Toen de Raspberry Pi Foundation begin 2021 de Raspberry Pi Pico aankondigde, bleek dit een geduchte concurrent voor de Arduino-microcontrollerbordjes te zijn. Nog opvallender was dat ze hier een eigen chip voor ontwikkeld hadden: de RP2040. Het duurde niet lang tot andere fabrikanten rond diezelfde chip ook allerlei microcontrollerbordjes bouwden. Maak kennis met tien van deze kleine krachtpatsers.

De wereld van elektronicaknutselaars is in twee domeinen onderverdeeld: die van de singleboardcomputers en die van de microcontrollerbordjes. Een singleboardcomputer, waarvan de Raspberry Pi het bekendste voorbeeld is, heeft een relatief krachtige processor, intern geheugen (RAM), soms eigen opslag, video-uitvoer enzovoort. Allemaal eigenschappen die we van een desktopcomputer of laptop kennen, maar dan in een kleinere vorm.

Een microcontrollerbordje daarentegen, zoals de bekende Arduino-bordjes, is een printplaatje waarop bijna alle functionaliteit in één chip ingebouwd is: de microcontroller. Die bevat doorgaans zowel de processor als het RAM en ROM. De processor in een microcontroller is heel wat minder krachtig dan die in een singleboardcomputer en er is minder geheugen beschikbaar.

Waarom zou je dan een microcontrollerbordje gebruiken als een singleboardcomputer zoveel krachtiger is? Microcontrollers zijn betrouwbaarder omdat ze geen heel besturingssysteem draaien, maar enkel de code die jij erin programmeert. Bovendien zijn ze goedkoper en verbruiken ze minder energie. Voor eenvoudige toepassingen zijn microcontrollers dan ook heel geschikt.

De Arduino-microcontrollerfamilie is het laatste decennium populair geworden bij elektronicaknutselaars. Maar de Raspberry Pi Pico is een geduchte concurrent, niet in het minst door de krachtige RP2040: een dualcore ARM Cortex-M0+-microcontroller van 32 bit. We bekijken tien microcontrollerbordjes met de RP2040-chip.

Raspberry Pi Pico

De Raspberry Pi Pico was het eerste ontwikkelbordje met de RP2040-microcontroller en is nog altijd het beste voor algemene toepassingen. Het is goedkoop (rond de 5 euro) en perfect ondersteund door allerlei ontwikkelsoftware in het RP2040-ecosysteem. Bovendien beschikt het bordje van 51 × 21 mm over 40 pinnen, waarvan 26 GPIO-pinnen die voor algemeen gebruik in te zetten zijn en 3 ADC-pinnen om analoge signalen in te lezen.

De microcontroller programmeren doe je via de micro-usb-aansluiting of via de SWD-pinnen (Serial Wire Debug) aan de andere kant. Naast de chip is er 2 MB flashgeheugen op het bordje gesoldeerd. Dat is het minste van alle RP2040-bordjes, maar ruimschoots voldoende voor de meeste toepassingen. Ter vergelijking: de Arduino Uno en Nano hebben maar 32 KB flashgeheugen en zelfs de Nano 33 BLE is ‘maar’ met 1 MB uitgerust.

De Raspberry Pi Pico is met of zonder header te koop. Er bestaan ook allerlei uitbreidingsbordjes en displaymodules die op de header passen, waardoor je hiermee wel heel eenvoudig je eerste stappen in de microcontrollerwereld zet.

©PXimport

Arduino Nano RP2040 Connect

Hoewel de Raspberry Pi Pico als concurrent voor Arduino-bordjes in de markt wordt gezet, levert de Raspberry Pi Foundation zijn RP2040-chip ook aan concurrerende producenten, en zo ook aan het team achter Arduino. Zij hebben de chip ingebouwd in een premiumbordje (rond de 26 euro): de Arduino Nano RP2040 Connect. Deze heeft de afmetingen van een Arduino Nano (45 × 18 mm met 30 pinnen), maar beschikt dankzij de RP2040 wel over veel meer rekenkracht. Bovendien is er maar liefst 16 MB flashgeheugen aanwezig, de maximale capaciteit die de RP2040 ondersteunt. 

Verder zit het bordje tjokvol functionaliteit. De u-blox NINA-W102-module biedt wifi en bluetooth, en er zit ook een bewegingssensor, microfoon, cryptochip en RGB-led in. Van de 22 GPIO-pinnen zijn er 20 voor PWM (Pulse Width Modulation) bruikbaar en 8 zijn er analoog. De softwareondersteuning is ook uitstekend, zowel in de Arduino IDE als in de ontwikkelomgevingen voor MicroPython en CircuitPython. 

Er is uiteraard ook rechtstreekse ondersteuning voor het bordje in de Arduino IoT Cloud, Arduino’s clouddienst waarin je microcontrollers programmeert. Al met al heeft dit bordje wel een stevige prijs, maar door alle functionaliteit is het een veelzijdig ontwikkelbordje voor IoT-toepassingen.

©PXimport

Adafruit Feather RP2040

Adafruit brengt al jaren ontwikkelbordjes met diverse processorfamilies uit in zijn Feather-reeks, met standaardafmetingen van 50,8 × 22,8 mm en 28 pinnen. Deze Adafruit Feather RP2040 is daar een nieuw lid van. 21 pinnen zijn algemeen bruikbare GPIO-pinnen, waarvan 4 ADC-pinnen, dus één meer dan de Raspberry Pi Pico. Voor wie een extra analoog signaal wil uitlezen, is het bordje dan ook heel interessant. Maar ook daarnaast is het bordje goed uitgerust. Er is niet alleen een rode led, maar ook een RGB-led van het NeoPixel-type. 

Het flashgeheugen van 8 MB is ruim. Gebruik je MicroPython of CircuitPython, dan heb je nog een 7 MB over. Verder heeft de Adafruit Feather RP2040 een STEMMA QT-connector, waardoor je eenvoudig een component met een STEMMA QT-, Qwiic- of Grove I²C-stekker aansluit. Het bordje heeft een usb-c-connector en aan de zijkant een JST-PH-connector voor een LiPo-batterij. De ingebouwde batterijlader laadt een aangesloten batterij als je usb aangesloten hebt.

Zonder usb haalt het bordje zijn voeding uit de batterij. Dat maakt de Adafruit Feather RP2040 dus ideaal voor mobiele toepassingen.

©PXimport

SparkFun Thing Plus - RP2040

Adafruits Feather-formaat staat ook open voor andere fabrikanten en concurrent SparkFun heeft daar gebruik van gemaakt met zijn Thing Plus - RP2040. Het bordje lijkt sterk op de Adafruit Feather RP2040, inclusief de vier ADC-pinnen. We vinden hier dezelfde Qwiic-connector, usb-c-connector en JST-PH-connector voor een LiPo-batterij. Met zijn 59 × 23 mm is het bordje wel iets groter dan zijn voorbeeld. De connectoren staan dan ook net iets anders gepositioneerd. Zo staat de Qwiic-connector naast de batterijconnector. Bovendien heeft het bordje aan de onderkant een microSD-kaartslot. 

Wil je in je microcontrollertoepassing veel data opslaan (voor datalogging van sensormetingen) of inlezen (zoals afbeeldingen of audio), dan is de SparkFun Thing Plus - RP2040 dankzij dit kaartslot een heel interessant bordje. De communicatielijnen zijn aan specifieke GPIO’s toegekend en daarmee kun je je microSD-kaart met bijvoorbeeld MicroPython als massaopslag aanspreken. 

Verder is het bordje ook heel ruim voorzien van 16 MB flashgeheugen, evenals van een blauwe led en NeoPixel-RGB-led. Er zijn ook tien pingaatjes waarop je een header kunt solderen voor JTAG/SWD-debugging.

©PXimport

Seeed XIAO RP2040

Waarschijnlijk de kleinste telg in de RP2040-familie is de Seeed XIAO RP2040, die maar 20 × 17,5 mm meet. Dat heeft natuurlijk zijn weerslag op het aantal GPIO-pinnen: dat zijn er maar 11. Die zijn wel allemaal met PWM te gebruiken en 4 ervan ook als analoge pin. Op de onderkant heb je ook pads voor SWD. De Seeed XIAO RP2040 is uitgerust met 2 MB flashgeheugen, een usb-c-connector, een gewone led en een NeoPixel-RGB-led. In feite maken deze specificaties van de Seeed XIAO RP2040 gewoon een kleinere versie van de Raspberry Pi Pico met een RGB-led.

Maar de veelzijdigheid van de GPIO-pinnen maken het bordje heel flexibel. Dankzij de vier analoge pinnen kun je er potentiometers of analoge sensoren op aansluiten. En omdat alle pinnen PWM ondersteunen, kun je er de helderheid van leds of de snelheid van motoren mee aansturen. Bovendien kun je ook I²C, SPI en UART op de pinnen gebruiken. Kortom, het bordje is geschikt voor heel wat toepassingen waarin compacte afmetingen belangrijk zijn.

©PXimport

Solder Party RP2040 Stamp

De RP2040 Stamp van het Zweedse Solder Party is met zijn 25 × 25 mm iets groter dan de Seeed XIAO RP2040, maar heeft als voordeel dat het toegang geeft tot alle 30 GPIO’s van de microcontroller. Daardoor heb je de beschikking over twee keer I²C, twee keer SPI, twee keer UART, 16 pinnen met PWM en 4 analoge pinnen. Om dit alles zo compact te houden, staan de pingaten aan de vier zijden wel op 2 mm afstand van elkaar, waardoor dit bordje niet op een breadboard past. 

Er is geen usb-connector gemonteerd, maar de usb-pinnen zijn wel beschikbaar. Het bordje kan via deze pinnen gevoed worden of via de ingebouwde voedings- en laadschakeling (zonder bescherming) voor een LiPo-batterij. De flashchip heeft een capaciteit van 8 MB. De RP2040 Stamp is open hardware: alle hardwareschema’s zijn gepubliceerd onder een CERN-licentie.

Solder Party heeft ook een bijbehorend RP2040 Carrier Board dat de Arduino Uno Shield-pinout volgt. Als je de RP2040 Stamp hierop monteert, heb je connectoren voor usb-c, Qwiic/STEMMA QT, een LiPo-batterij, DC-aansluiting en een SWD-header.

Pimoroni Pico LiPo

De Pico LiPo van Pimoroni heeft dezelfde pinout als de Raspberry Pi Pico en is daardoor ook volledig compatibel met allerlei Raspberry Pi Pico-add-ons. Daarnaast komt het bordje met heel wat leuke extra’s. Zo is het uitgerust met een usb-c-poort en een Qwiic/STEMMA QT-connector, evenals een JST-SH-connector voor SWD. Een JST-PH-batterijconnector maakt het plaatje compleet. De laadschakeling heeft een bescherming ingebouwd. Er is ook een aan-uitknop, wat handig is als je bij batterijgevoede toepassingen stroom wilt besparen wanneer je het bordje even niet nodig hebt. 

De Pico LiPo meet 53 × 21 mm, dus twee millimeter langer dan de Raspberry Pi Pico, en is beschikbaar met 4 of 16 MB flashgeheugen. Die laatste versie is zo’n drie keer duurder dan de Raspberry Pi Pico, maar met alle extra functionaliteit én de compatibiliteit met de add-ons is dat zeker niet te duur voor draagbare toepassingen. Zowel MicroPython als CircuitPython en C/C++ zijn ondersteund.

©PXimport

Pimoroni Badger 2040

De Pimoroni Badger 2040 is een RP2040 gemonteerd op de achterkant van een zwart-wit e-paperscherm van 2,9 inch, met vijf knoppen. Hij is uitgerust met 2 MB flashgeheugen, een usb-c-connector en een JST-PH-connector voor een batterij, en een connector voor Qwiic/STEMMA QT. Er zijn ook nog enkele pads aan de achterkant voor toegang tot I²C, UART en SWD.

Pimoroni verkoopt ook een kit met accessoires, waarin twee AAA-batterijen en een batterijhouder zitten, klittenband om de batterijhouder aan het bordje te bevestigen, een usb-c-naar-usb-a-kabel en een nekkoord dat door een sleuf in het bordje past. Hiermee heb je dan een draagbaar schermpje dat door de e-papertechnologie heel zuinig is. Wil je een LiPo-batterij aansluiten, neem er dan een met ingebouwde bescherming, want de Badger 2040 is niet voorzien van batterijbescherming.

Een belangrijke beperking is wel dat het bordje geen batterijlader heeft. Je hebt dus een externe LiPo-lader nodig als je je batterij wilt opladen. Pimoroni’s software maakt het heel eenvoudig om in MicroPython tekst en afbeeldingen op het scherm te tonen.

Cytron Maker Pi RP2040

Wil je met de RP2040 motoren aansturen, bijvoorbeeld voor een robot of om planten water te geven, dan is de Maker Pi RP2040 van Cytron het ideale bordje. De ingebouwde motordriver kan twee DC-motoren (inclusief statusleds en testknoppen) en vier servomotoren aansturen. Er zijn 13 indicatorleds voor de status van de GPIO-pinnen, een piëzozoemer met schakelaar om hem te dempen qua geluid, twee drukknoppen, twee NeoPixel-RGB-leds en maar liefst zeven Grove-connectoren voor I²C, SPI, UART of analoge communicatie. 

De RP2040 op het bordje wordt vergezeld van 2 MB flashgeheugen, een micro-usb-aansluiting en een aansluiting voor een LiPo-batterij. De ingebouwde LiPo/Li-Ion-laadschakeling heeft bescherming tegen overladen en ontladen. Het bordje komt ook met een aan-uitschakelaar en meet 88 × 64 mm. Cytron laadt de chip al met CircuitPython, zodat je onmiddellijk aan de slag kunt. Ook MicroPython, C/C++ en Arduino zijn uiteraard ondersteund. 

Kortom, de Maker Pi RP2040 biedt alles wat je nodig hebt voor het stevigere werk met een combinatie van motoren en sensoren.

©PXimport

Pimoroni PicoSystem

De PicoSystem van Pimoroni is een volwaardige draagbare gameconsole gebouwd rond de RP2040. De microcontroller is vergezeld van een 16MB-flashchip en heeft een 1,54inch-kleurenschermpje met links daarvan een D-pad en rechts vier knoppen. Er is een RGB-led, aan-uitknop en piëzozoemer. De LiPo-batterij met een capaciteit van 525 mAh zou voldoende moeten zijn voor minstens zes uur speelplezier. 

Het PicoSystem meet 96,6 × 42,7 mm en gebruikt een usb-c-kabel om de batterij op te laden en de microcontroller te programmeren. Er zitten ook SWD- en UART-pinnen op de printplaat, maar daarvoor moet je de behuizing openschroeven. Pimoroni levert het PicoSystem met het platformspel Super Square Bros van Scorpion Games, maar je kunt er nog heel wat andere naar uploaden. 

Je eigen games maken kan met de officiële PicoSystem-API voor C++ en MicroPython, met de Stage-bibliotheek in CircuitPython of met de 32bit-SDK in C/C++. Met die laatste creëer je games die zowel op het PicoSystem als op de 32bit-console werken, en ook op Linux, Windows en macOS.

De RP2040, een krachtige microcontroller

De RP2040-chip past in een QFN-56-SMD-behuizing van 7 × 7 mm en wordt met een 40nm-proces gemaakt. De chip heeft twee ARM Cortex-M0+-processorkernen die op een kloksnelheid van 133 MHz draaien en beschikt over 264 KB SRAM. Er is geen intern flashgeheugen of EEPROM: de bootloader laadt de firmware vanaf extern flashgeheugen (de controller ondersteunt capaciteiten tot 16 MB) of de usb-bus. 

Van de 30 GPIO-pinnen kunnen er 4 optioneel als analoge invoer worden gebruikt. Verder heeft de chip twee keer UART, twee keer SPI, twee keer I²C, 16 PWM-kanalen, en een usb1.1-controller en PHY-chip met ondersteuning voor host en device. De RP2040 heeft ook 8 PIO state machines. 

PIO staat voor Programmable I/O en hiermee is het mogelijk om in een extra, kleine processor die los van de ARM-kernen draait speciale code uit te voeren voor efficiënte communicatie met de buitenwereld, zoals extra UARTs, DVI, NeoPixels of CAN-bus.

Conclusie

De RP2040 is een krachtige microcontroller van de makers van de Raspberry Pi waar allerlei fabrikanten ontwikkelbordjes met diverse toepassingsdomeinen omheen hebben gemaakt. Voor je eerste experimenten met de RP2040 is de Raspberry Pi Pico nog altijd het beste bordje, omdat het zo veelzijdig en goedkoop is. Arduino, Adafruit, SparkFun en Pimoroni hebben elk hun eigen varianten met licht verschillende functionaliteit, die elk hun eigen toepassingsdomeinen hebben waarvoor ze optimaal uitgerust zijn.

Moet je toepassing vooral compact zijn, dan zijn de Seeed Xiao RP2040 (zo klein mogelijk) en de Solder Party RP2040 Stamp (zo klein mogelijk met toegang tot alle GPIO’s) niet te kloppen. Daarnaast bestaan er ook heel specifiek uitgeruste bordjes, bijvoorbeeld met een e-paperscherm, motordriver of zelfs een volledige RP2040-gebaseerde gameconsole.

 Wat al deze bordjes gemeen hebben, is dat ze een uitstekende ondersteuning hebben in allerlei ontwikkelomgevingen en ecosystemen zoals MicroPython, CircuitPython en Arduino. In nog geen anderhalf jaar tijd heeft de RP2040 dan ook zeker zijn plaats in de wereld van elektronicaknutselaars ingenomen.

Houd je van knutselen én automatiseer je alles in en om je huis met Home Assistant? Kijk dan zeker eens naar ESPHome. Je kunt eindeloos variëren met componenten. Dankzij de koppeling met Home Assistant bouw je gemakkelijk en voor weinig geld een lichtschakelaar of sensor, om maar wat te noemen. De LVGL-bibliotheek zorgt ervoor dat je nu ook eenvoudig met een touchscreen en zelfbedachte gebruikersinterface kunt werken. We laten zien hoe dat werkt met tips voor passende projecten.

ESPHome maakt het heel makkelijk om apparaten te maken voor een slim huis, zoals je eigen sensors. Zo bouwden we eerder al eens een luchtkwaliteitsmonitor, een infraroodzender/ontvanger en een controller met drukknoppen en leds, waarmee je apparaten kunt bedienen en de status aflezen. Hoe je dat doet, lees je in dit artikel: Zo maak je met ESPHome apparaten geschikt voor je smarthome.

De basis voor ESPHome is een kleine, voordelige en zuinige microcontroller, meestal de ESP32. ESPHome ondersteunt enorm veel componenten en biedt daardoor haast onbegrensde mogelijkheden. We helpen je kort op weg met ESPHome, maar gaan ook meteen een stapje verder met de toevoeging van een touchscreen en de LVGL-bibliotheek. Daar kun je sinds augustus 2024 officieel gebruik van maken binnen ESPHome.

Met LVGL kun je aan de hand van widgets een grafische gebruikersinterface opbouwen en weergeven (zie kader ‘Grafische interfaces met widgets’). Soms kom je de term HMI (Human Machine Interface) tegen, waarmee een grafische gebruikersinterface voor het bedienen van apparatuur wordt bedoeld.

De kracht van ESPHome is dat je niet alleen lokaal aangesloten apparaten bedienbaar kunt maken, bijvoorbeeld via een relais, maar ook alle apparaten die je binnen Home Assistant gebruikt.

1 Wat gaan we doen?

Met ESPHome kun je relatief eenvoudig apparaatjes voor je slimme huis maken. Een voordeel ten opzichte van bijvoorbeeld Arduino en MicroPython is dat je niet hoeft te programmeren. Je hoeft alleen een configuratiebestand te maken waarin je de gebruikte microcontroller, verbindingsgegevens voor je wifi-netwerk en alle aangesloten componenten aanduidt. Hierna wordt firmware gemaakt en weggeschreven op je microcontroller. Alleen die eerste keer is dit soms wat lastig. Heb je het eenmaal werkend? Alle keren erna kun je heel eenvoudig de configuratie aanpassen en over-the-air (OTA) naar de microcontroller sturen.

In dit artikel gaan we met LVGL werken. Hiermee kun je binnen ESPHome grafische interfaces maken via widgets. Voor veel projecten zul je daarom niet eens componenten hoeven aan te sluiten, maar heb je genoeg aan een touchscreen. Denk bijvoorbeeld aan een lichtknop en helderheidsregeling voor een slimme lamp in Home Assistant, zoals we in dit artikel demonstreren. Je kunt natuurlijk ook geavanceerdere gebruikersinterfaces maken voor vrijwel elk apparaat in Home Assistant.

©pozitivo - stock.adobe.com

Je kunt bijvoorbeeld zelf een gebruikersinterface voor je slimme lampen bouwen, zodat je ze eenvoudig kunt bedienen.

2 Wat heb je nodig?

Wat hardware betreft, is het vrij eenvoudig. De ESP32-chip heeft snel de voorkeur boven de verouderde ESP8266-versie, zeker als je met een touchscreen gaat werken. De Raspberry Pi Pico W (zie gelijknamig kader) is ook een optie, maar die wordt nog niet volledig ondersteund binnen ESPHome.

Makkelijk om mee te starten is een eenvoudig ontwikkelbordje rondom de ESP32 dat je voor ongeveer 5 euro kunt aanschaffen. Het is wel fijn als je hier goede documentatie bij hebt, zodat je op zijn minst weet waar alle aansluitingen zitten.

Er zijn diverse varianten van de ESP32-module. Bekende opties zijn de ESP-WROOM-32E, ESP32-C3 en ESP32-S3. De ESP32-C3 wordt vaak in extra compacte bordjes gebruikt, die je onder de naam ‘super mini’ tegenkomt – handig als je niet veel aansluitingen nodig hebt of niet veel ruimte hebt.

De ESP32-S3 is een fijne optie vanwege de beschikbaarheid van PSRAM (Pseudo Static RAM), een voordelig type werkgeheugen dat onder meer nuttig is bij grafische toepassingen. Staat een touchscreen centraal in jouw project en wil je snel van start, overweeg dan een model met ingebouwde ESP32-chip (zie volgende paragraaf).

De ESP32-module is in verschillende uitvoeringen verkrijgbaar.

3 Touchscreen

Als je een touchscreen gaat gebruiken in je ESPHome-project, dan kun je eventueel een los exemplaar op de microcontroller aansluiten en configureren. Maar je kunt ook een touchscreen met ingebouwde ESP32 kiezen. Dat is vaak veel handiger en goedkoper. Je hoeft niet te solderen en kunt direct een gebruikersinterface bouwen in YAML-code. Het scheelt ook wat tijd. Bovendien zijn er zelfs modellen compleet met behuizing.

Kies een scherm dat door ESPHome wordt ondersteund. De website van ESPHome geeft goede suggesties. Je kunt ook afgaan op ervaringen van anderen. Het kan dan een iets grotere uitdaging zijn om de juiste configuratie voor je display in ESPHome te vinden. Je zult daarbij waarschijnlijk wel even moeten experimenteren, niet alleen bij het instellen van je display, maar ook bijvoorbeeld voor het touchgedeelte. Zelfs bij het vrij gangbare touchscreen dat we in dit artikel gebruiken, was dat een beetje prutsen.

Kies een touchscreen dat door ESPHome wordt ondersteund.

4 Scherm met ESP32

Voor dit artikel hebben we een eenvoudige ESP32-2432S028 gebruikt, met een resistief touchscreen van 2,8 inch met 240 × 320 pixels. Dit model wordt ook wel de ‘Cheap Yellow Display’ genoemd, wat vooral met de gele printplaat te maken heeft.

Er zijn meerdere varianten. Zo wordt in de schermpjes vaak de ILI9341-chip als aansturing gebruikt, maar soms ook de ILI9342, zoals in ons exemplaar. Dat vergt dan een heel kleine, maar noodzakelijke aanpassing in je configuratie.

Je kunt het scherm flexibel inzetten voor je IoT-projecten. Zoek je een wat groter touchscreen, dan kun je bijvoorbeeld de CrowPanel van Elecrow overwegen. Die is er in een versie van 5 inch (ca. 32 euro) en 7 inch (ca. 42 euro), inclusief acrylbehuizing en verzending via de fabrikant. Beide versies hebben een touchscreen met hoge resolutie van 800 × 480 pixels en zijn voorzien van de modernere ESP32-S3-chip. Het touchscreen is capacitief, wat zeker voor kleinere bedieningselementen fijner werkt dan het resistieve touchscreen in ons goedkope alternatief.

Tegenwoordig bestaan er ook ronde touchscreens. Een leuke optie (zij het met beperkte schermruimte) is de ESP32-2424S012 met een ESP32-C3-microcontroller, een rond kleuren-touchscreen van 1,28 inch en in een witte of zwarte behuizing. Makerfabs heeft een vergelijk schermpje zonder behuizing. De LilyGo T-RGB heeft een wat groter 2,1inch-scherm (zonder behuizing), maar is ruim twee keer zo duur.

De ESP32-2432S028 is een voordelig scherm (onder), een wat duurder alternatief is het capacitieve 5inch-aanraakscherm met ESP32 van Elecrow (boven).

5 Add-ons voor ESPHome

Hoewel je bijvoorbeeld een pc met Python kunt gebruiken voor het bewerken van je configuratiebestanden en het flashen van de microcontroller met de software voor ESPHome, is het meestal veel makkelijker om de add-on voor ESPHome binnen Home Assistant te gebruiken. Dat geeft ook een ander groot voordeel: je kunt de configuratie voor alle apparaten met ESPHome binnen Home Assistant beheren. Je zult zeker in de testfase veel wijzigingen aan de configuratie moeten maken.

Via de add-on voor ESPHome voeg je eenvoudig microcontrollers toe.

6 Microcontroller toevoegen

We gaan nu een verse microcontroller toevoegen. Je kunt eventueel ESPHome Web gebruiken om de microcontroller voor te bereiden voor gebruik met ESPHome, maar wij geven zoals gezegd de voorkeur aan de ESPHome-add-on, die je binnen Home Assistant kunt openen.

Je kunt voor deze methode de microcontroller gewoon via usb aansluiten op je eigen pc, maar dit vereist wel dat je Home Assistant opent via een beveiligde https-verbinding. Lukt dat niet? Als alternatief kun je de microcontroller ook via usb aansluiten op het systeem met Home Assistant zelf, voordat je verder gaat in ESPHome.

Het dashboard van ESPHome toont alle toegevoegde apparaten.

Ook leuk: Werk met wat je hebt: creëer je eigen alarmsysteem met Home Assistant

7 Configuratie

Klik binnen ESPHome op New device om een nieuwe microcontroller te initialiseren. Vul bij Name een naam in voor het apparaat. Bij Network name vul je de naam (SSID) in van het wifi-netwerk waarmee de microcontroller moet verbinden en bij Password het bijbehorende wachtwoord. Klik dan op Next.

In de volgende stap zal ESPHome een configuratiebestand maken, firmware bouwen en de microcontroller flashen. Klik daarvoor dus eerst op Connect. Als het goed is, kun je nu de com-poort selecteren waarmee de microcontroller is verbonden. Zie je geen com-poort, dan zul je eerst drivers moeten installeren. De instructies krijg je als je het venster sluit zonder een com-poort te selecteren. Als de verbinding is gelukt, zal de installatie verdergaan. Lukt het niet? Dan kun je kiezen voor Skip this step gevolgd door een handmatige configuratie.

Vul een naam in en de details voor het wifi-netwerk.

8 Touchscreen met ESP32

We gebruiken in dit artikel zoals gezegd de ESP32-2432S028 als voorbeeld. Dit is een touchscreen met ingebouwde ESP32-chip. Dit apparaatje kun je direct toevoegen aan ESPHome: precies zoals in paragraaf 7 staat omschreven, al moesten we in dit geval na het aanwijzen van de com-poort wel de boot-knop even indrukken.

Overigens bevat het apparaat meestal een voorgeprogrammeerde demo met een gebruikersinterface op basis van LVGL. Die zie je als je hem zo uit de doos op een voeding aansluit. Je kunt daarmee meteen de werking controleren. Je zult bij een model met resistief aanraakscherm overigens iets harder moeten drukken dan je misschien gewend bent.

We gebruiken dit voordelige 2,8inch-aanraakscherm, dat ook wel ‘Cheap Yellow Display’ wordt genoemd.

9 Schermconfiguratie

Na het toevoegen van je touchscreen heb je direct een basisconfiguratie voor ESPHome. Via Edit kun je deze configuratie aanpassen. Zowel voor het aansturen van het display als de registratie van het aanraken wordt SPI (Serial Peripheral Interface) gebruikt. Voor onze ESP32-2432S028 is dit de configuratie, rekening houdend met de gebruikte interne GPIO-pinnen:

We voegen nu eerst de configuratie van het display toe en in paragraaf 11 het touchgedeelte. Voor het display is de configuratie als volgt:

Merk op dat er ook een (oudere) variant van dit touchscreen is met de ILI9341. In dat geval gebruik je model: ILI9341 en invert_colors: false. Na het maken van de aanpassingen kies je Install. Je kunt nu kiezen hoe je de firmware wilt overbrengen. Meestal kies je Wirelessly voor over-the-air-updates. Het apparaat hoeft daarbij niet meer met jouw pc te zijn verbonden.

Binnen ESPHome kun je eenvoudig de configuratie bewerken.

10 LVGL-bibliotheek

Binnen ESPHome kon je voorheen met displays werken door binnen de component display met lambda bijvoorbeeld teksten met een bepaald lettertype naar je scherm te sturen. Als je LVGL gaat gebruiken, gebruik je geen lambda meer, maar alleen LVGL en widgets. Als eerste voegen we de LVGL-bibliotheek toe aan de YAML-code:

De optie buffer_size is ons geval noodzakelijk, vanwege de afwezigheid van PSRAM. In paragraaf 13 voegen we ook nog widgets toe. Omdat we dat hier nog niet hebben gedaan, zie je na het flashen als het goed is een demo met een knop, checkbox, cirkel met tekst en schuifbalk.

11 Configuratie touchscreen

Bediening via het scherm is nog niet mogelijk. Daarvoor moeten we het touchscreen toevoegen aan de configuratie van ESPHome:

Bewaar de aanpassingen en installeer de nieuwe firmware. Controleer of je de demo goed kunt bedienen. De regels onder on_touch zorgen dat in de logs de geregistreerde coördinaten worden getoond. Er kunnen aanpassingen nodig zijn in de regels onder calibration en transform.

12 Backlight

Het display is voorzien van een achtergrondverlichting (backlight) via pin 21. We definiëren deze output als volgt:

Daarna configureren we de achtergrondverlichting, waarbij we verwijzen naar de hierboven gedefinieerde output.

Na het flashen zal de backlight standaard aanstaan. Eventueel kun je deze vanuit Home Assistant aan- en uitzetten en de helderheid ervan regelen, bijvoorbeeld op basis van afwezigheid. Je kunt ook een script maken om de helderheid bij inactiviteit terug te brengen. Daarvoor verwijzen we je naar het uitgewerkte voorbeeld op GitHub (zie kader ‘Code downloaden’).

Binnen Home Assistant kun je eventueel ook de backlight aan- en uitzetten.

13 Widgets toevoegen

Onder de regel lvgl kun je nu de gewenste LVGL-componenten toevoegen aan je YAML-configuratie. Denk aan bijvoorbeeld knoppen, schuifregelaars, grafieken of labels. In dit voorbeeld voegen we aan de bovenkant alleen twee widgets toe voor een dimbare led, te weten een schakelaar (button) en schuifregelaar (slider).

De meeste opties dienen voor het positioneren van de widget. We geven bijvoorbeeld de breedte (width) en hoogte (height) aan, halen de widgets iets van de rand of met x en y, en regelen de uitlijning met align. Het gedeelte bij on_click zorgt dat de bewuste lamp in Home Assistant wordt omgeschakeld bij het klikken op de button. Voor de slider doen we hetzelfde onder on_release. Die acties zijn overigens om veiligheidsredenen niet direct mogelijk. In paragraaf 16 leggen we uit hoe je dit kunt toestaan.

We voegen in dit voorbeeld alleen twee eenvoudige widgets toe.

14 Interactie met Home Assistant

De entiteit voor de dimbare lamp heeft in Home Assistant de naam light.wledkantoor. De waardes zijn nodig om de widgets de juiste status te kunnen geven. Daarom voegen we hieronder een binary_sensor toe voor de status (aan of uit) en een sensor voor het helderheidsniveau. We werken vervolgens bij on_state en on_value de widgets bij als de status verandert in Home Assistant. Bij id vul je uiteraard de id van de betreffende widget in.

Gebruik de logfunctie om te zien of bijvoorbeeld een status verandert.

15 Toevoegen aan Home Assistant

De add-on voor ESPHome hebben we gebruikt om de microcontroller van firmware te voorzien. Maar je zult het apparaat hierna nog wel moeten toevoegen aan Home Assistant. Dat is heel eenvoudig: het wordt automatisch gevonden. In Home Assistant zie je via Instellingen / Apparaten en diensten het bewuste apparaat direct terug op het tabblad Integraties. Klik op de knop Toevoegen om het aan Home Assistant toe te voegen.

Het apparaat met ESPHome moet je nog toevoegen aan Home Assistant.

16 Acties toestaan

Als je het touchscreen bedient, zal Home Assistant een melding geven dat het ESPHome-apparaat heeft geprobeerd een actie in Home Assistant uit te voeren. Standaard is dit om veiligheidsredenen niet toegestaan, maar dit is eenvoudig op te lossen.

Ga naar Instellingen / Apparaten en klik dan onder het kopje Geconfigureerd op ESPhome. Achter het bewuste apparaat klik je vervolgens op Configureren. Zet een vinkje bij Toestaan dat het apparaat Home Assistant-acties uitvoert. Klik op Verzenden. Hierna zijn alle acties zoals het omschakelen van de lamp en regelen van de helderheid wel toegestaan.

Zorg dat het apparaat acties in Home Assistant mag uitvoeren.

Met slimme stekkers verander je je huis eenvoudig in een smart home: steek ze in een gewoon stopcontact, sluit er lampen of je televisietoestel op aan en regel via een app of met je stem bijvoorbeeld dat ze automatisch worden uitgeschakeld. Zo voorkom je onnodig stroomverbruik doordat apparaten niet meer op stand-by blijven staan. Maar slimme stekkers gebruiken zélf ook stroom. Welke zijn zuinig genoeg om écht geld te besparen?

Ook lezen: Stroomvreters: deze apparaten in huis verbruiken meer energie dan je denkt

Slimme stekker of slim stopcontact?

De termen slimme stekker en slim stopcontact worden door elkaar gebruikt. Dat is een beetje verwarrend, maar wel begrijpelijk: het is een apparaat met aan de ene kant een stekker (voor je 'domme' stopcontact) en aan de andere kant een slim stopcontact. In dit artikel hanteren we de benaming slimme stekker.

Zo bespaart een slimme stekker stroom

Een slimme stekker helpt je stroom besparen door apparaten automatisch uit te schakelen, bijvoorbeeld 's nachts. Zo verbruikt je televisie geen stroom meer in de stand-bymodus. Je kunt instellen dat alle apparatuur op vaste tijden uitschakelt, bijvoorbeeld zodra je gaat slapen. Je kunt ook met één druk op de knop alle lampen en andere apparaten uitschakelen, zodat je niets vergeet. Slimme stekkers uit een hogere prijsklasse bieden bovendien inzicht in je stroomverbruik. Daardoor kun je gerichter energie besparen.

©Proxima Studio - stock.adobe.com

Verbruik van een slimme stekker

Tegenover de besparing staat het eigen stroomverbruik van slimme stekkers. Dat begint bij zo'n 0,3 watt en loopt op tot 2 watt. Niet veel, maar ze staan wel 24 uur per dag en 365 dagen per jaar aan. De zuinigste modellen verbruiken daardoor op jaarbasis 2,6 kWh (0,3 watt × 24 uur × 365 dagen ÷ 1000). Bij een stroomprijs van 0,30 euro per kWh komt dat neer op 0,79 euro per jaar. Een slimme stekker die 2 watt verbruikt kost op jaarbasis 5,26 euro. In een slim huis gebruik je al snel 10 slimme stekkers, waardoor je op jaarbasis aardig wat geld kunt besparen door de zuinigste modellen uit te kiezen.

Denk aan de compatibiliteit

Alleen letten op het stroomverbruik van een slimme stekker is niet genoeg. Het is minstens zo belangrijk dat de stekker goed samenwerkt met jouw slimme netwerk. De meeste modellen werken met Google Home en Amazon Alexa, terwijl Apple HomeKit selectiever is. Check daarom altijd de productbeschrijving om zeker te weten dat de slimme stekker bij jou thuis werkt.

Stroomverbruik en verbindingstype

Waar komt het grote verschil in stroomverbruik tussen slimme stekkers vandaan? Dat heeft alles te maken met de verbinding met je thuisnetwerk. De meeste stekkers gebruiken wifi om bereikbaar te blijven, zodat jij ze op afstand kunt bedienen. Maar wifi verbruikt relatief veel energie – het signaal is eigenlijk krachtiger dan nodig is voor dit soort toepassingen.

Een zuiniger alternatief is een hub die het wifisignaal omzet naar een lichter protocol, zoals Zigbee of Z-Wave. Die vormen een soort schakel tussen je netwerk en de slimme stekkers. Het grote voordeel: dit soort verbindingen verbruiken vaak minder dan 0,5 watt.

©Proxima Studio - stock.adobe.com

Zigbee en Z-Wave

De zuinige protocollen die gebruikt worden zijn Zigbee en Z-Wave en die werken allebei prima. Maar ze zijn niet verenigbaar met elkaar. Je zult dus één systeem moeten kiezen. Daarnaast heb je een centrale hub nodig om alles aan elkaar te koppelen. Dat is een kleine investering die zich, door de lagere stroomkosten, snel terugverdient.

Verbruik van hubs voor Zigbee en Z-Wave

Voor een compleet beeld moeten we ook kijken naar het stroomverbruik van een Zigbee- of Z-Wave-hub. Zigbee-hubs verbruiken doorgaans tussen de 0,5 en 3 watt. Sluit je meerdere slimme stekkers of andere apparaten aan, dan verdien je dat al snel terug ten opzichte van wifi. Z-Wave-hubs verbruiken wat meer, meestal tussen de 2 en 10 watt.

Ook qua veelzijdigheid zijn er verschillen. De Philips Hue Bridge (Zigbee) is bijvoorbeeld erg zuinig, met een verbruik tussen de 0,5 en 1 watt. Maar deze werkt uitsluitend met Philips Hue-apparaten.

Een slimme start is het halve werk

Zoals je ziet, zijn er heel wat factoren om rekening mee te houden. Breng daarom vooraf in kaart wat je nu nodig hebt én wat je in de toekomst verwacht te gebruiken. Zo voorkom je onnodige kosten en bespaar je op de lange termijn, vooral als je ook let op het energieverbruik per apparaat.

Nog meer energie besparen? ⤵️