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ESP32-CAM開發板（一）：簡介與燒錄程式

cubie

ESP32-CAM是安信可科技研發的ESP32開發板，搭載200萬像素的攝影鏡頭，具備拍照、串流視訊以及人臉辨識功能。ESP32-CAM開發板的外觀如下，詳細的參數規格與電路圖（原理圖），請參閱安信可科技的ESP32-CAM攝像頭開發板說明文件（簡體中文）。

ESP32-CAM開發板正面

板子上的ESP32模組具有IPEX外接天線插座，外接2.4GHz天線可延長Wi-Fi無線傳輸距離。然而，外接天線和PCB天線只能擇一使用，採用外接天線之前，你要自行改焊右上圖的電阻。

從電路圖可看出，LED1的陰極接在GPIO 33，所以當GPIO 33設成低電位時，LED1將被點亮。

ESP32-CAM開發板LED接腳

開發板右下角有個用於暫存影像資料的4MB PSRAM，PSRAM全稱 “pseudo static RAM”（虛擬靜態隨機存取記憶體），根據華邦電子PSRAM產品介紹網頁的說明：PSRAM是由一個DRAM主體核心與傳統SRAM介面所組成 。晶片上的刷新電路，可省略使用者需要記憶體刷新的考量。相對於傳統的CMOS SRAM，PSRAM具有更高容量，高速度，更小的晶片尺寸，以及與DRAM相容的優勢。

ESP32-CAM有附帶一個200萬像素（1600×1200像素）的OV2640攝影模組（攝像頭）。這一面PCB標示的VCC引腳，預設輸出電壓是3.3V。若要輸出5V，必須把標示3.3V的電阻改焊到5V接點，但這樣顯然太麻煩了，直接從5V輸入腳焊接一個引線，或者從外部電源模組取得5V比較方便。

ESP32-CAM開發板反面

請先把相機模組安裝到ESP32-CAM開發板：

ESP32-CAM開發板安裝相機模組

燒錄ESP32-CAM程式的UART序列腳接線

ESP32-CAM開發板沒有內建USB轉TTL序列訊號的IC，也沒有USB介面，所以燒錄程式碼需要外接USB轉TTL序列訊號模組，此外，ESP32-CAM板子的GPIO 0腳必須接地，ESP32才會進入燒錄模式。

也有商家販售「帶下載器」的模組，也就是適用於ESP32-CAM開發板的電源供應及USB轉序列介面的底座（商品關鍵字 “ESP32-CAM-MB”），直接插上開發板就能燒錄程式。

USB轉TTL序列訊號模組與ESP32-CAM板的接線示範如下，強烈建議採用具備3.3V邏輯電位的序列訊號轉換模組：

ESP32-CAM開發板連接USB轉TTL訊號介面

如果手邊有Arduino UNO板或其他具備USB轉TTL序列介面的開發板，可以利用它的USB轉TTL序列介面IC來銜接ESP32-CAM。把Arduino UNO的RESET腳接地，UNO板子上的ATmega328微控器將停止運作，所以進出UNO板的序列資料都不會傳入ATmega328，而是直接通過板子上的TX和RX腳。

使用Arduino UNO充當USB轉TTL訊號介面

UNO板的邏輯電位是5V，所以TX（傳送）腳最好串接一個1KΩ~2KΩ電阻，避免損壞ESP32。

許多ESP32和ESP8266開發板都有內建USB轉TTL序列訊號IC，但我手邊的這些開發板，序列訊號IC的RESET腳和處理器的RESET相連，所以板子的RESET接地，USB轉TTL訊號IC也無法運作。

燒錄CameraWebServer（相機網站伺服器）範例程式

從Arduino IDE的「工具」主功能表，選擇“Ai Thinker ESP32-CAM”開發板：

選擇“Ai Thinker ESP32-CAM”開發板

「序列埠」選擇你的USB序列模組的埠號。

選擇ESP32範例中的CameraWebServer（相機網站伺服器）。

CameraWebServer（相機網站伺服器）範例

這個範例程式適用多種ESP32開發板與相機模組，請修改程式開頭的相機模組定義，並且填入你的Wi-Fi網路名稱和密碼：

修改程式碼

最後，編譯並上傳程式碼到ESP32-CAM開發板。

執行CameraWebServer（相機網站伺服器）範例

程式上傳完畢後，先拆掉連接GPIO 0和GND的接線。然後開啟序列埠監控視窗，再按一下ESP32-CAM的RST（重置鍵），它將開始連線到指定的Wi-Fi網路並顯示此開發板的網址（此例為192.168.0.117）。

CameraWebServer（相機網站伺服器）畫面

在瀏覽器輸入ESP32-CAM的IP位址、按下Start Stream（開始串流）鈕，即可看見ESP32-CAM的串流視訊。

Website https://swf.com.tw
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29 thoughts on “ESP32-CAM開發板（一）：簡介與燒錄程式”

  1. 老師您好:
    請問cam有方法能回復至原廠設定，可能是串流時錯誤中斷造成無法讀取(未知的USB裝置)，有試著安裝驅動程式，但似乎無效，謝謝。

    回覆

    1. ESP32CAM並不具備USB轉序列埠晶片，所以出問題的應該是USB轉序列埠的板子。

    2. 感謝老師。之前燒錄esp01s，與這篇esp32 cam的燒錄，都是使用arduino uno去轉的，因為我個人失敗率出奇的高，想請問您的經驗，是不是這種做法蠻不穩的。

    3. 我只有在驗證用Uno燒錄可行時測試過一次，其餘都是用3.3V邏輯準位的USB轉TTL序列線燒錄。

  2. 老師您好:
    請問能讓這組程式隔著固定時間拍照並上傳到google drive嗎
    我們有試著在程式間插入指定路徑但似乎沒用

    回覆

    1. 我採用Google官方的API，上傳檔案到Google Drive雲端硬碟。底下的程式改自之前的《使用Python Flask建置影像圖檔上傳網站服務》範例，日後再補上說明。

      你需要在Flask網站伺服器程式專案的根資料夾存入Google的憑證檔（我將它重新命名成client_secrets.json）。

      這個程式需要事先安裝這些Python套件：

      pip install --upgrade google-api-python-client google-auth-httplib2 google-auth-oauthlib

      伺服器端的Python程式碼（app.py檔）如下：

      import datetime
import os
import filetype
from flask import Flask, flash, request, redirect, url_for, render_template
import io  # 需要暫時存檔
from google.auth.transport.requests import Request
from google.oauth2.credentials import Credentials
from google_auth_oauthlib.flow import InstalledAppFlow
from googleapiclient.discovery import build
from googleapiclient.http import MediaIoBaseUpload


CLIENT_SECRET_FILE = 'client_secrets.json'  # 憑證檔案
UPLOAD_FOLDER = 'Google雲端硬碟的資料夾ID'   # 請自行修改ID
SCOPES = ['https://www.googleapis.com/auth/drive']
ALLOWED_EXTENSIONS = {'png', 'jpg', 'jpeg', 'gif'}

app = Flask(__name__)
app.secret_key = b'_5#y2L"F4Q8z\n\xec]/'     # 請自行修改密鑰
app.config['UPLOAD_FOLDER'] = UPLOAD_FOLDER
app.config['MAX_CONTENT_LENGTH'] = 3 * 1024 * 1024

# 存取Google憑證檔案，取自Google官方範例：
# https://developers.google.com/drive/api/quickstart/python
creds = None

if os.path.exists('token.json'):
    creds = Credentials.from_authorized_user_file('token.json', SCOPES)

if not creds or not creds.valid:
    if creds and creds.expired and creds.refresh_token:
        creds.refresh(Request())
    else:
        flow = InstalledAppFlow.from_client_secrets_file(
            CLIENT_SECRET_FILE, SCOPES)
        creds = flow.run_local_server(port=0)

    with open('token.json', 'w') as token:
        token.write(creds.to_json())

service = build('drive', 'v3', credentials=creds)

@app.route('/')
def index():
    return render_template('index.html')

@app.route('/', methods=['POST'])
def upload_file():
    res = handle_file(request)

    if res['msg'] == 'ok':
        flash('影像上傳完畢！')
        return render_template('index.html', filename=res['filename'])
    elif res['msg'] == 'type_error':
        flash('僅允許上傳png, jpg, jpeg和gif影像檔')
    elif res['msg'] == 'empty':
        flash('請選擇要上傳的影像')
    elif res['msg'] == 'no_file':
        flash('沒有上傳檔案')

    return redirect(url_for('index'))  # 令瀏覽器跳回首頁

@app.route('/esp32cam', methods=['POST'])
def esp32cam():
    res = handle_file(request)
    return res['msg']

def handle_file(request):
    if 'filename' not in request.files:
        return {"msg": 'no_file'}

    file = request.files['filename']  # 取得上傳檔

    if file.filename == '':
        return {"msg": 'empty'}       # 傳回代表"空白"的訊息

    if file:
        file_type = filetype.guess_extension(file)  # 判斷上傳檔的類型
        MIME = file.content_type

        if file_type in ALLOWED_EXTENSIONS:
            file.stream.seek(0)
            # 重新設定檔名
            filename = str(datetime.datetime.now()).replace(
                ':', '_') + '.' + file_type

            buffer = io.BytesIO()
            buffer.name = file.filename
            file.save(buffer)  # 暫存檔案

            print("上傳到Google Drive...")
            media = MediaIoBaseUpload(buffer, mimetype=MIME,
                                      chunksize=1024*1024, resumable=True)
            body = {'name': filename, 'parents': [UPLOAD_FOLDER]}

            file_id = service.files().create(
                body=body, media_body=media).execute()

            print('雲端檔名： ' + str(body['name']))
            print('雲端檔案ID：' + str(file_id['id']))

            return {"msg": 'ok', "filename": filename}
        else:
            return {"msg": 'type_error'}  # 傳回代表「檔案類型錯誤」的訊息

@app.route('/img/')
def display_image(filename):
    return redirect(url_for('static', filename='uploads/' + filename))

if __name__ == "__main__":
    app.run(host='0.0.0.0', port=80)

    1. 如果當作燒錄器的ESP32板子的UART介面的Reset電路和ESP32晶片是分開來的，可以，但多數ESP32板子都不這樣的。

  4. 手上的esp32 cam使用序列串按照上面的接線圖會發現無法上傳程式碼,必須把GND接5V那一側.
    且使用3.3V無法連線wifi,必須使用5V.
    不知何故?

    回覆

    2. 仔細看我的esp32 cam 3.3V那一側的GND,標示為GND/R,使用三用電錶量看起來與其他的GND不是短路.
      查看網路上的文章https://blog.makehub.tw/post/hands-on-esp32-cam-mb/,看來這是副廠的設計,用來與上傳底板結合使用的RST腳.
      謝謝老師的回覆.

  5. 您好！

    我用了老師 Arduino UNO的接法,結果出現
    A fatal error occurred: Failed to connect to ESP32: Timed out waiting for packet header

    請問要怎麼處理

    回覆

  7. 老師您好，我用的 ESP32-Cam 是副廠也就是有標示GND/R那種，購買的時候我有一起購買所謂的下載板ESP32 CAM MB (CH340)，要上傳程式碼的時候已確認過進入下載模式，但出現錯誤「Download mode successfully detected, but getting no sync reply: The serial TX path seems to be down.」

    我原本以為是板子壞了，但交換了幾片皆是如此，後來我用Arduino UNO做USB-TTL連到ESP32 Cam，試驗幾次後發現，只有TX RX輸出5V才能成功上傳，其他不管什麼方式低電壓於5V都會失敗(包含您範例會串接1K歐姆電阻)，我後來再次量測所謂下載板的TX RX腳位，以及LDO Vout皆穩壓在3.3V，我推測電壓不足導致失敗。

    請問老師有這方面的經驗為什麼會這樣嗎，還是說這是廠商隨便批的代工低價品的關係？雖然可以用UNO上傳但是挺不方便的，我看CH340 data sheet是可以輸入5V電源但須要接一顆0.1uF電容，若其他不改動僅拿掉LDO，直接一條線加電容將5V從USB提供給CH340這樣改造下載板再利用的想法是否可行，謝謝。

    回覆

    1. CH340晶片電源接0.1uF電容是為了濾波（穩定電源供給），跟燒錄韌體沒有直接關聯，USB轉TTL板子上的晶片一定有接這個電容（有些甚至會並聯多個不同數值的電容）。

      以前自製Arduino板子時，USB轉TTL的DTR接腳和ATMega晶片的Reset接腳之間，有串連一個0.1uF，目的是在燒錄之前自動重置Arduino板，像這篇貼文：

      採用PL-2303晶片的USB轉TTL序列板的小小改造
      https://swf.com.tw/?p=637

      ESP32和ESP8266一樣，在Reset時，GPIO 0腳必須處於低電位，晶片才會進入燒錄模式，這篇貼文有提到自動切換燒錄模式的電路：

      使用ESP8266 ESP-01模組的USB轉接板燒錄Arduino程式或MicroPython韌體
      https://swf.com.tw/?p=1260

      至於ESP32燒錄時出現 “Download mode successfully detected, but getting no sync reply: The serial TX path seems to be down.” 錯誤訊息…我沒遇過，但樂鑫原廠文件的這個連結提到，這個訊息代表ESP32已進入燒錄模式，但是一直沒有收到來自燒錄程式（esptool）的回應，請檢查燒錄器的TX接線是否正常。

  8. 謝謝老師的回應與參考資料，樂鑫原廠文件與其他網路上的資料查到此錯誤都是檢查燒錄器的TX接線，我自己在排除錯誤的時候有做幾組測試，皆處於燒錄模式下：ESP32 cam 接 (1) 下載板(CH340)，(2) UNO板做USB轉TTL，TX腳位串接1K、1.5K歐姆電阻，(3) UNO板做USB轉TTL，TX腳位直接相連ESP32 cam，只有 (3) TX腳位直接相連 (無任何電阻) 可以成功，其他兩種都會出現以上錯誤；因為我看老師的文章有寫過「UNO板的邏輯電位是5V，所以TX（傳送）腳最好串接一個1KΩ~2KΩ電阻，避免損壞ESP32」，因此很疑惑是不是電壓問題。

    回覆

  9. 老師你好，我編譯上傳完後要在串口序列阜找網址up，但找不到卻出現
    E (911) camera: Camera probe failed with error 0x105(ESP_ERR_NOT_FOUND)
    Camera init failed with error 0x105
    要怎麼解決

    回覆

  10. 請問在串口序列阜找網址IP時，一直出現很多點在無限的跑(像這樣:…………)，是哪裡錯誤呢

    回覆

  11. 老師你好，我上傳完後打開監控視窗顯示以下這些
    E (206) psram: PSRAM ID read error: 0xffffffff

    E (267) camera: Camera probe failed with error 0x105(ESP_ERR_NOT_FOUND)
    Camera init failed with error 0x105
    選用的模組也是正確的
    我使用的板子是ESP32-S
    請問要怎麼解決

    回覆
      • 請用穩定的5V供電
      • D0腳不要接其他元件
      • 拔掉再插回攝像頭模組試試
      • PSRAM晶片可能壞了
      • 嘗試這個老外的測試，上傳程式之前，Flash mode（快閃記憶體模式）設為”DIO”，Partition Scheme（分區）設成”Huge APP (3Mb…)”。

      補充說明，ESP32-CAM是安信可科技（AI-Thinker）研發的開源板子，所以其他公司也可以自由生產，但某些相容板採用次級零件，導致運作不穩定或出錯。

  12. Arduino UNO R4 已經上市，不知何時可以看到老師的新作。感覺可玩的東西更多了

    回覆

    1. 我會買一片Arduino UNO R4 WiFi來玩玩，但現階段的主力仍是ESP32和UNO R3板，因為ESP32微控制板的功能和接腳數量對我來說，非常好用而且價格低廉，所以目前進行中的書籍案例，還是採用ESP32開發板。

      UNO R4 WiFi開發板搭載兩個32位元微控器：Renesas RA4M1（執行Arduino程式）和ESP32-S3（負責WiFi和藍牙通訊），主因有軟、硬體相容性的考量。

      在硬體方面，R4開發板的I/O腳的布局和電位，都和R3板相容，因此可沿用既有的擴展板（Shield）。RA4M1微控器的I/O腳支援5V，數量也遠多於R3使用的ATMega328，但受限於UNO開發板的布局，很多接腳不能直接使用，有點可惜。

      ESP32的I/O腳不支援5V，所以不相容於某些擴展板和模組。

      在軟體方面，因為處理器架構不同，某些Arduino程式庫不相容於ESP32，像處理PWM輸出的程式敘述，就跟Arduino UNO R3不一樣。

      但只要有Arduino的軟硬體實作經驗（只把硬體當成積木模組拼接，完全不知道電路運作方式的人除外），這些都是小問題，Arduino UNO R4 WiFi能做的，現有的ESP32開發板也可以，電容觸控輸入、多組UART序列埠、內建USB介面、高解析度取樣、I2S, DAC, CAN匯流排…等功能，ESP32系列微控器也有，而且很多感測器和控制IC都支援3.3V低電壓。

      Arduino官方也有推出ESP32開發板（Arduino Nano ESP32），只是20美金的定價，有點嬌貴，再加上ESP32 Arduino開發程式以及MicroPython語言的開源專案，都不是由Arduino官方主導，從這個角度來看，Arduino官方的ESP32開發板對我的吸引力不大（我有贊助購買micropython.org的開發板）。

  13. 老師您好，我發現您介紹的 Arduino 官方程式​​碼是最穩定的，它使用了原始的esp_httpd函數庫。
    我已經使用 ESP32 的 AP 模式和 Client 模式 進行了嘗試，並獲得了穩定的視訊幀。

    為了使用 ESP32 Web伺服器與網頁建立雙向通信, 我嘗試了很多 websocket 視訊串流程式碼，最穩定的表現是將 esp32 作為 AP 模式，當我使用相同的 wifi 路由器配置並使用 ESP32 作為客戶端時，視訊有很多延遲和幀丟失。我在任何網站中都沒有找到在AP mode 和 Client mode下工作良好的 ESP32 Websocket 程式碼，這非常令人困惑和沮喪。

    所以，我回到了官方的範例程式碼，希望能夠找到僅使用 esp_httpd library + webserver.h 作雙向通訊。 我發現有一種方法可以使用ajax和 ESP32 Web伺服器 ( webserver.h ) 來刷新網頁，但是，它們似乎跟視訊串流彼此不匹配 (crash)。 那麼如何在使用相機串流媒體的同時從 esp32 模組接收資料呢？

    回覆

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