ESP32-CAM - Video Streaming Server

Basierend auf dem ESP32-S-Modul haben einige Firmen wie Ai-Thinker und Seeed-Studio vor einiger Zeit das kompakte ESP32-CAM-Modul herausgebracht, welches die Funktionen eines vollwertigen ESP32 mit einem integrierten OV7670 verbindet.

Features

Zusätzlich zu den Features des regulären ESP32 bietet dieses Modul noch mehr:

• 520kB SRAM + externer 4MB SRAM
• Unterstützung der Kameras OV2640 und OV7670
• OV7670-Kamera inkl.
• LED-Blitzlicht
• Slot für Micro-SD-Karte

Technische Daten des Herstellers seeed

Eine Übersicht über die Unterschiede und verschiedenen Features der angebotenen ESP-32-CAM-Boards kann man unter Makeradvisor - ESP32 Camera Dev Boards Review bekommen.

Komponenten und Anschlüsse

Das Board hat einen IPEX-Anschluss für eine optionale externe 2,4GHz-Antenne. Wird eine solche Antenne angeschlossen, so muss die Lötbrücke direkt daneben umgelötet werden, damit nicht mehr die interne PCB-Antenne verwendet wird. Durch Verwendung einer externen Antenne kann das WLAN-Signal deutlich verstärkt und damit die Reichweite vergrößert werden.

Anschlüsse

SD_MMC.begin("/sdcard", true);

void setup() {
    pinMode(33, OUTPUT);
}

void loop() {
    digitalWrite(33, LOW);
}

Verwendete Bauteile

• Grundlegende Werkzeuge und Hilfsmittel
• ESP32-CAM (inkl. WiFi Antenne)
• FT232RL FTDI-Adapter
• Mini-B USB-Kabel
• 18650 Li-Ionen-Akku
• 18650 Batterie-Board
• Steckkabel ("Jumperkabel")
• Steckbrett ("Breadboard")

Einrichtung der Programmier-Schnittstelle

Das ESP32-CAM-Board wird ohne ISP-Programmer (d.h. ohne USB-Anschluss) ausgeliefert, damit ist es notwendig einen USB/UART-Wandler zu verwenden, um das Modul zu programmieren. Hier wird ein FTDI-Konverter mit einem USB Mini-B-Anschluss verwendet.

Anschlüsse

Zum Programmieren muss auf dem Board GND mit GPIO0 verbunden werden (z.B. mit einem Jumper). (Diese Überbrückung wird dann nach der Programmierung wieder entfernt) Vor jedem Programmieren muss außerdem der Reset-Knopf des Boards gedrückt werden.
Vorher überprüfen, wo die Pins des verwendeten Boards wirklich liegen, es kann hier verschiedene Belegungen geben!

Einrichtung mit der Arduino-IDE

Zum Übertragen des Sketches an das ESP32-CAM-Board wird die Arduino-IDE vorbereitet. Allerdings wird im Menu "Werkzeuge → Board:" nun "AI Thinker ESP32-CAM" und der entsprechende Port -an dem der FTDI-Konvert hängt- ausgewählt.

Video-Streaming Server

Im Menu der Arduino-IDE wird nun "Datei → Beispiele → ESP32 → Camera → CameraWebServer" gewählt, wobei ein recht langer Sketch zum Erstellen eines Streaming servers geladen wird. In diesem Sketch müssen noch ein paar kleine Anpassungen vorgenommen werden:

• Auswahl des richtigen ESP32-CAM-Moduls (ca. Zeile 10-15 des Sketches); hierbei wird die Definition einkommentiert, welche dem verwendeten Board entspricht, z.B.:
  

  // Select camera model
  //#define CAMERA_MODEL_WROVER_KIT
  //#define CAMERA_MODEL_ESP_EYE
  //#define CAMERA_MODEL_M5STACK_PSRAM
  //#define CAMERA_MODEL_M5STACK_WIDE
  #define CAMERA_MODEL_AI_THINKER

• Angabe der richtigen SSID und des Passworts für das verwendete WLAN-Netzwerk:

  const char* ssid = "mySSID";
  const char* password = "mySecretPassword";

Nun kann der Sketch kompiliert und auf das ESP32-Board hochgeladen werden. (Dies kann einige Zeit dauern).

Nach dem erfolgreichen Hochladen des Sketches wird die GND-GPIO0-Verbindung entfernt, die serielle Konsole in der Arduino-IDE geöffnet und auf 115200 Baud umgestellt. Nach dem Drücken des Reset-Knopfes auf dem Board sollte in der seriellen Konsole nach der Initialisierung die IP für den Streaming-Server angezeigt werden:

Jetzt kann ein beliebiger Webbrowser mit dieser IP als URL geöffnet werden und es sollte das Web-Interface des ESP32-CAM-Streamingservers erscheinen. Neben etlichen Einstellungsmöglichkeiten erscheint ein Live-Bild der Kamera, sobald der Knopf "Start Stream" gedrückt wurde:

Der rohe Video-Stream ist unter der URL 192.168.xxx.xxx:81/stream erreichbar und sollte von Streaming-Programmen konsumiert werden können. Mit VLC ist es mir nicht gelungen, einen Stream zu bekommen, doch unter (Debian-)Linux hat mpv funktioniert.
mpv installieren:
sudo apt-get update
sudo apt-get install mpv
Nun muss noch eine Konfigurations-Datei für das MJPEG-Video-Format angelegt werden:
touch ~/.config/mpv/mpv.conf echo demuxer-lavf-probescore=25 >> ~/.config/mpv/mpv.conf
Jetzt kann der Stream gestartet werden:
mpv 192.168.xxx.xxx:81/stream

Einstellungen vornehmen

Der gestartete Webserver erlaubt es, die Kamera direkt zu steuern. Grundsätzlich werden die Befehle in folgender Notation gesendet:
http://192.168.xxx.xxx/control?var=[KEY]&val=[VALUE]
Die folgende Tabelle enthält die meisten der konfigurierbaren Einstellungen der Kamera:

Statische IP im internen Netzwerk

Will man vermeiden, dass das ESP32-CAM-Board jedesmal eine andere (zufällige) IP vom Router zugewiesen bekommt, so kann man auch eine statische IP konfigurieren. Dazu müssen folgende Teile dem Sketch hinzugefügt werden:

• Im Kopfbereich des Sketches kommen folgende Zeilen mit der gewünschten IP hinzu:
  

  IPAddress local_IP(192, 168, 1, 66); // Set your Static IP address
  IPAddress gateway(192, 168, 178, 1); // Set your Gateway IP address
  IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);

• In setup() werden vor WiFi.begin(ssid, password); folgende Zeilen eingefügt:
  

  if (!WiFi.config(local_IP, gateway, subnet)) {
      Serial.println("Failed to configure WiFi!");
  }

Nach dem Hochladen und Ausführen des Sketches sollte genau unter diesen IP-Adresse nun das Web-Interface für den Streaming-Server zu finden sein. (Bei mir gab es mit der FritzBox! ein paar Probleme, was vermutlich an der falschen Konfiguration des Gateways lag)

ESP32-CAM als Access Point (AP)

Will man das Board unabhängig vom Router betreiben, so kann man auch einen Access Point mit dem ESP32 erstellen lassen und das Video-Streaming darüber betreiben. Hierfür müssen folgende Änderungen am obigen Sketch vorgenommen werden:

• Anpassung der SSID und des (optionalen) Passwort für den AP (diese sind frei zu vergeben), z.B.:
  

  const char* ssid = "ESP32CAM-AP";
  const char* password = "123456789";

• In setup(); wird der folgende Code:
  

  WiFi.begin(ssid, password);
  
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
      delay(500);
      Serial.print(".");
  }
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  
  startCameraServer();
  
  Serial.print("Camera Ready! Use 'http://");
  Serial.print(WiFi.localIP());
  Serial.println("' to connect");

  
  ersetzt durch:
  

  Serial.print("Init access point...");
  WiFi.softAP(ssid, password); // Remove the password parameter, if you want the AP (Access Point) to be open
  
  IPAddress IP = WiFi.softAPIP();
  Serial.print("Camera Ready! Use http://");
  Serial.println(IP);
  
  startCameraServer();

Nach dem Hochladen des geänderten Sketches kann man sich nun mit dem durch den ESP32 erstellen AP (mit SSID und Password) verbinden und über die in der seriellen Konsole ausgegebenen IP-Adresse auf das Web-Interface des Streaming-Servers verbinden.

Probleme

Falls es Probleme beim Kompilieren, Hochladen oder Ausführen des Sketches gibt, dann findet man unter ESP32-CAM Troubleshooting Guide von Random Nerd Tutorials einige Lösungen.