Home Assistant建置(三): 用ESP32-Cam製作一個監視器超詳細教學

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前幾篇提到了如何用樹莓派（Raspberry Pi）搭建Home Assistant（HA），也讓手機可以在任何網路環境下連上家裡的HA裝置，有興趣的話可以點上面連結回去看一下。今天就來介紹一下實際上可以在HA裡面應用的一個有趣的開發 — — 利用ESP32-Cam來建造一個小型監視器。

ESP32-Cam

ESP32-Cam是一款基於ESP32微控制器的開發板，專為影像應用而設計，它有很多實用的特點很適合拿來做物聯網（IoT）的開發：

1. 搭載OV2640鏡頭模組，提供最高1600x1200的解析度進行拍照或即時串流。
2. 內建Wifi跟藍牙模組，可以透過無線設備傳輸訊號。
3. 提供非常多個GPIO接口，用來連接不同的傳感器。
4. 功耗低，也支援深度睡眠模式。
5. 體積小巧，約為 27 ×40.5 mm。
6. 價格便宜，約在 NT$ 200-300元左右就能買到。

請看更詳細的ESP32-Cam的介紹。

ESPHome

另一個選擇ESP32-Cam的好處，是因為在HA內可以直接連結到ESPHome，設定好之後就可以直接套用在HA的主面板上了，非常方便。

ESPHome是一個開源的框架，用來控制ESP8266或ESP32系列的開發板，它透過配置yaml檔的方式來控制ESP設備，yaml的寫法簡單卻也靈活，可以省去在Arduino IDE上寫code上傳的步驟。而且ESPHome在首次連接之後，就可以使用Wifi連線的方式無線更新程式，省去還要接線到USB再連上電腦上傳程式碼的麻煩，大幅地簡化整個開發流程！

如何接線上傳開發板請參考：How to Program / Upload Code to ESP32-CAM AI-Thinker (Arduino IDE)。

ESPHome除了控制ESP系列開發板，它也支援非常多元的設備或感測器，包括溫濕度傳感器、燈光、電機、開關、繼電器、顯示器等，並且具有豐富的驅動程式庫！有關ESPHome可以支持的所有裝置可以參考官網。

安裝步驟

• Step 1：HA內安裝及設定ESPHome

首先，進入到HA內進入左邊側邊欄的設定(Settings)，再找到**附加元件商店(Add-ons)，接著點選右下角的「ADD-ON STORE**」。

再來在搜尋欄搜尋「ESPHome」，並直接安裝（INSTALL），完成後就會出現像下面這張圖的區塊，然後點選「OPEN WEB UI」或是從側邊欄的ESPHome進入到Web UI頁面。

進入到Web UI之後，要先把ESP32-Cam加入到ESPHome內，所以先點選右下角的「 NEW DEVICE」新增裝置。

接著在跳出的視窗內選「OPEN ESPHOME WEB」，會跳出到一個用來連接ESP裝置的新頁面。

點選「CONNECT」之前，必須先將ESP32-Cam透過USB連接到電腦，這時候就需要依照下圖將ESP32-Cam的幾個接口接上USB to TTL裝置，才能讓電腦讀得到板子（記得要將IO0連到GND的針腳上，才會變成燒錄模式）。接線看起來有點麻煩，不過別擔心，只要接成功這一次，以後就可以連Wifi用無線的方式上傳程式碼更新開發板。

ESP32-CAM Troubleshooting Guide: Most Common Problems Fixed | Random Nerd Tutorials

如何接線的詳細說明可以參考這些地方： 1. ESP32-CAM Troubleshooting Guide: Most Common Problems Fixed | Random Nerd Tutorials 2. ESP32-CAM開發板（一）：簡介與燒錄程式 — 超圖解系列圖書 3. ESP32CAM基礎範例教學｜arduino wifi (youtube.com)

插上電腦之後，回到ESPHome Web UI，點「CONNECT」用來跟你的ESP32-Cam裝置連接，這時網頁會跳出一個對話窗，電腦會偵測有在使用的序列埠並全部列出在對話框內，找到自己ESP裝置的序列埠後就可以按「連線」。

再來選擇「PREPARE FOR FIRST USE」，在跳出的對話方塊選「INSTALL」安裝。

接下來就需要等待約二分鐘的時間讓它跑完，然後就會看到成功安裝的標誌！到這邊ESPHome就已經成功的接入我們的ESP32-Cam了！

不過目前還是透過有線的USB接口連接ESP32-Cam，要讓HA或ESPHome可以無線的操控裝置，可以先在這邊就先設定Wifi名稱跟密碼，成功連接網路之後只要將ESP32-Cam接上電源就可以無線的從ESPHome控制開發板了！

回到ESPHome的Web UI，可以發現ESPHome已經發現新的裝置了，點選「ADOPT」並為他取一個新名字，

執行之後可能要再等它跑一下，幾分鐘後看到綠色的SUCCES就代表一切都成功了！恭喜你，ESPHome已經完整的連上ESP32-Cam了，而且未來也可以單靠Wifi就把新程式碼更新到板子上！

• Step 2：連接組裝監視器的各個元件

設定好ESPHome的連接之後，接下來要進入到偏向硬體組裝與測試部分。

這次DIY的監視器會以ESP32-Cam為主體，由它搭載的鏡頭取得影像、並且控制伺服馬達轉動鏡頭、以及傳送溫溼度感測器的數值，變成一個帶有記錄溫度和濕度的即時監視器。

所需零件有：

1. ESP32-Cam
2. 伺服馬達 (SG90) 2 + 馬達支架*
3. 溫溼度感測器模組 (DHT-22)
4. Type-C/Micro USB電源接頭母座
5. 5V充電頭 + Type-C/Micro USB線
6. 2.4G Wifi外接天線/IPEX接口 (不一定要裝，但加裝後訊號強度會比較好)
7. 監視器外殼 (可以自己發揮創意找適合的)

接下來就按照下面的電路圖把所有部件的電線都接到正確的GPIO接口上。建議先確認所有功能都沒問題後再完整組裝。

🚨注意：ESP32-Cam若是要外接天線，必須修改背面的0歐姆電阻焊點！

如何外接天線的說明請參考： 1. ESP32-CAM Connect External Antenna (Extend Wi-Fi Coverage) 2. How to add an external antenna to an ESP32-CAM (2 methods) (youtube.com)

• Step 3：ESPHome內上傳YAML配置檔

接完線之後要編輯配置檔(.yaml)，然後上傳到開發板才可以操控馬達跟感測器。可以直接複製下面的整個code，或是到*這裡(Github)*看看，然後要在ESPHome內找到對應的裝置，接著點擊「EDIT」進入編輯頁面，貼上剛剛複製的所有code，進入右上角的「INSTALL」選擇「Wireless」無線上傳到開發板，等待一段時間直到再次出現綠色SUCCESS後，就完成上傳的步驟了！

esphome:
  name: esp32-cam-security-camera
  platform: ESP32
  board: esp32dev  

# Enable logging
logger:

# Enable Home Assistant API
api:
  # encryption:
  #   key: 

ota:
  - platform: esphome
web_server:
  port: 80

wifi:
  ssid: !secret wifi_ssid
  password: !secret wifi_password

captive_portal:

# Example configuration entry
esp32_camera:
  external_clock:
    pin: GPIO0
    frequency: 20MHz
  i2c_pins:
    sda: GPIO26
    scl: GPIO27
  data_pins: [GPIO5, GPIO18, GPIO19, GPIO21, GPIO36, GPIO39, GPIO34, GPIO35]
  vsync_pin: GPIO25
  href_pin: GPIO23
  pixel_clock_pin: GPIO22
  power_down_pin: GPIO32

  # Image settings
  name: ESP32-CAM Security Camera
  vertical_flip: False
  horizontal_mirror: False
  brightness: 2

## GPIO_4 is the flash light pin
light:
  - platform: binary
    output: gpio_4
    name: flashlight

# Servo
servo:
  - id: servo_lr
    output: servo_output_lr
    auto_detach_time: 2s
    transition_length: 3s

  - id: servo_ud
    output: servo_output_ud
    auto_detach_time: 2s
    transition_length: 3s

output:
  - platform: ledc
    id: servo_output_lr
    pin: GPIO15
    frequency: 50 Hz

  - platform: ledc
    id: servo_output_ud
    pin: GPIO13
    frequency: 50 Hz

  # Flashlight
  - platform: gpio
    pin: GPIO4
    id: gpio_4

number:
  - platform: template
    name: 'Servo SC LR'
    id: servo_number_lr
    min_value: -100
    initial_value: 0
    max_value: 100
    step: 10
    optimistic: true
    set_action:
      then:
        - servo.write:
            id: servo_lr
            level: !lambda 'return x / 100.0;'

  - platform: template
    name: 'Servo SC UD'
    id: servo_number_ud
    min_value: -30
    initial_value: 0
    max_value: 100
    step: 10
    optimistic: true
    set_action:
      then:
        - servo.write:
            id: servo_ud
            level: !lambda 'return x / 100.0;'

button:
  - platform: template
    name: 'Servo Right'
    id: move_right
    on_press:
      - number.increment:
         id: servo_number_lr
         cycle: false  

  - platform: template
    name: 'Servo Left'
    id: move_left
    on_press:
      - number.decrement:
         id: servo_number_lr
         cycle: false

  - platform: template
    name: 'Servo Up'
    id: move_up
    on_press:
      - number.decrement:
         id: servo_number_ud
         cycle: false  

  - platform: template
    name: 'Servo Down'
    id: move_down
    on_press:
      - number.increment:
         id: servo_number_ud
         cycle: false

# DHT22
sensor:
  - platform: dht
    pin: GPIO14
    model: DHT22
    temperature:
      name: "Balcony Temperature"
    humidity:
      name: "Balcony Humidity"
    update_interval: 60s

大功告成🎉

上傳完成之後，回到HA內就可以開始編輯屬於自己的面板了，這時就可以看到剛剛新增的Entities，有鏡頭畫面、LED燈控制開關、上下左右操控鍵、以及溫溼度的數值。接下來就隨自己喜好配置資訊面板，再固定好你的監視器，整個多功能監視器就大功告成啦！

以上就是在Home Assistant上用ESP32-Cam這塊開發板DIY一個簡單又低成本的即時監視器，還附帶偵測溫濕度的功能。這些內容也是我從零到有慢慢摸索出來的一個紀錄，希望這次分享可以幫助到有需要的人，歡迎評論區留言討論，覺得不錯的話不仿給我拍手👏鼓勵一下！