAN Verbindung verändert werden, findet ein Schreibzugriff auf den Flash Speicher statt. Die Einstellungen werden nämlich automatisch abgespeichert und beim nächsten Start wieder angewendet. Das betrifft die Funktionen:

• WiFi.begin(ssid, password)
• WiFi.disconnect()
• WiFi.softAP(ssid, password, channel)
• WiFi.softAPdisconnect()

Andere IDE als besseren Text-Editor verwenden

Ich habe sowohl mit Netbeans als auch mit Qt-Creator gute Erfahrungen gemacht. Qt-Creator gefällt mir besser, weil es den Quelltext schon beim Tippen analysiert und auf mögliche Fehler hinweist.

In den folgenden Absätzen habe ich das Installationsverzeichnis der Arduino IDE mit <arduino> abgekürzt. Das <packages> Verzeichnis, wo die Erweiterungen instaliert sind, liegt normalerweise im persönlichen Ordner:

Bei einer portablen Installation befinden sich die Packages hingegen im Verzeichnis <arduino>/portable.

Gehe in der Arduino IDE in das Menü Datei/Voreinstellungen und schalte die Option "Externen Editor verwenden" ein.

Qt-Creator

Der C-Compiler heißt xtensa-lx106-elf-gcc, und der C++ Compiler heißt xtensa-lx106-elf-cpp. Beide liegen irgendwo im <packages> Verzeichnis. Qt-Creator nutzt diese beiden Befehle, um die Standard-C Libraries automatisch zu finden.

Ganz unten in der Zeile "ABI" brauchst du nichts zu ändern, benutze dort einfach die Vorgabewerte, auch wenn sie bei Dir anders aussehen. Danach gehe in den "Kits" Reiter und lege dort ein neues Kit mit den gerade angelegten Compilern an:

Die CMAKE Konfiguration spielt keine Rolle, lasse sie einfach unverändert.

Anschließend kannst du das Arduino-Projekt über das Menü "Datei/Neu/Projekt importieren/Import eines existierenden Projekts" importieren. Gebe danach in der Datei "ProjektName.files" alle Dateien an, die du mit Qt-Creator editieren möchtest - also die *.ino, *.h und *.cpp Dateien.

In der Datei "ProjektName.includes" musst du die Verzeichnisse der verwendeten ESP8266 Libraries hinzufügen, sowie die core Library von Arduino:

<packages>/esp8266/hardware/esp8266/2.3.0/cores/esp8266
<packages>/esp8266/hardware/esp8266/2.3.0/variants/generic
<packages>/esp8266/hardware/esp8266/2.3.0/tools/sdk/include
<packages>/esp8266/hardware/esp8266/2.3.0/libraries/ESP8266WiFi/src
<packages>/esp8266/hardware/esp8266/2.3.0/libraries/EEPROM
<packages>/esp8266/hardware/esp8266/2.3.0/libraries/Wire
<packages>/esp8266/hardware/esp8266/2.3.0/libraries/SPI
<arduino>/hardware/arduino/avr/cores/arduino

In der Datei "ProjektName.config" gibst du die Version 1.8.7 deiner Arduino IDE an:

#define ARDUINO 010807

Nun kannst du deinen Sketch mit Qt-Creator editieren. Um ihn zu überprüfen (compilieren) und hochzuladen musst du weiterhin die Arduino IDE verwenden.

NetBeans

Installiere das Oracle JDK (unter Linux geht auch OpenJDK) und NetBeans in der Variante für C/C++. Wenn du NetBeans bereits für andere Programmiersprachen installiert hast, genügt es das C/C++ Plugin hinzuzufügen.

Starte NetBeans und gehe dann ins Menü Tools/Options/Miscellaneous/Files. Wähle die Dateiendung C++ aus. Klicke dann auf den "New..." Knopf und füge die Endung "ino" hinzu. Danach erkennt NetBeans die *.ino Dateien als C++ Quelltext an.

Gehe ins Menü Tools/Options/C/C++/Build Tools. Füge eine neue "Tool Collection" mit dem Basis-Verzeichnis <esp8266>/tools/xtensa-lx106-elf-gcc hinzu. Darunter muss die "Tool Collection Family" auf "GNU MinGW" (unter Windows) bzw. "GNU" (unter Linux) eingestellt werden. Der Name für die neue Tool Collection soll "ESP8266" sein.

Der C-Compiler heißt xtensa-lx106-elf-gcc, und der C++ Compiler heißt xtensa-lx106-elf-cpp. Beide liegen irgendwo im <packages> Verzeichnis. Die anderen Programm-Felder darunter dürfen leer bleiben:

Wechsle dann zu dem Reiter "Code Assistance". Wähle bei "Tool Collection" die "ESP8266" aus und füge dann darunter beim C++ Compiler unter "Include Directories" alle verwendeten ESP8266 Libraries hinzu, und die core Library von Arduino:

Erstelle in deinem Arduino Projektverzeichnis (wo sich die *.ino Datei befindet) eine leere Datei mit dem Namen "Makefile" (achte dabei auf die groß/klein-Schreibung). Gehe danach in NetBeans auf den Menüpunkt File/New Project. Wähle als Projekt-Typ "C/C++ with Existing Sources" aus. Im nächsten Dialog gibst du das Projektverzeichnis und die Tool Collection ist "ESP8266" an. Die Option "Use Build Analyzer" soll ausgeschaltet werden.

Nun kannst du deinen Sketch mit Netbeans editieren. Um ihn zu überprüfen (compilieren) und hochzuladen musst du weiterhin die Arduino IDE verwenden. Eventuell magst du dir diese Anleitung anschauen, wo die Bedienung des Editors erklärt wird.

Manchmal funktionieren die ganzen erweiterten Editor-Funktionen bei einzelnen Dateien nicht. Klicke dann in der Projekt-Ansicht mit der rechten Maustaste auf den Dateinamen und dann auf Properties. In dem folgenden Dialog musst Du die Option "Add To Parse" einschalten, dann funktioniert es.

Kritik

In den ersten zwei Jahren war diese Firmware noch so unzuverlässig, dass an eine ernsthafte Nutzung nicht zu denken war. Inzwischen gibt es mit SDK Version 1.5.4 und dem Arduino Core 2.3.0 brauchbare Entwicklungs-Kits. Die danach veröffentlichten Versionen 2.4.x und 2.5.x laufen nach meinem Kenntnisstand wieder weniger stabil.

Espressif hat seinen Chip lange Zeit als "besonders sparsam" beworben und dies mit falschen Zahlen zur Stromaufnahme bekräftigt. Die falschen Zahlen findet man bis heute noch in den Produktbeschreibungen zahlreicher Händler. WLAN hat verglichen mit anderen Alternativen generell einen hohen Energiebedarf, und die Produkte von Espressif sind hier einfach nur billig aber nicht besonders gut. Zum Beispiel sind die Module Silabs AWM136 und Texas Instruments CC3120 deutlich sparsamer.

Das Datenblatt nennt einige Features (z.B. I²C, PWM, IR Remote), die der Chip in Wirklichkeit nicht hat. Im "Kleingedruckten" dazu heißt es, dass man diese in Software implementieren "kann".

Mich stört, dass der Hersteller den Pin 7 mehrfach umbenannt hat: CH_PD, CHIP_PU, CHIP_EN. Weder im Datenblatt, noch in der entsprechenden Application Note wird erwähnt, dass der Eingang erst nach dem Start der Firmware richtig funktioniert.

Ein mutmaßlicher Fehler im Design des Chips bewirkt, dass er sich beim Aufwachen aus dem Deep-Sleep Modus aufhängt. Deswegen muss der Timer Ausgang mit dem Reset Eingang verbunden werden, was einen kompletten Neustart der Firmware mit Verlust der Daten im RAM bewirkt.

Der Watchdog-Reset schlägt nach einem Programmfehler (z.B. Stack Überlauf) häufig fehl. Ein externer Hardware Reset funktioniert aber zuverlässig. Ein Impuls am ENABLE-Eingang genügt hingegen nicht, um eine Blockierung zu lösen.

Der ADC Eingang taugt nur als grobes Schätzeisen, weil er nicht linear arbeitet und sich vom RF Interface stören lässt. Laut einer sehr gut versteckten Info im Datenblatt sind bis zu 20 % Abweichung möglich!

Die RTC läuft im Deep Sleep Modus so ungenau, dass sie praktisch unbrauchbar ist. Daher ist mir die fehlende Unterstützung im Arduino Framework egal.

Da die Firmware in unregelmäßigen Abständen mit der WLAN Schnittstelle beschäftigt ist, ist die Erzeugung von Signalen per Software mit exakten Timings im Mikrosekunden-Bereich fast unmöglich. Dies äußert sich zum Beispiel in sichtbarem Flackern bei PWM gedimmten Lampen. Für die beliebten Neopixel (WS2812 und ähnliche) muss man die serielle Schnittstelle oder I²S mit DMA missbrauchen, um ausreichend genaue Signale zu erzeugen.

Für Hobbyprojekte ist der Chip trotzdem interessant, vor allem wegen seines unschlagbaren Preises.

Vergleich mit ESP32

Weitere Schnittstellen: 3·UART, 2·SPI, 2·I²C, 2·I²S, 1·CAN, 16·PWM, 1·DAC, 1·ADC mit 15 Eingängen, ein Hall Sensor und ein Temperatur Sensor.

Die ESP32-S haben nur einen CPU Kern. Bei den ESP32-D Modellen mit 2 CPU Kernen kann man einen Kern für das Anwendungsprogramm reservieren, während der andere Kern sich um WLAN kümmert. Die 2-Kern Modelle haben gerade genug Leistung für ernsthafte Verschlüsselung, dafür ist allerdings ihre Stromaufnahme wesentlich höher.

ADC und RTC sind gemäß öffentlichen Diskussionen beide ebenso ungenau, wie beim Vorgänger.

Leider machten sowohl das Espressif IoT Development Framework (IDF) als auch der darauf basierende Arduino Core im Jahr 2018 noch einen unausgereiften Eindruck. Ich vermute, dass sich der Hersteller mit zu vielen Funktionen überfordert hat. Weniger ist manchmal mehr.