ESP32 voor beginners: wat is het en welke kies je?

Een ESP32 is een kleine microcontroller van het bedrijf Espressif met ingebouwde wifi en Bluetooth. Je programmeert hem zoals een Arduino, maar hij kan zonder extra module online. Daardoor is de ESP32 een van de populairste bouwstenen voor slimme huisprojecten, sensoren die gegevens doorsturen en eigen apparaatjes die je met je telefoon bedient. Voor een beginner is een ESP32-ontwikkelbord met USB-aansluiting de makkelijkste start.

Wie in elektronica als hobby begint, hoort al snel over de chip. Dit artikel legt uit wat het is, wat het verschil is tussen de varianten (S3, C3 en C6), hoe je er mee begint en waar je op let bij aansluiten. Het hoort bij ons overzicht van 3D-printen en digitaal maken, waar elektronica een onderdeel van is.

Wat is een ESP32?

Volgens Wikipedia is de chip een serie goedkope microcontrollers van Espressif Systems, die in september 2016 uitkwam. De chip is de opvolger van de ESP8266. De eerste versie gebruikt een Tensilica Xtensa LX6-processor in een- of tweekernversie en ondersteunt wifi (802.11 b/g/n) en Bluetooth 4.2. Latere varianten hebben nieuwere Xtensa LX7-kernen of RISC-V-kernen.

Op de pagina van Espressif zelf staat dat de ESP32 een hybride wifi- en Bluetoothchip is, die zowel zelfstandig kan werken als hulpchip naast een andere processor. De fabrikant noemt toepassingen in onder andere IoT, wearables, mobiele apparaten en industriële omgevingen. De chip heeft een ingebouwde antenneschakelaar en versterkers, zodat er weinig externe onderdelen nodig zijn.

Een microcontroller is iets anders dan een computer. Hij heeft geen besturingssysteem en geen scherm. Je zet er één programma op, en dat programma draait zodra je hem van stroom voorziet. Wil je weten hoe dat verschilt van een kleine computer, lees dan ons artikel over de Raspberry Pi.

Waarom is de chip zo populair?

Er zijn een paar redenen:

• Wifi en Bluetooth aan boord. Bij een gewone Arduino Uno heb je een extra module nodig. Bij een ESP32 zit het erin.
• Lage prijs. De meeste ontwikkelborden zijn goedkoop vergeleken met andere borden met wifi. Prijzen variëren per verkoper.
• Veel pinnen en functies. Er zijn veel in- en uitgangen en je kunt er sensoren, schermen en motoren op aansluiten.
• Meerdere manieren om te programmeren. Je kiest zelf een taal en omgeving.
• Grote gemeenschap. Er zijn veel voorbeelden, bibliotheken en handleidingen.

Welke ESP32 kies je? De varianten uitgelegd

Er bestaan veel typen. De naam lijkt op elkaar, maar de eigenschappen verschillen. Hier de belangrijkste varianten uit het Wikipedia-artikel.

De originele ESP32

Dit is de klassieke chip, met een of twee Xtensa LX6-kernen, wifi en Bluetooth 4.2. Veel populaire ontwikkelborden gebruiken hem nog steeds, zoals borden met een ESP32-WROOM-module. Ze zijn breed ondersteund en hebben veel voorbeelden.

ESP32-S3

De S3 heeft twee Xtensa LX7-kernen, USB OTG, wifi (met 802.11 b/g/n/ax) en Bluetooth 5 LE, en ongeveer 45 GPIO-pinnen. Hij is geschikt voor projecten die meer rekenkracht of een scherm vragen. Veel ontwikkelborden met een ingebouwde camera of een groot scherm gebruiken een S3.

ESP32-C3

De C3 is een eenkernige chip met een RISC-V-processor, wifi en Bluetooth 5 LE, en ongeveer 22 GPIO-pinnen. Hij is kleiner en eenvoudiger dan de originele ESP32. Een goede keuze voor kleine, zuinige projecten, zoals een sensor die een waarde doorstuurt.

ESP32-C6

De C6 heeft een eenkernige RISC-V-processor met Wi-Fi 6 en Bluetooth 5. Hij is nieuwer. Voor een eerste project is hij prima, maar kijk wel of de bibliotheken die je wilt gebruiken hem al ondersteunen.

Welke past bij jou?

Kies op basis van je project:

1. Een eerste proefje met een led of sensor: een gewone ESP32-devkit is genoeg.
2. Een project met een scherm of camera: kijk naar een ESP32-S3 of een bord met ESP32-CAM.
3. Een klein, zuinig project: de ESP32-C3 is vaak ruim voldoende.
4. Een project met de nieuwste wifi: de C6.

Kies je een bord, controleer dan altijd het type chip en de aansluitingen in de beschrijving. Bij borden met dezelfde chip kan de plaatsing van de pinnen verschillen.

Een ESP32-bord koop je meestal als ontwikkelbord (devkit), bijvoorbeeld een ESP32 DevKit. Dat is een printplaat met de chip, een USB-aansluiting, een spanningsregelaar en pinnen waarmee je het bord op een breadboard steekt. Als beginner raden we een bord met USB-aansluiting en pinnen aan, zodat je niet hoeft te solderen.

ESP32 of Arduino of Raspberry Pi?

Het verschil tussen deze drie komt vaak ter sprake. Ze doen elk iets anders.

• Arduino Uno: een eenvoudige microcontroller zonder wifi. Werkt op 5 volt en is erg geschikt om te leren. Lees meer in ons artikel over de Arduino Uno.
• ESP32: een microcontroller met wifi en Bluetooth. Werkt op 3,3 volt, geschikt voor apparaten die online moeten.
• Raspberry Pi: een volwaardige computer met besturingssysteem, geschikt voor projecten met scherm of netwerk.

De ESP32 zit er tussenin. Hij kan online, maar draait geen bureaublad. Dat maakt hem ideaal voor sensoren en schakelaars. Voor een project met veel rekenwerk of beeld kijk je naar de Pi, en bij een puur eenvoudig project naar de Arduino. Ook de Arduino-wereld heeft borden met een ESP32-chip: de Arduino UNO R4 WiFi gebruikt volgens de documentatie van Arduino een ESP32-S3-module voor wifi en Bluetooth.

Hoe programmeer je een ESP32?

Je hebt drie hoofdroutes. Kies degene die bij je past.

Met de Arduino IDE

Dit is de meest gekozen route voor beginners. Je gebruikt dezelfde omgeving en dezelfde taal (C++ met de Arduino-functies) als bij een Arduino. Je voegt het ESP32-bordpakket toe via het bordenbeheer en kiest het juiste bord. Daarna schrijf je een schets en upload je hem via USB. Hoe de omgeving werkt, leggen we uit bij de Arduino IDE. De exacte menunamen kunnen per versie verschillen.

Met MicroPython

MicroPython is een versie van Python voor microcontrollers. Je schrijft in Python en voert het direct op de chip uit. Dat is prettig als je Python al kent. Volgens Wikipedia worden MicroPython en CircuitPython ondersteund.

Met ESP-IDF

ESP-IDF is het officiële framework van Espressif, voor wie dieper wil gaan. Voor beginners is het meestal te veel. Het is wel goed om te weten dat het bestaat.

Je eerste programma

Een goed eerste programma is een led laten knipperen. Veel ontwikkelborden hebben een ingebouwde led. Zo kun je zonder extra onderdelen testen of alles werkt. Daarna kun je een knop, een sensor of een scherm toevoegen. Zoek in je bordpakket naar voorbeeldprogramma’s, die laten je zien hoe je een pin instelt.

Wat heb je nodig om te beginnen?

• Een ESP32-ontwikkelbord.
• Een USB-kabel die data doorgeeft. Sommige kabels laden alleen op en werken niet voor uploaden. Dat is een veelvoorkomende fout.
• Een computer met de Arduino IDE of een MicroPython-omgeving.
• Een breadboard, jumperkabels, ledjes en weerstanden.
• Eventueel een sensor, zoals een temperatuursensor.

Je hebt in het begin geen soldeerbout nodig. Wil je later onderdelen vastzetten, lees dan onze gids over solderen.

Stroom en voeding

Een ontwikkelbord krijgt stroom via de USB-aansluiting, vanaf je computer of een telefoonlader. Voor een project dat los van de computer moet werken, gebruik je een USB-voeding of een batterijhouder met een geschikte spanningsregeling. Controleer in de gegevens van je bord welke spanning de aansluiting aankan. Een te hoge spanning kan het bord beschadigen. Bij een project op batterijen telt ook het verbruik: een bord dat steeds met wifi verbonden is, verbruikt veel meer dan een bord dat alleen af en toe een meting doorstuurt en daarna slaapt. Espressif noemt zuinig gedrag een ontwerpdoel, met meerdere energiestanden.

Hoe zet je een sensor aan de praat?

Sluit de sensor aan volgens zijn handleiding: voeding, aarde en een signaalpin. Zoek daarna een bibliotheek voor je sensor in de bibliotheekbeheerder van je programmeeromgeving, en start met het voorbeeldprogramma. Laat eerst de meetwaarde op je computer verschijnen via de seriële monitor. Pas als dat klopt, voeg je wifi toe en stuur je de waarde door. Zo zie je bij een fout meteen of het aan de sensor, aan je programma of aan het netwerk ligt. Bouw je dit op een breadboard, dan help je jezelf met korte, nette verbindingen.

Wat gaat er vaak mis bij beginners?

Een paar punten komen steeds terug. De USB-kabel doet alleen laden, het verkeerde bord is gekozen in de programmeeromgeving, een pin wordt gebruikt die tijdens het opstarten een speciale taak heeft, of de voeding is te zwak voor wifi-pieken. Controleer die vier punten voor je verder zoekt. Ook helpt het om per keer één ding te veranderen en dat te testen.

ESP32 projecten om mee te beginnen

De chip past bij projecten waarin iets online moet. Enkele ideeën:

• Een sensor die gegevens doorstuurt. Een temperatuur- of vochtsensor die de meetwaarde naar je telefoon of een server stuurt.
• Een kleine webserver. De ESP32 toont een eigen webpagina waarop je een lamp aan- en uitzet.
• Een slimme ledstrip. Veel makers gebruiken de chip om ledstrips via wifi aan te sturen.
• Een camera-project. Met een ESP32-CAM-bord maak je een eenvoudige beveiligings- of bewakingscamera.
• Een display met gegevens. Een klein scherm dat tijd, weer of meetwaarden toont.

Meer inspiratie vind je bij onze artikelen over Arduino projecten en Raspberry Pi projecten. Veel van die ideeën werken ook op een ESP32.

Veilig werken met een ESP32

Een ESP32 werkt op lage spanning, maar een paar regels zijn belangrijk:

• De pinnen werken op 3,3 volt. Dat is een algemene richtlijn, de Wikipedia-pagina noemt 3,3 V als voedingsspanning. Sluit geen 5 volt-uitgang rechtstreeks aan op een pin, tenzij de handleiding zegt dat het kan. Gebruik anders een niveauomzetter.
• Haal de stroom eraf voordat je draden verplaatst.
• Sluit nooit netspanning (230 volt) aan op een zelfbouwschakeling. Gebruik voor het schakelen van lampen of apparaten een goedgekeurd product. Dit artikel geeft geen instructies voor netspanning.
• Let op accu’s. Sluit je een oplaadbare accu aan, gebruik dan een goede oplaadmodule. Een verkeerd geladen lithiumaccu kan warm worden of in brand vliegen.
• Beveilig je netwerkproject. Een ESP32 die online bereikbaar is, moet een wachtwoord hebben. Laat geen standaardwachtwoorden staan.

Dit zijn algemene richtlijnen. Lees altijd de gegevens van je eigen bord en componenten.

Veelgestelde vragen over de ESP32

Verder lezen