Der ESP8266 (ESP-01)

Die meisten meiner Sensoren habe ich an verschiedene Varianten des ESP8266 angeschlossen. Die ESPs sind preiswerter als die Arduinos und haben zudem den Vorteil, dass sie WLAN bereits onboard haben. Die Kommunikation mit einem Server ist also kein Problem.

Den ESP8266 gibt es in unglaublich vielen Varianten (d.h. er ist auf sehr vielen unterschiedlichen Boards verbaut). Die Modelle unterscheiden sich vor allem darin, wieviel Anschlüsse des Prozessors herausgeführt werden.

Ich werde hier nicht auf alle Einzelheiten eingehen, aber ein wesentlicher Unterschied dieser Modelle sollte genannt werden: Der ESP8266 besitzt nämlich einen Anschluss, der erforderlich ist, um ihn in einen sogenannten „Deep Sleep„-Modus zu bringen, in dem er so gut wie keine Energie verbraucht. Um ihn aus dem Deep-Sleep-Modus automatisch wieder „aufzuwecken“, muss dieser Anschluss (GPIO16 bzw. D0) mit dem Reset verbunden sein, sonst wachte der ESP nicht automatisch auf.

Das einfachste Modell ist der ESP-01, bei dem der GPIO16 nicht herausgeführt ist. Damit ist er nicht ohne weiteresDeep Sleep„-fähig. (Mehr dazu weiter unten!)

Seine wesentlichen Vorteile sind der Preis (weniger als 2,50€ – Stand März 2020) sowie die geringe Baugröße.

Nachteile:

  • Will man ihn auf einem Breadboard einsetzen, so hat man die Wahl zwischen „frei fliegender“ Verkabelung oder der Anschaffung eines Adapters
  • Zum Programmieren benötigt man zusätzlich einen USB-TTL-Adapter (der aber eigentlich in jede Elektronik-Bastelkiste gehört).

Will man den ESP-01 flashen, so muss man folgende Verbindungen zum USB-TTL-Adapter herstellen:

GND → GND
VCC → 3.3V
RX → TX
TX → RX

Damit der ESP in den „Flash“-Mode versetzt wird, muss beim Einschalten der GPIO0-Anschluss auf Masse gelegt werden. Es empfielt sich, dies über einen Pushbutton zu realisieren, denn nach dem Flashen läuft das Programm gleich los und wenn der GPIO0 dann noch auf Masse liegt, im Programm aber auf 3,3V gesetzt wird, gibt es Probleme!

ESP-01
Breadboard-Adapter

USB-TTL-Adapter

Ich programmiere den ESP über die Arduino IDE. Diese muss allerdings zunächst für den Umgang mit dem ESP fit gemacht werden. Wie das geht ist im Netz ausführlich beschrieben, z.B besonders ausführlich hier auf einer Seite des Heise-Verlags.

Die Bedeutung der Anschlüsse

Zum Teil habe ich die Anschlüsse ja bereits oben beschrieben. Ground und VCC(3.3V) sind ohnehin klar. TX und RX können so wie GPIO0 und GPIO2 als GPIOs betrieben werden: TX wäre dann GPIO1, RX wäre GPIO3. Der CH_PD-Pin muss zum Betrieb des ESPs über einen Pullup Widerstand (10k) auf High gezogen werden. Bei einigen Modellen ist das bereits auf dem Board erledigt, bei anderen nicht. Am besten misst man nach – ich habe anfangs oft völlig verzweifelt nach einem Fehler gesucht, wenn eine Schaltung mal funktionierte, mal nicht, bis ich diesen Umstand bemerkte. Einfach mal den Widerstand zwischen CH_PD und VCC messen – ca. 10k ist in Ordnung, sonst (bei weit größerem Widerstand) ist ein eigener Pullup-Widerstand (4.7k – 10k) erforderlich! Wie ich aus anderen Quellen entnommen habe, war der ESP früher einmal gedacht, um den Arduino WLAN-fähig zu machen. Der CH_PD-Pin war in dem Zusammenhang als Möglichkeit vorgesehen, den ESP auszuschalten, wenn er nicht gebraucht wurde. Im Alleinbetrieb ist der Pin obsolet und wird wie oben beschrieben entweder auf per Pullup aktiviert oder gar nicht benutzt – je nach ESP-Variante.

Auch für den Reset-Pin wird ein Pullup manchmal empfohlen – bei mir war das aber bei allen Modellen bereits über das Board erledigt – im Zweifel auch hier messen! Für einen Reset muss der Pin auf Masse gelegt werden.

Damit wäre (fast) alles zum ESP-01 gesagt. Der in meinen Augen größte Nachteil dieser Bauform ist die Tatsache, dass der GPIO16 nicht herausgeführt wurde. Deshalb kann der ESP aus dem Deep Sleep nicht von allein wieder erwachen. Mit einem bisschen Fummelei geht es allerdings doch: Der GPIO16 ist direkt auf dem Chip verhältnismäßig leicht zu erreichen, weil er auf einer Ecke liegt (rot markiert). Mit etwas Geschick gelingt es, dort einen feinen Draht anzulöten und ihn darüber mit dem Reset-Pin zu verbinden.

ESP mit angelötetem Draht für den Deep Sleep

Bei einigen ESP-01-Varianten existiert eine rote LED, die die Spannungsversorgung anzeigt (grün markiert). Diese erlischt auch im Deep Sleep Modus nicht und verbraucht Energie. Man kann sie jedoch leicht entfernen. Ich habe sie einfach vorsichtig mit einem Teppichmesser weggekratzt. Der Betrieb des ESP wird durch das Entfernen nicht beeinflusst!

Anders, als bei anderen ESP-Modellen läßt sich der ESP-01 übrigens auch mit fester Drahtverbindung zwischen GPIO16 und Reset weiterhin wie gewohnt flashen. Die Drahtbrücke muss dafür nicht unterbrochen werden

Möchte man sich die Löterei sparen, aber dennoch nicht auf den Deep Sleep Modus verzichten (bzw. das automatische Aufwachen daraus), so muss man auf ein anderes Modell des ESP8266 ausweichen. Einige davon werde ich in einem späteren Blog besprechen…

Man kann den ESP auch ohne jede Peripherie einfach als Webserver betreiben. Wie das geht, habe ich in einem anderen Blog beschrieben: ESP als Webserver

Einen Beispielssketch, der die Arbeitsweise des ESP als MQTT-Client zeigt habe ich im Blog ESP und MQTT beschrieben.

Ein Gedanke zu „Der ESP8266 (ESP-01)

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