بررسی تراشه‌های ESP-12E و ESP-12F و ESP-12S و چند سناریو IoT

بردهای ESP مدل‌های مختلفی دارند. علاوه بر آن هر مدل دارای نسخه‌های متفاوتی است. این تفاوت در جزئیات کمک می‌کند که انتخاب دقیق و مناسبی برای هر پروژه داشته باشید. یکی از انواع پرکاربرد ESP8266 مدل ESP-12 است. این تراشه به همراه یک برد بسیار کوچک و در پکیج SMD طراحی شده است. معمولا یک قاب فلزی روی آن قرار دارد و جزئیات کاملتری از تراشه روی آن نوشته شده است. با توجه به اینکه تراشه ESP-12 نسخه‌های مختلفی دارد. همچنین در پکیج SMD طراحی شده است. کاربردهایی برای پروژه‌های تجاری دارد. در این پست میخواهیم بررسی کنیم که این تراشه چیست و چند سناریو کاربردی با آن را توضیح خواهیم داد. در ادامه این مطلب با بلاگ دانشجو کیت همراه باشید. همچنین اگر این مطلب برای شما ارزشمند بود و به اطلاعاتتان اضافه کرد، آنرا با دیگران به اشتراک بگذارید تا دانش فنی مدیرها و کاربران فارسی زبان در این حوزه و IoT رشد پیدا کند.

توضیحاتی درباره تراشه ESP-12

تراشه ESP-12 یکی از اعضای خانواده محصولات ESP8266 است. یک تراشه Wi-Fi بسیار قدرتمند و کاربردی است. در عین حال میکروکنترلر داخلی هم دارد. این برد در پکیج SMD طراحی شده است و کاملا مناسب به کار گرفتن در انواع پروژه‌های طراحی شده است. این تراشه دارای 22 پایه است. که برای اتصال نیازمند برد تبدیل PCB بوده یا اینکه روی PCB پروژه طراحی شده جای آن را در نظر گرفته باشید. در ادامه، چند نکته درباره تراشه ESP-12 را بررسی می‌کنیم.

قابلیت‌ها: تراشه ESP-12 دارای یک میکروکنترلر ESP8266 است که شامل یک واحد پردازشی Tensilica Xtensa LX106 با فرکانس 80 مگاهرتز و حافظه فلش 4 مگابایت است. البته حافظه داخلی بستگی به نسخه‌های مختلف متفاوت است. این تراشه قادر به برقراری ارتباط بی سیم Wi-Fi با استفاده از پروتکل‌های 802.11 b/g/n است.

آنتن: تراشه ESP-12 دارای آنتن PCB (Printed Circuit Board) داخلی است که برای ارتباط بی سیم Wi-Fi استفاده می‌شود. آنتن PCB معمولا در قسمت بالای برد قرار دارد.

پایه‌های PinOut: تراشه ESP-12 دارای 22 پین است که می‌توان برای اتصال به اجزای خارجی مانند سنسورها، بردهای الکترونیکی و دستگاه‌های دیگر استفاده کرد. این پین‌ها شامل پین‌های ورودی/خروجی دیجیتال، پین‌های ورودی آنالوگ، پین‌های تغذیه و پین‌های خاصی مانند پین‌های پروتکل SPI و I2C است.

ولتاژ تغذیه: تراشه ESP-12 با ولتاژ تغذیه 3.3 ولت کار می‌کند. در نتیجه، نیاز است که برای تغذیه مناسب از یک منبع ولتاژ 3.3 ولت استفاده شود. یکی از بهترین گزینه‌ها برای این تراشه رگولاتور خطی LF33 است.

زبان برنامه‌نویسی: تراشه ESP-12 را می‌توان با استفاده از نرم‌افزار Arduino IDE، MicroPython و Lua برنامه‌ریزی کرد. برای برنامه‌ریزی با استفاده از نرم‌افزار Arduino IDE، کتابخانه‌های ESP8266 را به عنوان افزونه در نرم‌افزار نصب کرده و از طریق پورت USB به برد متصل می‌شوید.

تراشه ESP-12 با توانایی بالا، پشتیبانی از Wi-Fi و قابلیت برنامه‌ریزی آسان یک انتخاب محبوب برای بسیاری از پروژه‌های اینترنت اشیاء (IoT) است. 

تفاوت تراشه esp-12e با تراشه esp-12f

تراشه ESP-12E و ESP-12F از خانواده محصولات ESP8266 می‌باشند و در اصل نسخه‌های مختلفی از یک تراشه هستند. این دو تراشه تفاوت‌هایی در برخی از مشخصات فنی دارند که در ادامه توضیحات آن را ارایه می‌کنیم.

1- آنتن: مهمترین تفاوت این دو تراشه در آنتن آن‌هاست. تراشه ESP-12E از آنتن PCB (Printed Circuit Board) استفاده می‌کند، در حالی که ESP-12F از آنتن Ceramic استفاده می‌کند. این تفاوت در طراحی آنتن ممکن است اثراتی بر عملکرد و برد بردها داشته باشد.

2- تغذیه: هر دو برد دارای ولتاژ تغذیه یکسان هستند. اما با این حال تراشه ESP-12E از ولتاژ تغذیه 3.3 ولت پشتیبانی می‌کند، در حالی که ESP-12F قابلیت پشتیبانی از ولتاژ تغذیه 3.0 تا 3.6 ولت را دارد.

3- موقعیت پین‌ها: موقعیت پین‌ها در دو تراشه هیچ تفاوتی ندارند. با این حال، عملکرد عمومی پین‌ها و توانایی‌های آنها در هر دو تراشه مشابه است.

4- اندازه و شکل فیزیکی: در اندازه و شکل فیزیکی دو تراشه هیچ تفاوتی ندارند. ESP-12F و برد ESP-12E هر دو یکسان و یک شکل هستند. پایه‌های آن ها هم یکسان است.

در کل، این تفاوت‌ها بیشتر در جزئیات فنی بوده و برای اکثر کاربران تأثیر چندانی در استفاده از بردها ندارد. اما قبل از استفاده از هر یک از این تراشه‌ها، بهتر است مستندات مربوطه و شماتیک بردها را بررسی کنید تا با تفاوت‌های دقیق بین آنها آشنا شوید.

تفاوت سه مدل تراشه ESP-12E با ESP-12F با ESP-12S

تراشه‌های ESP-12E و ESP-12F و ESP-12S از خانواده تراشه‌های ESP8266 هستند و هر کدام از این نسخه‌ها تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند. در ادامه به توضیح تفاوت‌های اصلی بین این سه نسخه می‌پردازیم.

برد ESP-12E: یک نسخه از تراشه ESP8266 است که دارای 22 پین GPIO است. این نسخه از تراشه از نظر ساختاری شامل یک ماژول Wi-Fi و ماژول آنتن خارجی است. قابلیت اتصال به شبکه Wi-Fi را دارد و با استفاده از پروتکل‌های TCP/IP قادر به ارسال و دریافت داده‌ها است.

برد ESP-12F: نسخه ارتقاء یافته‌ای از ESP-12E است. تفاوت اصلی در این نسخه این است که دارای یک آنتن PCB داخلی است که در طراحی مدار برد متمرکز شده است. این آنتن داخلی بهبود قابل توجهی در کیفیت اتصال و دریافت سیگنال Wi-Fi ایجاد می‌کند.

برد ESP-12S: این برد هم نسخه بهبود یافته‌ای از ESP-12E است. این نسخه دارای عملکرد بهتر و بهبودهایی در بخش‌هایی نظیر مصرف انرژی و حساسیت دریافت سیگنال Wi-Fi دارد. این نسخه دارای 16 پایه است. از پروتکل‌های HSPI و UART استفاده می‌کند.

به طور کلی، تراشه‌های ESP-12E، ESP-12F و ESP-12S تفاوت‌هایی در قسمت‌هایی نظیر آنتن، مصرف انرژی و بهره‌وری را دارند. انتخاب مناسب بین این نسخه‌ها بستگی به نیازها و مورد استفاده در پروژه‌های مختلف دارد.

در چه سناریویی بجای استفاده از تراشه esp8266-01 بایستی از esp-12 استفاده کنیم؟

1- نیازمند پردازش بیشتر و حافظه بیشتر: ESP-12 با پردازنده قدرتمندتر و حافظه بیشتری نسبت به ESP8266-01، برای پروژه‌هایی که نیاز به پردازش داده‌های بزرگتر یا اجرای برنامه‌های پیچیده‌تر دارند، مناسب است.

2- پروتکل‌های ارتباطی بیشتر: ESP-12 دارای پین‌های اضافی است که به شما امکان اتصال اجزای دیگری مانند سنسورها، LCD و دیگر وسایل جانبی را می‌دهد. اگر پروژه شما نیاز به ارتباط با بیشترین تعداد اجزا دارد، ESP-12 می‌تواند گزینه مناسبی باشد.

3- مصرف انرژی بهینه‌تر: به دلیل مصرف برق کمتر و مدیریت بهتر مصرف انرژی، ESP-12 ممکن است برای پروژه‌هایی که نیاز به عمر باتری بیشتری دارند، مناسبتر باشد.

4- پین‌های ورودی/خروجی بیشتر: ESP-12 با داشتن تعداد بیشتری پین ورودی/خروجی نسبت به ESP8266-01، مناسبتر است برای پروژه‌هایی که نیاز به اتصال بیشتری به اجزای جانبی و دستگاه‌های دیگر دارند.

در کل، استفاده از تراشه ESP-12 به جای ESP8266-01 مناسب است در پروژه‌هایی که نیاز به قدرت پردازشی بیشتر، حافظه بیشتر، اتصال به تعداد بیشتری اجزا و قابلیت مصرف کمتر انرژی دارند. در تصویر زیر پایه‌های PinOut تراشه ESP-12S را مشاهده می‌کنید.

چند سناریو کاربردی IoT با تراشه ESP-12

تراشه ESP-12 در بسیاری از سناریوهای IoT می‌تواند انتخاب مناسبی باشد. در زیر چند سناریو از جمله مواردی که برد ESP-12 در آن‌ها بهترین انتخاب است را بررسی می‌کنیم.

1- سیستم‌های خانه هوشمند: ESP-12 با قابلیت اتصال به انواع سنسورها، دستگاه‌های خانه هوشمند مانند رله‌ها، دما‌سنج‌ها، سنسورهای حرکتی و... را به راحتی امکان‌پذیر می‌کند. با استفاده از این تراشه، می‌توانید سیستم‌های کنترلی هوشمندی را برای روشن و خاموش کردن چراغ‌ها، کنترل دما، مدیریت امنیت و سایر وظایف خانه هوشمند پیاده‌سازی کنید.

2- پروژه‌های کنترل و مانیتورینگ صنعتی: ESP-12 با قابلیت ارتباط از طریق Wi-Fi و پروتکل MQTT، بسیار مناسب برای ایجاد سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ صنعتی است. می‌توان از این تراشه برای کنترل و نظارت بر دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف در صنعت مانند ماشین‌آلات، خطوط تولید و سیستم‌های اتوماسیون صنعتی استفاده کرد.

3- پروژه‌های آب و هواشناسی و محیطی: با استفاده از ESP-12 می‌توانید سیستم‌های آب و هواشناسی و محیطی را پیاده‌سازی کنید. این تراشه قادر به اتصال به سنسورهای دما، رطوبت، فشار هوا و سایر سنسورهای محیطی است و می‌تواند اطلاعات آب و هوا و محیط را جمع‌آوری و به سیستم‌های مدیریت مربوطه ارسال کند.

4- پروژه‌های ردیابی و مکان‌یابی: با استفاده از قابلیت‌های Wi-Fi و GPS اضافی، ESP-12 می‌تواند در پروژه‌های ردیابی و مکان‌یابی مورد استفاده قرار بگیرد. مثلاً می‌توان با استفاده از این تراشه یک سیستم ردیابی خودروها، ابزارها یا حیوانات را پیاده‌سازی کرد.

5- پروژه‌های اتوماسیون خانگی: ESP-12 با دسترسی به شبکه Wi-Fi می‌تواند در پروژه‌های اتوماسیون خانگی مانند کنترل دستگاه‌های روشنایی، پنجره‌ها، درب‌ها، سیستم‌های امنیتی و غیره استفاده شود. با استفاده از این تراشه و کتابخانه‌های مربوطه می‌توانید سیستم‌های هوشمند خانگی خود را ایجاد کنید.

6- آبیاری خودکار گلخانه: با استفاده از ESP-12 و سنسورهای رطوبت خاک و دما، می‌توانید یک سیستم آبیاری خودکار برای گلخانه خود ایجاد کنید. ESP-12 می‌تواند اطلاعات رطوبت و دما را تشخیص دهد و بر اساس آن، سیستم آبیاری را فعال یا غیرفعال کند.

7- سیستم هوشمند اتوماسیون اداری: با استفاده از ESP-12 و قطعات الکترونیکی مختلف، می‌توانید یک سیستم هوشمند اتوماسیون اداری راه اندازی کنید. این سیستم می‌تواند شامل کنترل دستگاه‌های نورپردازی، سیستم‌های صوتی، کنترل دستگاه‌های امنیتی و غیره باشد.

توجه داشته باشید که این تنها چند مثال از سناریوهای ممکن است و تراشه ESP-12 در بسیاری از پروژه‌های IoT کاربرد دارد. توانایی اتصال به شبکه Wi-Fi، دسترسی به پورت‌های GPIO و قابلیت برنامه‌ریزی و سفارشی‌سازی بالا، این تراشه را به یک انتخاب محبوب در پروژه‌های IoT تبدیل کرده است.

پروتکل‌های ارتباطی تراشه ESP-12

تمامی نسخه‌های ESP-12E، ESP-12F و ESP-12S از تراشه ESP8266 پشتیبانی می‌کنند که دارای پروتکل ارتباطی Wi-Fi است. این تراشه‌ها از پروتکل‌های TCP/IP برای ارسال و دریافت داده‌ها از طریق اتصال Wi-Fi استفاده می‌کنند. این پروتکل‌ها امکان برقراری ارتباط با شبکه‌های Wi-Fi مختلف را فراهم می‌کنند و به کاربر امکان ارسال و دریافت داده‌ها از اینترنت را می‌دهند. با استفاده از پروتکل‌های TCP/IP، می‌توان ارتباط امن و پایداری با سرورها و سرویس‌های ابری برقرار کرد و داده‌ها را به صورت بی‌سیم انتقال داد. در تصویر زیر پایه‌های PinOut تراشه ESP-12F را مشاهده می‌کنید.

پروتکل‌های ارتباطی GPIO تراشه‌های ESP-12 و کاربرد عملی آن‌ها

پروتکل GPIO (General Purpose Input/Output) یک رابط استاندارد برای کنترل و ارتباط با دستگاه‌های ورودی و خروجی در میکروکنترلرها و تراشه‌های الکترونیکی است. با استفاده از پین‌های GPIO، می‌توانیم سیگنال‌های دیجیتال را ورودی گرفته و کنترل کنیم یا سیگنال‌های دیجیتال را خروجی دهیم. برخی از مواردی که می‌توان با استفاده از پروتکل GPIO در تراشه‌های ESP-12 کنترل کرد، را در ادامه بررسی می‌کنیم.

• دکمه‌ها و سوئیچ‌ها: با اتصال دکمه‌ها و سوئیچ‌ها به پین‌های GPIO می‌توانیم وضعیت فشار دادن یا رها کردن آن‌ها را تشخیص دهیم و بر اساس آن عملیاتی را انجام دهیم.
• LED‌ها: با اتصال LED‌ها به پین‌های GPIO و کنترل وضعیت آن‌ها می‌توانیم روشن یا خاموش کردن آن‌ها را کنترل کنیم.
• ماژول‌های حسگر و سنسورها: با اتصال ماژول‌های حسگر مانند سنسور دما، سنسور رطوبت، سنسور حرکت و غیره به پین‌های GPIO می‌توانیم خواندن اطلاعات حسگر را انجام داده و بر اساس آن اقدامات لازم را انجام دهیم.
• موتورها و کنترل کننده‌ها: با استفاده از پین‌های GPIO و مدارهای قابل کنترل، می‌توانیم موتورها، سروموتورها، رله‌ها و سایر فعال کننده‌ها را کنترل کنیم و عملکردهای مختلف را انجام دهیم.
• ارتباط با سایر دستگاه‌ها: از طریق پروتکل‌های ارتباطی مانند UART، I2C و SPI می‌توان با دستگاه‌های خارجی ارتباط برقرار کرد و اطلاعات را به صورت دوطرفه با آن‌ها تبادل کرد. این دستگاه‌ها می‌توانند سنسورها، نمایشگرها، ماژول‌های ارتباطی و سایر وسایل الکترونیکی باشند.

این فقط چند مثال از کاربردهای پروتکل GPIO هستند و در واقع با استفاده از پروتکل GPIO می‌توان به صورت گسترده‌تر و با توجه به نیازهای پروژه‌ها، دستگاه‌ها و ماژول‌ها را کنترل و ارتباط برقرار کرد.