Abb. 04 · Robotik-Labor · WLAN und zwei Kerne: reflow-löten, Stiftleisten einsetzen, über den UART-Port hochladen

Ein ESP32-S3-DevKitC-1 bauen

ESP32-S3-DevKitC-1

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Werkbank

Noch kein Messwert

5-V-Schiene

Noch kein Messwert

Stromaufnahme

0 mA

Bauen und kaputt machen

1BauenAls Nächstes
Bis auf die nackte Platine zerlegen
Fang mit der nackten schwarzen Platine an: 25,4 x 62,7 mm, zwei Kupferlagen, Lotpaste auf jedem Pad.
2
Die SMD-Bauteile bestücken
3
Reflow-Löten
4
Die Stiftleisten einsetzen
5
Die Stiftleisten anlöten
6
USB in den UART-Port stecken
7
Den Farbkreis hochladen
8
Kaputt machen: R17 weglassenKaputt machen
9
Kaputt machen: eine kalte Lötstelle am UART-PortKaputt machen
10
Kaputt machen: Verpolung am 5V-PinKaputt machen
11
Kaputt machen: 5 V am 3V3-PinKaputt machen
12
Den WLAN-Webserver hochladen
13
Kaputt machen: Brown-out an einem schwachen USB-PortKaputt machen
14
Deep Sleep hochladen
15
Kaputt machen: GPIO0 beim Reset auf LOWKaputt machen
16
Den Download-Modus von Hand erzwingen
17
Explosionsansicht

Absichtlich kaputt machen

Jeder Fehler ist einer, über den echte Bastler stolpern. Lös ihn aus, lies das Symptom an der Werkbank ab und beheb ihn dann.

R17 fehlt: RGB-LED dunkel
fehlendes Bauteil
Warum es passiert
Symptom: Die rote Power-LED ist an, und der serielle Monitor zeigt jede Sekunde den Farbton, aber die RGB-LED leuchtet nie.
R17 ist eine 0-Ω-Brücke, die das Datensignal von GPIO38 zum DIN-Pin der LED führt. Ohne sie bekommt die LED Strom, aber keine Daten, also bleibt sie dunkel, egal wie richtig der Code ist.
Lösung: Abklemmen, R17 mit Heißluft wieder auflöten, wieder einstecken.
Kalte Lötstelle am UART-Port
kalte Lötstelle
Warum es passiert
Symptom: Das Board startet zufällig neu, das ROM-Banner wiederholt sich im seriellen Monitor, und der Computer verliert ständig den Port.
Eine kalte Lötstelle an der Micro-USB-Buchse hat nur manchmal Kontakt, also kommen und gehen VBUS oder eine Datenleitung. Jeder Aussetzer startet den Chip neu.
Lösung: Abklemmen, die Stelle nachlöten, bis das Lot fließt und das Pad benetzt, wieder einstecken.
Verpolung am 5V-Pin
Verpolung
Warum es passiert
Symptom: Nichts leuchtet, das Labornetzteil geht in die Strombegrenzung, und der Regler U2 wird heiß.
Der 5V-Pin der Stiftleiste ist hinter den beiden Schottky-Dioden angeschlossen, hat also keinen Verpolungsschutz. Eine vertauschte Versorgung zieht den Eingang des SGM2212 unter Masse, und Strom fließt rückwärts durch den Regler, bis er ausfällt.
Lösung: Abklemmen, die Kabel tauschen (Rot an 5V, Schwarz an G), U2 ersetzen, falls er beschädigt ist, wieder einschalten.
5 V am 3V3-Pin
falsche Spannung
Warum es passiert
Symptom: Keine LEDs, das Modul wird schnell heiß, und danach ist das Board tot.
Die 3V3-Pins versorgen das ESP32-S3-Modul direkt. Seine absolute Höchstspannung sind 3,6 V, also zerstören 5 V es, und über R24 speisen sie rückwärts in die Brücke und die LEDs.
Lösung: Abklemmen. Speise 5 V nur in den 5V-Pin oder einen USB-Port und lass den Regler die 3,3 V erzeugen. Ersetze das Modul.
Brown-out während des WLAN-Betriebs
Brown-out
Warum es passiert
Symptom: "Brownout detector was triggered" im seriellen Monitor, wieder das ROM-Banner, das Board bleibt nie verbunden.
WLAN-Sendestöße ziehen bis zu etwa 355 mA. Über einen schwachen USB-Port, ein langes, dünnes Kabel oder einen Hub ohne eigenes Netzteil sackt der 5-V-Eingang ab, der Regler fällt aus der Regelung, und die 3,3-V-Schiene sinkt unter die Brown-out-Schwelle, also setzt sich der Chip zurück.
Lösung: Nimm ein kurzes, dickes Kabel an einem Port mit eigener Versorgung oder ein 5-V-Netzteil, das mindestens 500 mA liefert; setz einen 10-µF-Kondensator nah ans Modul.
GPIO0 beim Reset auf LOW
Strapping-Pin
Warum es passiert
Symptom: Der serielle Monitor zeigt "boot:0x0 (DOWNLOAD(USB/UART0))" und "waiting for download"; der Sketch startet nie.
GPIO0 ist ein Strapping-Pin. Der Chip liest ihn beim Reset: HIGH bootet aus dem Flash, LOW startet den Download-Modus des ROM. Alles, was ihn in diesem Moment auf LOW hält, verhindert, dass dein Programm startet.
Lösung: Leg den Taster oder Sensor auf einen freien GPIO wie GPIO4, oder sorg dafür, dass er GPIO0 beim Reset auf HIGH lässt, dann drück RESET.

Die Werkbank im Überblick

Bau es, steck den UART-Port ein, lade hoch und öffne dann die Webseite auf einem Handy im selben WLAN

Der ESP32-S3 ist der nächste Schritt nach dem Uno, wenn ein Roboter WLAN, Bluetooth LE, mehr Tempo oder zwei Kerne braucht, und das DevKitC-1 kostet weniger als ein Uno. Das Board ergänzt, was dem nackten Modul fehlt: einen 3,3-V-Spannungsregler, eine USB-UART-Brücke CP2102N mit automatischem Download-Modus, die Taster BOOT und RESET und eine adressierbare RGB-LED an GPIO38 (das ist v1.1; v1.0 nutzte GPIO48). Alles läuft mit 3,3 V: Leg niemals 5 V an einen GPIO oder an den 3V3-Pin. Nimm den Arduino-Core, um schnell etwas zum Laufen zu bringen, ESP-IDF, wenn du Kontrolle über die Kerne und den Stromverbrauch brauchst, und MicroPython für schnelle Sensortests, niemals für eine Balancier-Regelschleife.

Quellen

Auf der Werkbank

Ausgewählt

Der Sketch verwendet 289.680 Bytes des Programmspeicherplatzes

Code: RGB blinken

// Die RGB-LED auf dem Board einmal pro Sekunde rot blinken lassen und die Blinker zählen
const uint8_t RGB_PIN = 38;   // Board v1.1: Die Datenleitung der RGB-LED ist GPIO38 (v1.0: GPIO48)
uint32_t count = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  rgbLedWrite(RGB_PIN, 64, 0, 0);   // Rot auf 64 von 255: hell genug auf Armlänge
  Serial.printf("blink #%lu\n", (unsigned long)count);
  count++;
  delay(500);
  rgbLedWrite(RGB_PIN, 0, 0, 0);    // alle drei Farben aus
  delay(500);
}

Übungsaufgaben

0/4 Aufgaben

Schreib den Code und führ dann die Prüfungen aus. Der Lauf nutzt eine virtuelle Uhr und eine geskriptete Umgebung, deshalb liefert derselbe Code immer dasselbe Ergebnis.

Die RGB-LED auf einem v1.1-Board zum Leuchten bringen

Arduino C++

Dieser Sketch wurde für ein v1.0-Board geschrieben und bringt auf deinem nichts zum Leuchten. Lass die RGB-LED am richtigen Pin zweimal pro Sekunde grün blinken und gib bei jedem Wechsel green bzw. off aus.

Prüfungen

Noch nicht ausgeführtLäuft 3 s ohne Fehler
Noch nicht ausgeführtSteuert GPIO38 mit rgbLedWrite an, nicht RGB_BUILTIN
Noch nicht ausgeführtGibt in 3 s mindestens dreimal green aus
Noch nicht ausgeführtGibt in 3 s mindestens dreimal off aus

Tipps

Das generische ESP32-S3 Dev Module von Arduino legt RGB_BUILTIN auf GPIO48, den Pin von v1.0. Schau auf den Bestückungsdruck neben der LED: RGB@IO38.
Benenn den Pin selbst: const uint8_t RGB_PIN = 38; dann rgbLedWrite(RGB_PIN, 0, 64, 0).

Code für Die RGB-LED auf einem v1.1-Board zum Leuchten bringen

Die LED vom Handy aus schalten

Arduino C++

Erweitere den Webserver: /on schaltet die RGB-LED grün, /off schaltet sie aus, und /data antwortet mit Live-Messwerten (WLAN-Signalstärke und Laufzeit) als JSON. Gib pro Anfrage eine Zeile aus.

Prüfungen

Noch nicht ausgeführtTritt bench-lab bei und gibt innerhalb von 3 s seine IP-Adresse aus
Noch nicht ausgeführtGET /on schaltet die LED ein
Noch nicht ausgeführtGET /data meldet Signalstärke und Laufzeit
Noch nicht ausgeführtGET /off schaltet die LED aus
Noch nicht ausgeführtHat Handler für /on, /off und /data

Tipps

Ein Handler pro Seite: server.on("/on", handleOn); jeder Handler endet mit server.send(200, type, body).
WiFi.RSSI() liefert die Signalstärke in dBm, millis() / 1000 die Laufzeit in Sekunden.
Gib genau GET /on -> LED on, GET /off -> LED off und GET /data -> rssi <n> dBm, up <s> s aus.

Code für Die LED vom Handy aus schalten

Die Aufwachvorgänge zählen

Arduino C++

Jedes Aufwachen gibt wieder boot #1 aus, weil der Zähler im normalen RAM liegt, den der Deep Sleep löscht. Behalte den Zählerstand über die Schlafphasen, sorg dafür, dass jede Zeile den seriellen Monitor erreicht, und schlaf jeweils 5 s mit dunkler LED.

Prüfungen

Noch nicht ausgeführtGibt beim ersten Start boot #1 aus
Noch nicht ausgeführtGibt nach dem ersten Schlaf boot #2 aus
Noch nicht ausgeführtGibt nach dem zweiten Schlaf boot #3 aus
Noch nicht ausgeführtNutzt RTC_DATA_ATTR, Serial.flush() und esp_deep_sleep_start()

Tipps

RTC_DATA_ATTR legt eine Variable in den RTC-Speicher, der im Deep Sleep mit Strom versorgt bleibt.
Serial.flush() wartet, bis die Zeile den UART verlassen hat; schalte die LED vor esp_deep_sleep_start() aus.

Code für Die Aufwachvorgänge zählen

Reaktionstest mit dem BOOT-Taster

Arduino C++

Nach zufälligen 1 bis 3 s wird die RGB-LED grün; drück BOOT so schnell du kannst und gib reaction <n> ms aus. Nimm für den Taster einen Interrupt, entprell ihn, miss die Zeit mit millis() und ruf nie delay() auf.

Prüfungen

Noch nicht ausgeführtGibt für den ersten Druck eine Reaktionszeit aus
Noch nicht ausgeführtGibt pro Druck eine Reaktionszeit aus, Prellen wird ignoriert
Noch nicht ausgeführtNutzt einen Interrupt und millis(), aber kein delay()

Tipps

BOOT ist GPIO0 und liest LOW, solange er gedrückt ist: attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(0), onPress, FALLING).
Halt den Interrupt kurz: millis() speichern und ein Flag setzen; Flanken, die weniger als 50 ms nach der letzten kommen, ignorieren.
random(1000, 3000) wählt die Wartezeit; vergleich in loop() millis() - roundStart damit, statt zu warten.

Code für Reaktionstest mit dem BOOT-Taster

Bauen und kaputt machen

1BauenAls Nächstes

Bis auf die nackte Platine zerlegen

Fang mit der nackten schwarzen Platine an: 25,4 x 62,7 mm, zwei Kupferlagen, Lotpaste auf jedem Pad.

Die SMD-Bauteile bestücken

Reflow-Löten

Die Stiftleisten einsetzen

Die Stiftleisten anlöten

USB in den UART-Port stecken

Den Farbkreis hochladen

Kaputt machen: R17 weglassenKaputt machen

Kaputt machen: eine kalte Lötstelle am UART-PortKaputt machen

Kaputt machen: Verpolung am 5V-PinKaputt machen

Kaputt machen: 5 V am 3V3-PinKaputt machen

Den WLAN-Webserver hochladen

Kaputt machen: Brown-out an einem schwachen USB-PortKaputt machen

Deep Sleep hochladen

Kaputt machen: GPIO0 beim Reset auf LOWKaputt machen

Den Download-Modus von Hand erzwingen

Explosionsansicht

Die Werkbank im Überblick

Bau es, steck den UART-Port ein, lade hoch und öffne dann die Webseite auf einem Handy im selben WLAN

Auf der Werkbank

Ausgewählt

Der Sketch verwendet 289.680 Bytes des Programmspeicherplatzes

Code: RGB blinken

// Die RGB-LED auf dem Board einmal pro Sekunde rot blinken lassen und die Blinker zählen
const uint8_t RGB_PIN = 38;   // Board v1.1: Die Datenleitung der RGB-LED ist GPIO38 (v1.0: GPIO48)
uint32_t count = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  rgbLedWrite(RGB_PIN, 64, 0, 0);   // Rot auf 64 von 255: hell genug auf Armlänge
  Serial.printf("blink #%lu\n", (unsigned long)count);
  count++;
  delay(500);
  rgbLedWrite(RGB_PIN, 0, 0, 0);    // alle drei Farben aus
  delay(500);
}

Ein ESP32-S3-DevKitC-1 bauen

Die Werkbank

Bauen und kaputt machen

Bis auf die nackte Platine zerlegen

Die SMD-Bauteile bestücken

Reflow-Löten

Die Stiftleisten einsetzen

Die Stiftleisten anlöten

USB in den UART-Port stecken

Den Farbkreis hochladen

Kaputt machen: R17 weglassenKaputt machen

Kaputt machen: eine kalte Lötstelle am UART-PortKaputt machen

Kaputt machen: Verpolung am 5V-PinKaputt machen

Kaputt machen: 5 V am 3V3-PinKaputt machen

Den WLAN-Webserver hochladen

Kaputt machen: Brown-out an einem schwachen USB-PortKaputt machen

Deep Sleep hochladen

Kaputt machen: GPIO0 beim Reset auf LOWKaputt machen

Den Download-Modus von Hand erzwingen

Explosionsansicht

Absichtlich kaputt machen

R17 fehlt: RGB-LED dunkel

Kalte Lötstelle am UART-Port

Verpolung am 5V-Pin

5 V am 3V3-Pin

Brown-out während des WLAN-Betriebs

GPIO0 beim Reset auf LOW

Live-Status

Stromaufnahme

Teste dich selbst

Nach: Reflow-Löten

Nach: Die Stiftleisten anlöten

Nach: Den Farbkreis hochladen

Nach: Den WLAN-Webserver hochladen

Nach: Deep Sleep hochladen

Abschlussquiz der Werkbank

Die Werkbank im Überblick

Quellen

Auf der Werkbank

Übungsaufgaben

Die RGB-LED auf einem v1.1-Board zum Leuchten bringen

Prüfungen

Die LED vom Handy aus schalten

Prüfungen

Die Aufwachvorgänge zählen

Prüfungen

Reaktionstest mit dem BOOT-Taster

Prüfungen

Ein ESP32-S3-DevKitC-1 bauen

Die Werkbank

Bauen und kaputt machen

Bis auf die nackte Platine zerlegen

Die SMD-Bauteile bestücken

Reflow-Löten

Die Stiftleisten einsetzen

Die Stiftleisten anlöten

USB in den UART-Port stecken

Den Farbkreis hochladen

Kaputt machen: R17 weglassenKaputt machen

Kaputt machen: eine kalte Lötstelle am UART-PortKaputt machen

Kaputt machen: Verpolung am 5V-PinKaputt machen

Kaputt machen: 5 V am 3V3-PinKaputt machen

Den WLAN-Webserver hochladen

Kaputt machen: Brown-out an einem schwachen USB-PortKaputt machen

Deep Sleep hochladen

Kaputt machen: GPIO0 beim Reset auf LOWKaputt machen

Den Download-Modus von Hand erzwingen

Explosionsansicht

Absichtlich kaputt machen

R17 fehlt: RGB-LED dunkel

Kalte Lötstelle am UART-Port

Verpolung am 5V-Pin

5 V am 3V3-Pin

Brown-out während des WLAN-Betriebs

GPIO0 beim Reset auf LOW

Live-Status

Stromaufnahme

Teste dich selbst

Nach: Reflow-Löten

Nach: Die Stiftleisten anlöten