¿Qué es ESP32?

La ESP32 es un microcontrolador de bajo costo y bajo consumo de energía con conectividad Wi-Fi y Bluetooth integrada, un procesador de doble núcleo; desarrollado por Espressif Systems. Es la sucesora de la popular ESP8266, pero con una serie de mejoras y nuevas características que la hacen más versátil y potente para una amplia gama de aplicaciones en el Internet de las Cosas (IoT), automatización doméstica, wearables, e Inteligencia Artificial en el sentido de poder hacer inferencia de modelos neurales bajo uso de librerías optimizadas.

Las principales características de la ESP32 son:

• CPU y rendimiento: cuenta con un procesador Tensilica Xtensa LX6 de 32 bits de doble núcleo que puede funcionar hasta a 240 MHz. También está disponible en variantes de núcleo único.
• Conectividad: ofrece conectividad Wi-Fi 802.11 b/g/n y Bluetooth (clásico y BLE). Capacidades de Wi-Fi: el ESP32 puede conectarse fácilmente a una red Wi-Fi para conectarse a Internet (station mode) o crear su propia red inalámbrica Wi-Fi (access point mode) para que otros dispositivos puedan conectarse a ella; esto es esencial para proyectos de IoT y automatización del hogar: puede tener varios dispositivos comunicándose entre sí utilizando sus capacidades de Wi-Fi. Bluetooth: el ESP32 admite Bluetooth clásico y Bluetooth Low Energy (BLE) , que es útil para una amplia variedad de aplicaciones de IoT.
• Memoria: incluye una amplia gama de opciones de memoria, con hasta 520 KB de SRAM interna y la capacidad de soportar memoria flash externa para almacenamiento de datos y programas.
• Interfaz de entrada/salida periférica (GPIO): el ESP32 admite una amplia variedad de periféricos de entrada (leer datos del mundo exterior) y salida (para enviar comandos/señales al mundo exterior) incluyendo SPI, I2C, UART, ADC (conversores analógico a digital), DAC (conversores digital a analógico) y PWM (modulación por ancho de pulso).
• Bajo costo: se puede obtener un ESP32 por menos de US$5, lo que la hace fácilmente accesible.
• Bajo consumo y Modos de energía: el ESP32 consume muy poca energía en comparación con otros microcontroladores y admite estados de modo de bajo consumo como el sueño profundo e hibernación para ahorrar energía.
• Compatibilidad con el lenguaje de programación Arduino: la ESP32 se puede programar con el IDE Arduino y permite el uso de sus librerías.
• Compatibilidad con MicroPython: se puede programar el ESP32 con el firmware MicroPython, que es una reimplementación de Python 3 destinada a microcontroladores.
• Seguridad: Incluye características de seguridad avanzadas, como el cifrado por hardware, arranque seguro y almacenamiento seguro.

La ESP32 se destaca por su capacidad de soportar el rápido desarrollo de aplicaciones IoT gracias a su bajo costo, su amplia gama de características integradas, y la flexibilidad que ofrece para el desarrollo de software con el uso de diversos frameworks y herramientas de desarrollo: Se puede usar como framework Arduino con sus librerías y el framework ESP-IDF oficial de Espressif que permite mayor personalización. Igualmente el uso de Sistemas Operativos en tiempo real como el FreeRTOS se puede usar en la ESP32 a partir de los dos frameworks.

Framework Arduino

• Facilidad de uso: Arduino es conocido por su simplicidad y facilidad de uso, lo que lo hace ideal para principiantes y para aquellos que buscan prototipar rápidamente sus proyectos sin una curva difícil de aprendizaje.
• Comunidad y soporte: Arduino tiene una gran comunidad de usuarios y una amplia gama de bibliotecas y ejemplos disponibles, lo que puede ser muy útil para resolver problemas o aprender a implementar nuevas funcionalidades.
• Integración con FreeRTOS: Aunque Arduino corre sobre el ESP32 y puede usar FreeRTOS (ya que el ESP32 tiene FreeRTOS integrado en su núcleo), el acceso a las funcionalidades de FreeRTOS puede ser más limitado o abstracto en comparación con ESP-IDF.

Framework ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework)

• Acceso completo a las funcionalidades del hardware: ESP-IDF es el framework oficial de desarrollo para ESP32 desarrollado por Espressif. Ofrece acceso completo a todas las características y funcionalidades del hardware, incluyendo un control más detallado sobre FreeRTOS y sus capacidades.
• Flexibilidad y control: con ESP-IDF, se tiene un control más fino sobre el sistema operativo en tiempo real (FreeRTOS), lo que te permite optimizar el rendimiento y la eficiencia energética de las aplicaciones.
• Curva de aprendizaje: ESP-IDF tiene una curva de aprendizaje más pronunciada en comparación con Arduino. Está diseñado para desarrolladores que requieren características avanzadas y un control completo sobre el hardware.
• Comunidad y soporte: Aunque ESP-IDF tiene una comunidad activa y el soporte de Espressif, la cantidad de recursos y la facilidad de encontrar ejemplos o bibliotecas puede no ser tan amplia como en Arduino.

Conectividad inalámbrica:

• WiFi : velocidad de datos de 150,0 Mbps con HT40 (se refiere a la utilización de un ancho de banda de canal de 40 MHz).
• Bluetooth: BLE (Bluetooth de baja energía) y Bluetooth clásico.

Procesador:

Microprocesador Tensilica Xtensa Dual-Core LX6 de 32 bits, funcionando a 160 o 240 MHz

Memoria :

• ROM: 448 KB (para arranque y funciones principales)
• SRAM: 520 KB (para datos e instrucciones)
• SRAM rápida RTC : 8 KB (para almacenamiento de datos y CPU principal durante el arranque RTC desde el modo de suspensión profunda)
• SRAM lenta RTC : 8 KB (para acceso al coprocesador durante el modo de suspensión profunda)
• eFuse : 1 Kbit (de los cuales 256 bits se utilizan para el sistema (dirección MAC y configuración del chip) y los 768 bits restantes están reservados para las aplicaciones del cliente, incluidos Flash-Encryption y Chip-ID)
• Flash integrado : flash conectado internamente a través de IO16, IO17, SD_CMD, SD_CLK, SD_DATA_0 y SD_DATA_1 en ESP32-D2WD y ESP32-PICO-D4.
• 0 MiB (chips ESP32-D0WDQ6, ESP32-D0WD y ESP32-S0WD)
• 2 MB (chip ESP32-D2WD)
• 4 MiB (módulo SiP ESP32-PICO-D4)

Bajo consumo: garantiza que se pueda utilizar conversiones ADC, por ejemplo, durante el sueño profundo .

Entrada/Salida periférica:

• Interfaz periférica con DMA que incluye toque capacitivo.
• ADC (convertidor analógico a digital)
• DAC (convertidor de digital a analógico)
• I2C (Circuito Interintegrado)
• UART (Receptor/Transmisor Asíncrono Universal)
• SPI (interfaz periférica serie)
• I2S (Sonido Interchip Integrado)
• RMII (interfaz independiente de medios reducida)
• PWM (modulación de ancho de pulso)

Seguridad: aceleradores de hardware para AES y SSL/TLS

TARJETAS/PLACAS DE DESARROLLO ESP32.

Para seleccionar una tarjeta de desarrollo ESP32 hay algunos aspectos a tener en cuenta:

• Interfaz USB a UART y circuito regulador de voltaje: la mayoría de las tarjetas de desarrollo con todas las funciones tienen estas dos características. Esto es importante para conectar fácilmente el ESP32 a su computadora para cargar/programar código y aplicar energía.
• Botones BOOT y RESET/EN: para poner la tarjeta en modo intermitente o restablecer (reiniciar) la placa. Algunas placas no tienen el botón BOOT. Por lo general, estas placas entran en modo intermitente automáticamente.
• Configuración de pines y número de pines: para utilizar correctamente el ESP32 se requiere tener acceso a la configuración de pines de la tarjeta (como un mapa que muestra qué pin corresponde a qué GPIO y sus características).
• Conector de antena: la mayoría de las tarjetas vienen con una antena integrada para señal Wi-Fi. Algunas vienen con un conector de antena para conectar opcionalmente una antena externa lo cual aumenta el alcance del Wi-Fi.
• Conector de batería: si se desea alimentar la ESP32 con baterías, existen placas de desarrollo que vienen con conectores para baterías LiPo. También se puede alimentar una ESP32 con baterías a través de los pines de alimentación.
• Funciones de hardware adicionales: hay tarjetas de desarrollo ESP32 con funciones de hardware adicionales. Por ejemplo, algunos pueden venir con una pantalla OLED incorporada, un módulo LoRa, un módulo SIM800 (para GSM y GPRS), un soporte para batería, una cámara u otros.

ESP32 DEVKIT V1 USB-C.

ESP32 DEVKIT V1 USB-C es la referencia de tarjeta usada para explicar los siguientes contenidos. En general la mayoría de versiones de la ESP32 tiene una alta compatibilidad, pero pueden variar las versiones en cantidad de pines, funciones generales, tipos de conectores entre otros.

[Fotografía Tarjeta ESP32 DEVKIT V1 USB-C]

La siguiente tabla muestra un resumen de las características y especificaciones de la placa ESP32 DEVKIT V1 USB-C:

Esta tarjeta ESP32 en particular viene con 30 pines, 15 en cada lado, y con puerto de conexión USB-C. La cantidad de GPIO disponibles y el conector depende del modelo de su tarjeta y en general no debe ser un problema alguna variación.

¿Cómo usar la tarjeta ESP32?

Para comenzar a utilizar esta placa y programarla desde un computador se debe instalar primero el controlador o driver, que permite la comunicación entre el computador y la tarjeta. Algunas placas usan chip CP2102 el cual se encarga de programar y establecer comunicación USB-Serial. En el siguiente link se puede descargar el controlador universal CP210x el cual incorpora la versión CP2102 que necesita la placa: CP210x Controlador universal.

En el caso que la tarjeta tenga el chip CH340C se puede descargar el controlador o driver compatible con CH340 y CH341 de la página del fabricante: Controlador CH340C.

[Partes de la ESP32 DEVKIT V1 USB-C ]

Una vez descargado el driver, se puede conectar la tarjeta al computador por medio de la interfaz USB-C; que se puede usar para conectar la placa al computador para cargar código y/o para energizarla.

La tarjeta también tiene un botón RESET (puede estar etiquetado como EN) para reiniciarla y un botón BOOT para poner la placa en modo intermitente (disponible para recibir código). Tenga en cuenta que es posible que algunas placas no tengan un botón de BOOT.

Adicionalmente viene un LED azul incorporado que está conectado internamente a GPIO 2. Este LED es útil para la depuración y proporciona algún tipo de salida física visual. También hay un LED rojo que se enciende cuando se le proporciona energía a la placa.

Guía de configuración de pines de ESP32 GPIO.

El chip o circuito integrado ESP32 viene con 48 pines con múltiples funciones. No todos los pines están expuestos o disponibles en todas las placas de desarrollo ESP32 y algunos pines no deben usarse. La placa ESP32 DEVKIT V1 DOIT generalmente viene con 30 GPIO expuestos que se pueden usar para conectar periféricos.

Pines de alimentación.

Por lo general, todas las placas vienen con pines de alimentación: 3V3, GND y VIN. Se pueden usar estos pines para alimentar la placa (si no se está proporcionando energía a través del puerto USB) o para obtener energía para otros periféricos (si se está alimentando la placa usando el puerto USB).

Pines de entrada y salida de uso general (GPIOs).

Casi todos los GPIO tienen un número asignado y así es como uno puede referirse a ellos: por su número. Con el ESP32 se puede decidir qué pines son UART, I2C o SPI ; solo se necesita configurarlo en el código. Esto es posible gracias a la función de multiplexación del chip ESP32 que permite asignar múltiples funciones al mismo pin.

Si no se les configura en el código, los pines se configurarán de forma predeterminada como se muestra en la siguiente figura (la ubicación de los pines puede cambiar según el fabricante). Además, existen pines con características específicas que los hacen adecuados o no para un proyecto en particular.

[Configuración de pines de la ESP32 DEVKIT V1 USB-C. Referencia CIRCUITSTATE ]

La ubicación de los GPIO puede ser diferente según el modelo de su placa. Sin embargo, normalmente, cada GPIO específico funciona de la misma manera independientemente de la placa de desarrollo que esté utilizando (con algunas excepciones). Por ejemplo, independientemente de la placa, normalmente GPIO5 es siempre el pin VSPI CS0, GPIO 23 siempre corresponde a VSPI MOSI para comunicación SPI, etc.