ESP32cam系列教程001：使用webcam摄像头实时查看视频

1. ESP32cam 介绍

ESP32-CAM是小尺寸的摄像头模组该模块可以作为最小系统独立工作，尺寸仅为 27*40.5*4.5mm，可广泛应用于各种物联网场合，适用于家庭智能设备、工业无线控制、无线监控、QR无线识别，无线定位系统信号以及其它物联网应用，是物联网应用的理想解决方案。[^1]

其产品特性如下：

• 采用低功耗双核32位CPU，可作应用处理器
• 主频高达240MHz，运算能力高达 600 DMIPS
• 内置 520 KB SRAM，外置8MB PSRAM
• 支持UART/SPI/I2C/PWM/ADC/DAC等接口
• 支持OV2640和OV7670摄像头，内置闪光灯
• 支持图片WiFI上传
• 支持TF卡
• 支持多种休眠模式。
• 内嵌Lwip和FreeRTOS
• 支持 STA/AP/STA+AP 工作模式
• 支持 Smart Config/AirKiss 一键配网
• 支持二次开发

ESP32cam 的接口引脚图如下所示：

2. arduino IDE

2.1 安装 arduino IDE

下载官方网址：https://www.arduino.cc/en/software
下载符合自己操作系统版本的IDE并安装。

2.2 arduino IDE 获取 ESP32 开发环境

由于 arduino IDE 中本身是没有 ESP32 的开发版，需要手动进行安装，安装方式如下：

1. 打开 Arduino IDE ，找到 文件>首选项 ,将 ESP32 的配置链接填入附加开发板管理网址中。

# 配置链接
    https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

2. 在 Arduino IDE 中，找到 工具>开发板>开发板开发板管理，搜索 ESP32 或者直接选择 ESP32 Wrover Module 。
   

3 内网视频实时查看

3.1 选择 文件>示例>ESP32>Camera>CameraWebServer ,进入示例代码界面。

3.2 修改示例代码中的相关参数。

1. 修改示例代码中的 wifi 和密码的名称。
2. 修改示例代码中的摄像头类型为 CAMERA_MODEL_AI_THINKER 。

3.3 运行结果

上传成功后，按一下 ESP32cam 开发板上的 RST 按键 ，重新启动开发板。
选择 工具>串口监视器，查看串口中输出的 ip，并用浏览器打开 ip 即可实时查看视频画面。

3.4 程序如下

#include "esp_camera.h"
#include <WiFi.h>

//
// WARNING!!! PSRAM IC required for UXGA resolution and high JPEG quality
//            Ensure ESP32 Wrover Module or other board with PSRAM is selected
//            Partial images will be transmitted if image exceeds buffer size
//

// Select camera model
// #define CAMERA_MODEL_WROVER_KIT // Has PSRAM
//#define CAMERA_MODEL_ESP_EYE // Has PSRAM
//#define CAMERA_MODEL_M5STACK_PSRAM // Has PSRAM
//#define CAMERA_MODEL_M5STACK_V2_PSRAM // M5Camera version B Has PSRAM
//#define CAMERA_MODEL_M5STACK_WIDE // Has PSRAM
//#define CAMERA_MODEL_M5STACK_ESP32CAM // No PSRAM
#define CAMERA_MODEL_AI_THINKER // Has PSRAM
//#define CAMERA_MODEL_TTGO_T_JOURNAL // No PSRAM

#include "camera_pins.h"

const char* ssid = "TP-LINK_1760";
const char* password = "987654321";

void startCameraServer();

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.setDebugOutput(true);
  Serial.println();

  camera_config_t config;
  config.ledc_channel = LEDC_CHANNEL_0;
  config.ledc_timer = LEDC_TIMER_0;
  config.pin_d0 = Y2_GPIO_NUM;
  config.pin_d1 = Y3_GPIO_NUM;
  config.pin_d2 = Y4_GPIO_NUM;
  config.pin_d3 = Y5_GPIO_NUM;
  config.pin_d4 = Y6_GPIO_NUM;
  config.pin_d5 = Y7_GPIO_NUM;
  config.pin_d6 = Y8_GPIO_NUM;
  config.pin_d7 = Y9_GPIO_NUM;
  config.pin_xclk = XCLK_GPIO_NUM;
  config.pin_pclk = PCLK_GPIO_NUM;
  config.pin_vsync = VSYNC_GPIO_NUM;
  config.pin_href = HREF_GPIO_NUM;
  config.pin_sscb_sda = SIOD_GPIO_NUM;
  config.pin_sscb_scl = SIOC_GPIO_NUM;
  config.pin_pwdn = PWDN_GPIO_NUM;
  config.pin_reset = RESET_GPIO_NUM;
  config.xclk_freq_hz = 20000000;
  config.pixel_format = PIXFORMAT_JPEG;
  
  // if PSRAM IC present, init with UXGA resolution and higher JPEG quality
  //                      for larger pre-allocated frame buffer.
  if(psramFound()){
    config.frame_size = FRAMESIZE_UXGA;
    config.jpeg_quality = 10;
    config.fb_count = 2;
  } else {
    config.frame_size = FRAMESIZE_SVGA;
    config.jpeg_quality = 12;
    config.fb_count = 1;
  }

#if defined(CAMERA_MODEL_ESP_EYE)
  pinMode(13, INPUT_PULLUP);
  pinMode(14, INPUT_PULLUP);
#endif

  // camera init
  esp_err_t err = esp_camera_init(&config);
  if (err != ESP_OK) {
    Serial.printf("Camera init failed with error 0x%x", err);
    return;
  }

  sensor_t * s = esp_camera_sensor_get();
  // initial sensors are flipped vertically and colors are a bit saturated
  if (s->id.PID == OV3660_PID) {
    s->set_vflip(s, 1); // flip it back
    s->set_brightness(s, 1); // up the brightness just a bit
    s->set_saturation(s, -2); // lower the saturation
  }
  // drop down frame size for higher initial frame rate
  s->set_framesize(s, FRAMESIZE_QVGA);

#if defined(CAMERA_MODEL_M5STACK_WIDE) || defined(CAMERA_MODEL_M5STACK_ESP32CAM)
  s->set_vflip(s, 1);
  s->set_hmirror(s, 1);
#endif

  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");
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  delay(10000);
}

4 烧录程序到 ESP32cam 开发板中

4.1 通过配套的下载器进行下载

1. 将下载器与 ESP32cam 安装到一起，使用数据线链接到电脑，安装商家提供的驱动，之后在 工具选项中选择对应的 开发板与串口。

2. 然后点击左上角的编译验证按钮进行编译，编译成功后点击旁边的上传按钮烧录到 ESP32cam 开发板中。
   

4.2 通过 USB转TTL(CH340)下载器进行下载

USB转TTL下载器仅仅是连接线上与配套送的下载器不同，其他下载步骤是==一样==的。

USB转TTL下载器与 ESP32cam 的链接线如下：

1. USB转TTL VCC 接 ESP32cam 5V
2. USB转TTL GND 接 ESP32cam GND
3. USB转TTL RXD 接 ESP32cam TXD
4. USB转TTL TXD 接 ESP32cam RXD
5. 下载时，需要将 GPIO1 接到 GND 上，用来启动下载模式。

5. 外网视频实时查看

外网视频实时查看分为：1. esp32cam 开发板中运行的程序；2. 服务器中运行的程序。
通过ESP32cam 将视频数据发送的服务器中，服务器运行接受程序进行接收并展示，这样的好处是可以发送到外部公网服务器中。
程序的烧录见第四章。

esp32cam 中的程序如下：

#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
#include "esp_camera.h"
#include <vector>
 
const char *ssid = "TP-LINK_1760";
const char *password = "987654321";
const IPAddress serverIP(192,168,1,104); //欲访问的地址，即服务器的ip，可内网也可公网
uint16_t serverPort = 18080;         //服务器端口号

# MTU
#define maxcache 1430
 
WiFiClient client; //声明一个客户端对象，用于与服务器进行连接
 
//CAMERA_MODEL_AI_THINKER类型摄像头的引脚定义
#define PWDN_GPIO_NUM     32
#define RESET_GPIO_NUM    -1
#define XCLK_GPIO_NUM      0
#define SIOD_GPIO_NUM     26
#define SIOC_GPIO_NUM     27
 
#define Y9_GPIO_NUM       35
#define Y8_GPIO_NUM       34
#define Y7_GPIO_NUM       39
#define Y6_GPIO_NUM       36
#define Y5_GPIO_NUM       21
#define Y4_GPIO_NUM       19
#define Y3_GPIO_NUM       18
#define Y2_GPIO_NUM        5
#define VSYNC_GPIO_NUM    25
#define HREF_GPIO_NUM     23
#define PCLK_GPIO_NUM     22
 
static camera_config_t camera_config = {
    .pin_pwdn = PWDN_GPIO_NUM,
    .pin_reset = RESET_GPIO_NUM,
    .pin_xclk = XCLK_GPIO_NUM,
    .pin_sscb_sda = SIOD_GPIO_NUM,
    .pin_sscb_scl = SIOC_GPIO_NUM,
    
    .pin_d7 = Y9_GPIO_NUM,
    .pin_d6 = Y8_GPIO_NUM,
    .pin_d5 = Y7_GPIO_NUM,
    .pin_d4 = Y6_GPIO_NUM,
    .pin_d3 = Y5_GPIO_NUM,
    .pin_d2 = Y4_GPIO_NUM,
    .pin_d1 = Y3_GPIO_NUM,
    .pin_d0 = Y2_GPIO_NUM,
    .pin_vsync = VSYNC_GPIO_NUM,
    .pin_href = HREF_GPIO_NUM,
    .pin_pclk = PCLK_GPIO_NUM,
    
    .xclk_freq_hz = 20000000,
    .ledc_timer = LEDC_TIMER_0,
    .ledc_channel = LEDC_CHANNEL_0,
    
    .pixel_format = PIXFORMAT_JPEG,
    // .frame_size = FRAMESIZE_VGA,
    // FRAMESIZE_UXGA (1600 x 1200)
    // FRAMESIZE_QVGA (320 x 240)
    // FRAMESIZE_CIF (352 x 288)
    // FRAMESIZE_VGA (640 x 480)
    // FRAMESIZE_SVGA (800 x 600)
    // FRAMESIZE_XGA (1024 x 768)
    // FRAMESIZE_SXGA (1280 x 1024)
    .frame_size = FRAMESIZE_QVGA,
    .jpeg_quality = 24,
    // 图像质量（jpeg_quality) 可以是 0 到 63 之间的数字。数字越小意味着质量越高
    .fb_count = 1,
};
void wifi_init()
{
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.setSleep(false); //关闭STA模式下wifi休眠，提高响应速度
    WiFi.begin(ssid, password);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
    {
        delay(500);
        Serial.print(".");
    }
    Serial.println("WiFi Connected!");
    Serial.print("IP Address:");
    Serial.println(WiFi.localIP());
}
esp_err_t camera_init() {
    //initialize the camera
    esp_err_t err = esp_camera_init(&camera_config);
    if (err != ESP_OK) {
        Serial.println("Camera Init Failed");
        return err;
    }
    sensor_t * s = esp_camera_sensor_get();
    //initial sensors are flipped vertically and colors are a bit saturated
    if (s->id.PID == OV2640_PID) {
    //        s->set_vflip(s, 1);//flip it back
    //        s->set_brightness(s, 1);//up the blightness just a bit
    //        s->set_contrast(s, 1);
    }
    Serial.println("Camera Init OK!");
    return ESP_OK;
}
 
void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    wifi_init();
    camera_init();
}
 
void loop()
{
    Serial.println("Try To Connect TCP Server!");
    if (client.connect(serverIP, serverPort)) //尝试访问目标地址
    {
        Serial.println("Connect Tcp Server Success!");
        //client.println("Frame Begin");  //46 72 61 6D 65 20 42 65 67 69 6E // 0D 0A 代表换行  //向服务器发送数据
        while (1){       
          camera_fb_t * fb = esp_camera_fb_get();
          uint8_t * temp = fb->buf; //这个是为了保存一个地址，在摄像头数据发送完毕后需要返回，否则会出现板子发送一段时间后自动重启，不断重复
          if (!fb)
          {
              Serial.println( "Camera Capture Failed");
          }
          else
          { 
            //先发送Frame Begin 表示开始发送图片 然后将图片数据分包发送 每次发送1430 余数最后发送 
            //完毕后发送结束标志 Frame Over 表示一张图片发送完毕 
            client.print("Frame Begin"); //一张图片的起始标志
            // 将图片数据分段发送
            int leng = fb->len;
            int timess = leng/maxcache;
            int extra = leng%maxcache;
            for(int j = 0;j< timess;j++)
            {
              client.write(fb->buf, maxcache); 
              for(int i =0;i< maxcache;i++)
              {
                fb->buf++;
              }
            }
            client.write(fb->buf, extra);
            client.print("Frame Over");      // 一张图片的结束标志
            Serial.print("This Frame Length:");
            Serial.print(fb->len);
            Serial.println(".Succes To Send Image For TCP!");
            //return the frame buffer back to the driver for reuse
            fb->buf = temp; //将当时保存的指针重新返还
            esp_camera_fb_return(fb);  //这一步在发送完毕后要执行，具体作用还未可知。        
          }
          delay(20);//短暂延时 增加数据传输可靠性
        }
        /*
        while (client.connected() || client.available()) //如果已连接或有收到的未读取的数据
        {
            if (client.available()) //如果有数据可读取
            {
                String line = client.readStringUntil('\n'); //读取数据到换行符
                Serial.print("ReceiveData：");
                Serial.println(line);
                client.print("--From ESP32--:Hello Server!");    
            }
        }
        Serial.println("close connect!");
        client.stop(); //关闭客户端
        */
    }
    else
    {
        Serial.println("Connect To Tcp Server Failed!After 10 Seconds Try Again!");
        client.stop(); //关闭客户端
    }
    delay(10000);
}

服务器中运行的程序（Python）:

import socket
import threading
import time
import numpy as np
import cv2
 
begin_data = b'Frame Begin'
end_data = b'Frame Over'
 
#接收数据
# ESP32发送一张照片的流程
# 先发送Frame Begin 表示开始发送图片 然后将图片数据分包发送 每次发送1430 余数最后发送
# 完毕后发送结束标志 Frame Over 表示一张图片发送完毕
# 1430 来自ESP32cam发送的一个包大小为1430 接收到数据 data格式为b''
def handle_sock(sock, addr):
    temp_data = b''
    t1 = int(round(time.time() * 1000))
    while True:
        data = sock.recv(1430)
        # 如果这一帧数据包的开头是 b'Frame Begin' 则是一张图片的开始
        if data[0:len(begin_data)] == begin_data:
            # 将这一帧数据包的开始标志信息（b'Frame Begin'）清除   因为他不属于图片数据
            data = data[len(begin_data):len(data)]
            # 判断这一帧数据流是不是最后一个帧 最后一针数据的结尾时b'Frame Over'
            while data[-len(end_data):] != end_data:
                temp_data = temp_data + data  # 不是结束的包 讲数据添加进temp_data
                data = sock.recv(1430)# 继续接受数据 直到接受的数据包包含b'Frame Over' 表示是这张图片的最后一针
            # 判断为最后一个包 将数据去除 结束标志信息 b'Frame Over'
            temp_data = temp_data + data[0:(len(data) - len(end_data))]  # 将多余的（\r\nFrame Over）去掉 其他放入temp_data
            # 显示图片
            receive_data = np.frombuffer(temp_data, dtype='uint8')  # 将获取到的字符流数据转换成1维数组
            r_img = cv2.imdecode(receive_data, cv2.IMREAD_COLOR)  # 将数组解码成图像
            # r_img = r_img.reshape(480, 640, 3)
            # r_img = r_img.reshape(320, 240, 3)
            t2 = int(round(time.time() * 1000))
            fps = 1000//(t2-t1)
            cv2.putText(r_img, "FPS" + str(fps), (50, 50), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (255, 0, 0), 2)
            cv2.imshow('server_frame', r_img)
            if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
                break
            t1 = t2
            print("接收到的数据包大小：" + str(len(temp_data)))  # 显示该张照片数据大小
            temp_data = b''  # 清空数据 便于下一章照片使用
 
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 这里的 ip 与端口是运行该程序的服务器的 ip 与端口，需要与 arduino 中的一致
server.bind(('192.168.1.104', 18080))
server.listen(5)
CONNECTION_LIST = []
 
#主线程循环接收客户端连接
while True:
    sock, addr = server.accept()
    CONNECTION_LIST.append(sock)
    print('Connect--{}'.format(addr))
    #连接成功后开一个线程用于处理客户端
    client_thread = threading.Thread(target=handle_sock, args=(sock, addr))
    client_thread.start()

6.参考文献

1. CSDN:ESP32 cam 从安装...
2. Arduino IDE 官网
3. CSDN:ESP32cam 与服务器 TCP 视频传输
4. ESP32cam 中 WIFI 与 ADC2
5. CSDN:USB2TTL CH340

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本文首发与本人博客：https://blog.gitnote.cn/post/esp32cam_001

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