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Tutoriel ESP32 Présentation et Installation Réalisé par Justin DARNET Contribut

Tutoriel ESP32 Présentation et Installation Réalisé par Justin DARNET Contributeur LaTeX : Florent Chehab 5 juin 2020 Ce guide vous permettra de découvrir la carte électronique connectée ESP32 et de savoir quand, pourquoi et comment l’utiliser. Introduction A mesure que le monde qui nous entoure tend à être toujours plus connecté, beau- coup de nouveaux systèmes intelligents apparaissent. Cette révolution du numérique se traduit par la mise à disposition auprès du particulier de plusieurs outils connectés. Le principal objectif de ces objets est d’obtenir l’ensemble des informations que l’uti- lisateur cherche en quelques secondes seulement. On peut aussi relever les nombreux progrès de la domotique ces dernières années. Parlons domotique! Le principe peut être très simple. Dès lors que l’on trouve le moyen de piloter électriquement un appareil, par un relais par exemple pour les sys- tèmes fonctionnant en tout ou rien, il sufﬁt ensuite de piloter ce relais avec une carte connectée au WiFi domestique; on peut alors contrôler l’activation de l’objet depuis n’importe quel endroit sur terre à condition d’avoir un accès à internet. L’idée est ici de séparer la partie puissance de la partie intelligence/commande. Libre à l’utilisateur ensuite d’ajouter un capteur de présence dans une pièce ou un capteur de luminosité par exemple. De nombreuses solutions coûteuses et “sécurisées” sont aujourd’hui sur le marché, mais il est tout à fait possible de réaliser ce type d’objet pour quelques euros et un peu de temps personnel. Cette série de tutoriels sur l’ESP32 va vous familiariser avec l’«IoT» (Internet of Things), qui vise à acquérir des données et commander différents objets à distance notamment, en ajoutant de l’intelligence au système. Vous verrez ainsi comment fa- briquer votre propre projet IoT. Bonne lecture, soyez toujours conscients des risques en électronique et assurez- vous de bien connaître votre circuit avant de le tester. Pensez à vous protéger aﬁn de bricoler en toute sécurité! 1 Table des matières A Présentation de l’ESP32 3 A.1 Utilité de l’ESP32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 A.2 Connectivité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 B Comparatif avec d’autres cartes similaires 6 B.1 ESP8266 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 B.2 Arduino UNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 B.3 Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 B.4 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 C Installation de l’ESP32 9 2 A Présentation de l’ESP32 L’ESP32 est une petite carte électronique, appelée microcontrôleur, facile à prendre en main grâce à ses ressemblances avec la carte Arduino qui est bien plus répandue. L’ESP32 peut avoir différentes tailles mais la version la plus courante est la suivante : FIGURE 1 – La carte ESP32 DEVKIT WROOM La carte microcontrôleur grand public la plus répandue et très «user friendly» est aujourd’hui la carte Arduino. Plusieurs tutoriels sont aujourd’hui disponibles dans la base des tutoriels FabLab UTC pour utiliser cette carte dans vos projets. Les cartes microcontrôleur sont des petits circuits dotés d’entrées/sorties pro- grammables. Elles permettent l’acquisition de données provenant de capteurs, l’envoi de signaux de données ou le contrôle de circuits de puissance. De nom- breuses utilisations sont possibles grâce à des modules complémentaires qui se branchent sur les broches de la carte (capteurs, leds, écrans, etc.). En somme, la principale limite de ce type de microcontrôleur est l’imagination de l’utilisateur (et parfois la puissance de la carte, bien entendu). Microcontrôleur, Quésako? 3 A.1 Utilité de l’ESP32 Comme mentionné précédemment, l’ESP32 est une carte électronique permettant de réaliser des projets «IoT» assez facilement. Elle possède en effet une connectivité as- sez complète, que nous détaillerons dans la partie suivante. L’ESP32 est assez simple à prendre en main car elle est cousine de la carte Arduino. Il est donc possible de l’utiliser comme la carte microcontrôleur italienne, en utilisant le même langage de programma- tion, les mêmes modules complémentaires et surtout le même logiciel de compilation (Arduino IDE). Pas de changement fondamental d’interface pour l’utilisateur, ce qui la rend d’autant plus simple à utiliser. Par ailleurs, on peut relever que sa taille miniature lui est un avantage considé- rable : elle mesure en effet moins de 3 cm par 5 cm, malgré les technologies qu’elle embarque! L’ESP32 est sans doute la carte microcontrôleur qui possède le meilleur compromis taille / connectivité / entrées sorties. Cela en fait un outil redoutable pour la miniaturisation des projets connectés Pour ﬁnir elle est aussi tout à fait adaptée à la réalisation de prototypes et non uniquement à la réalisation de projets «ﬁnis et déﬁnitifs». Elle est une référence dans l’univers maker pour ces nombreuses raisons, il est donc très facile de trouver de l’aide sur Internet pour utiliser cette carte. Entrons donc dans une étude plus détaillée à présent. 4 A.2 Connectivité L’objet «IoT» est très intéressant, cependant il nécessite un accès à Internet aﬁn de pouvoir assurer une communication permanente avec l’utilisateur. L’ESP32 est en ce sens une solution intéressante car elle contient au sein de son architecture un module WiFi intégré. Dans cette mesure, et donc sans avoir besoin de monopoliser des broches en ajoutant un module WiFi externe, l’utilisateur va être capable de connecter son objet IoT à Internet grâce à trois lignes de codes (pour les réseaux domestiques classiques). Un second atout majeur de l’ESP32 est sa puce Bluetooth intégrée, qui peut aussi être utilisée en mode «BLE» (Bluetooth Low Energy) consommant moins d’énergie. La consommation d’énergie est en effet un critère important dans la conception d’objets IoT. Ils requièrent une connexion quasi permanente à Internet et doivent donc rester allumés ou en état de veille à chaque instant aﬁn de pouvoir recevoir les instructions de l’utilisateur. Pour des raisons écologiques et économiques il est ainsi fondamental de réaliser un objet qui consomme le moins d’énergie que possible en état de veille, d’où l’utilité de la technologie BLE notamment. Côté entrées et sorties, l’ESP32 est semblable aux cartes Arduino et aux cartes Rasp- berry. On relève en effet l’utilisation des ports GPIO (General Purpose Input/Output) qui sont les broches permettant de servir soit d’entrée, soit de sortie selon le programme téléversé. FIGURE 2 – Broches de l’ESP32 DEVKIT 5 B Comparatif avec d’autres cartes similaires B.1 ESP8266 L’ESP8266 est, comparée à l’ESP32, une carte minimaliste. L’idée étant de contenir le WiFi et un microcontrôleur sur une seule et même carte. Le nombre d’entrées et sorties est assez limité mais néanmoins sufﬁsant pour réaliser de petits objets «IoT» basiques. La connectique est simpliste : la carte ne peut être programmée ou alimentée direc- tement via l’ordinateur en USB. Il sera nécessaire d’utiliser une carte Arduino par exemple pour programmer l’ESP8266. La carte contient très peu de ports GPIO, seul un port analogique est disponible ce qui restreint beaucoup le nombre de capteurs utilisables avec cette carte. Il est préférable d’utiliser l’ESP8266 pour des projets «IoT» miniatures, à contrô- ler par WiFi uniquement, comportant très peu de capteurs (dont maximum 1 capteur analogique) et destinés à rester en place longtemps. Exemples. Lampe connectée, Thermomètre connecté, Détecteur de mouvement connecté Pour quel type d’utilisation? B.2 Arduino UNO La carte Arduino est la référence en terme de carte microcontrôleur. Elle est très adaptée à la réalisation de projets en tous genres comportant de nombreux capteurs et actionneurs. Elle se décline en plusieurs tailles : l’Arduino Micro, l’Arduino Nano, l’Arduino Uno et l’Arduino Mega. Chez Arduino, plus la carte est grande, plus elle contient de ports, de mémoire et en général, de puissance. Si l’ESP32 a des dimensions proches de l’Arduino Nano, elle n’a cependant pas les mêmes spéciﬁcités. L’ESP (32 ou 8266) est vouée à ajouter de la connectivité aux projets des utilisateurs. On y retrouve notamment le WiFi et/ou le Bluetooth intégré, cepen- dant les cartes Arduino doivent recevoir un module complémentaire pour bénéﬁcier de ce type de connexion. L’ajout d’un module augmente le coût et l’encombrement du circuit, tout en monopolisant des ports sur la carte (ressource rare quand on souhaite avoir un encombrement minimal!). 6 uploads/Geographie/ esp32-explication.pdf