Plan de clase ESP32: primera sesión, preparación y 40 minutos

Cuando prepares un plan de clase con ESP32, reduce la primera sesión a un único objetivo: al terminar, cada grupo ha subido código a su propio ESP32 y ha encendido un LED. El Wi-Fi, los sensores y el control desde el móvil son para las siguientes clases. Que 40 minutos basten no depende tanto de lo que hagas en clase como de lo que hagas antes: ¿está instalado el driver USB-serie?, ¿tiene el Arduino IDE el paquete de placas ESP32?, ¿el cable de la mesa transmite datos de verdad? Si esas tres cosas están listas, la primera carga se hace en cinco minutos; si no, media clase se va en "no me sale el puerto".

Aquí tienes un paquete que puedes llevar mañana al aula: una lista de comprobación copiable para una semana antes, el día anterior y la mañana de la clase, una tabla de material, un guion de 40 minutos minuto a minuto, dos programas que compilan, cinco diferencias entre el ESP32 y el Arduino Uno, soluciones de un minuto para los ocho problemas más frecuentes y preguntas de salida. Supongamos que tienes una clase de 24 alumnos y los repartes en 8 grupos de tres; todas las cifras parten de ahí. Si tu sesión dura 50 o 55 minutos, lo que sobra es tu margen. Si el ESP32 aún es nuevo para ti, lee primero qué es el ESP32.

Objetivo de la primera clase: ¿por qué solo un LED?

En una primera clase con ESP32 tienes dos caminos: enseñar un proyecto Wi-Fi vistoso o que cada uno haga funcionar algo pequeño con sus propias manos. Lo segundo enseña mucho más. Para encender un LED, el alumno tiene que recorrer una vez toda la cadena de principio a fin: abrir el código, elegir placa y puerto, compilar, subir, montar el circuito, ver el resultado y después cambiar un valor y volver a subir. Cuando esa cadena funciona una vez, en las clases siguientes solo se añaden piezas nuevas. Si saltas al Wi-Fi antes, la contraseña de la red, el driver y el cable se acumulan y distinguir de dónde viene el error se vuelve casi imposible. Por eso este plan no usa red en la primera sesión: primero el LED interno de la placa, después un solo LED externo en la protoboard y, para los grupos rápidos, los dos alternándose.

Lista de comprobación antes de la clase

Divide la preparación en tres momentos. Puedes copiar e imprimir la lista o compartirla con el responsable de informática del centro; las tareas que piden permisos de administrador, como instalar drivers y programas, pasan por él en la mayoría de centros. Una semana antes:

• Cuenta las placas y comprueba el modelo. Este plan está escrito para el ESP32 DevKit de 30 pines (con módulo ESP32-WROOM-32); en las placas de 38 pines el código es el mismo, solo cambia el orden de los pines.
• Lee el pequeño chip junto al conector USB de la placa: ¿es un CP2102, un CH340 o un CH9102? De eso depende qué driver necesitas.
• Pide que instalen Arduino IDE 2 en los ordenadores del aula. En los equipos del centro suele hacer falta ser administrador, así que reserva un hueco con informática.
• En el Arduino IDE, instala el paquete esp32 by Espressif Systems desde el Gestor de placas. Descarga cientos de megas; con la red del centro, 40 minutos pueden no bastar si lo intentas en clase.
• Instala el driver USB-serie, conecta una placa y comprueba que aparece un puerto nuevo en Herramientas > Puerto.
• Prueba los cables: sube un programa a una placa con cada uno, aparta los que solo cargan y marca los de datos con cinta de color.
• Pincha un ESP32 en una protoboard y mira si quedan agujeros libres a ambos lados. Si no, cada grupo recibirá dos protoboards.
• Infórmate de las limitaciones de la red del centro: el ESP32 solo se conecta a Wi-Fi de 2,4 GHz, y las redes corporativas que piden usuario y contraseña dan problemas. En la primera clase no usarás Wi-Fi, pero para las siguientes necesitas saberlo ya.

El día anterior cada ordenador debe quedar listo; la idea es que en clase no se haga ningún paso de instalación por primera vez. Reserva también diez minutos para la mañana de la clase. Las dos listas están juntas:

• Día anterior: Haz una carga de prueba en cada ordenador. Conecta la placa, elige ESP32 Dev Module y el puerto, sube el programa del LED interno y comprueba que parpadea. La primera compilación puede pasar del minuto; esta prueba también acorta las siguientes.
• Día anterior: En Windows, pega en el lateral del ordenador una etiqueta con el número de puerto (COM3, COM5…). La misma placa en el mismo conector USB suele recibir el mismo número.
• Día anterior: Prepara las cajas de grupo: placa, cable, protoboard, dos LED, dos resistencias de 220 Ω y cuatro cables puente. Deja el kit de repuesto en la mesa del docente.
• Día anterior: Guarda los dos programas en el escritorio de cada ordenador; si internet va lento, los alumnos abren el código desde ahí.
• Día anterior: Comprueba que el proyecto Parpadeo del LED interno del ESP32 se abre en BlueGrays con el proyector.
• Mañana de la clase: Enciende los ordenadores, abre el Arduino IDE y comprueba que la placa sigue en ESP32 Dev Module.
• Mañana de la clase: Dibuja en la pizarra un esquema sencillo de la placa: conector USB, BOOT, EN, GND, 3V3 y GPIO5 (en la placa pone D5).
• Mañana de la clase: Escribe una línea en una esquina de la pizarra: "¿Se queda en Connecting...? Mantén pulsado BOOT."
• Mañana de la clase: Cuenta por última vez los LED y las resistencias de las cajas y deja los cables encima.

Driver, paquete de placas y BOOT: detalles que debes conocer

En el Gestor de placas del Arduino IDE puedes ver dos paquetes ESP32. Para las placas del aula el correcto es el paquete esp32 de Espressif; el llamado "Arduino ESP32 Boards" es para la Nano ESP32 de Arduino. Tras instalarlo, elige ESP32 Dev Module en Herramientas > Placa > esp32. Si el paquete no aparece en la lista, tienes que añadir la dirección del paquete de Espressif en las URL adicionales del gestor de placas, en Preferencias; los pasos están en qué es el ESP32. Los programas del ESP32 tardan más en compilar que los del Uno; incluso con un LED parpadeante la primera compilación puede pasar del minuto. Avísalo al principio o los alumnos pulsarán Subir una y otra vez mientras la barra parece parada. El chip USB-serie de la placa decide qué driver instalar:

El botón BOOT está conectado al pin GPIO0 del ESP32. Al empezar una carga, la placa tiene que entrar en modo programación; la mayoría de DevKits lo hacen solos con dos señales del chip USB-serie. Con algunas combinaciones de placa y cable ese cambio automático falla: los puntos de "Connecting..." no acaban y al final aparece el error "Failed to connect to ESP32". La solución es mantener pulsado BOOT en cuanto aparezca "Connecting..." y soltarlo cuando empiecen a correr las líneas que comienzan por "Writing at". El botón EN reinicia la placa; si la carga terminó pero el código no parece funcionar, basta con pulsar EN una vez. Si el problema se repite siempre en la misma placa, bajar Upload Speed en el menú Herramientas de 921600 a 115200 suele resolverlo. En macOS el nombre del puerto suele empezar por cu.usbserial o cu.SLAB_USBtoUART.

Lista de material: por grupo y para una clase de 24

Si repartes 24 alumnos en grupos de tres salen 8 grupos; con un kit de repuesto preparas 9 kits. Si prefieres parejas, necesitas 12 grupos más un repuesto, es decir, 13 kits y más ordenadores. Ninguna pieza necesita soldadura. Poner dos LED y dos resistencias por grupo tiene una razón sencilla: un LED al revés o con una pata rota es muy habitual en la primera clase y no conviene que un grupo se quede esperando.

Guion de la clase de 40 minutos

El guion se apoya en dos proyectos gratuitos de BlueGrays: primero Parpadeo del LED interno del ESP32 (sin circuito, solo placa y cable) y después LED Parpadeante con ESP32 (GPIO5, una resistencia de 220 Ω y un LED). En los dos proyectos la lista de piezas, el esquema, el código, los bloques y Entender el código están abiertos gratis. Reparte tres roles en cada grupo y rótalos en cada fase: uno al teclado, otro montando el circuito y otro leyendo el esquema y el código en el móvil o en el proyector. Así nadie pasa 40 minutos solo mirando.

El código: LED interno y LED externo

Los dos programas de abajo usan los mismos pines y tiempos que los proyectos de la app y compilan directamente en el Arduino IDE con ESP32 Dev Module seleccionado. El primero hace parpadear el LED de la placa una vez por segundo. En la mayoría de placas ESP32 DevKit ese LED azul está conectado a GPIO2. En el Arduino Uno el LED interno estaba en el pin 13; quien ya haya usado un Uno puede escribir 13 por costumbre, así que explica la diferencia desde el principio.

1// ESP32 Dahili LED Yakma / ESP32 built-in LED blink
2// Çoğu ESP32 DevKit kartında dahili LED GPIO2'dedir / On most ESP32 DevKit boards the built-in LED is on GPIO2
3int BUILTIN_LED_PIN = 2;   // Kartına göre değişebilir / May differ on your board
4
5void setup() {
6  pinMode(BUILTIN_LED_PIN, OUTPUT);   // Pini çıkış yap / Set the pin as output
7}
8
9void loop() {
10  digitalWrite(BUILTIN_LED_PIN, HIGH);   // LED'i yak / Turn the LED on
11  delay(1000);                           // 1 saniye bekle / Wait 1 second
12  digitalWrite(BUILTIN_LED_PIN, LOW);    // LED'i söndür / Turn the LED off
13  delay(1000);                           // 1 saniye bekle / Wait 1 second
14}
15

El circuito del segundo programa: de GPIO5 a un extremo de la resistencia de 220 Ω, del otro extremo de la resistencia a la pata larga del LED (ánodo) y de la pata corta (cátodo) a GND. El pin del ESP32 da 3,3 V; en un LED rojo caen unos 2 V y los 1,3 V restantes sobre 220 Ω hacen pasar unos 6 mA. Es suficiente para que el LED se vea bien y no fuerza el pin. Si usas otro color, comprueba la resistencia con la calculadora de resistencia para LED. En el minirreto, los grupos rápidos combinan los dos programas: en setup() ponen los dos pines como salida y en loop() escriben HIGH en uno mientras el otro está en LOW.

1// ESP32 ile LED Yakma: harici LED / ESP32 external LED blink
2// Bağlantı: GPIO5 -> 220 Ω direnç -> LED uzun bacak (+), kısa bacak (-) -> GND
3// Wiring: GPIO5 -> 220 ohm resistor -> LED long leg (+), short leg (-) -> GND
4const int LED_PIN = 5;   // Harici LED pini (kartta D5) / External LED pin (D5 on the board)
5
6void setup() {
7  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);   // Pini çıkış yap / Set the pin as output
8}
9
10void loop() {
11  digitalWrite(LED_PIN, HIGH);   // Pin 3,3 V verir, LED yanar / Pin outputs 3.3 V, LED on
12  delay(500);                    // Yarım saniye bekle / Wait half a second
13  digitalWrite(LED_PIN, LOW);    // Pin 0 V verir, LED söner / Pin outputs 0 V, LED off
14  delay(500);                    // Yarım saniye bekle / Wait half a second
15}
16

5 diferencias entre el ESP32 y el Arduino Uno

Puede que parte de tus alumnos ya haya usado un Arduino Uno. El código se escribe en el mismo lenguaje Arduino y setup() y loop() siguen en su sitio, pero el hardware es distinto, y la mayoría de errores de la primera clase vienen de ahí. Puedes explicar estos cinco puntos en pocos minutos mientras conocéis la placa. Para una comparación más detallada, consulta Arduino o ESP32.

Los 8 problemas más frecuentes en clase y su solución en un minuto

Preguntas de salida y avance de la segunda clase

1. ¿A qué pin de la placa se refiere el número 5 del código? ¿Por qué puede poner "D5" junto a ese pin?
2. ¿Qué cambió en el LED al escribir delay(200) en lugar de delay(1000)? ¿Cuántas veces por segundo parpadea ahora?
3. ¿Por qué no se encendió el LED cuando estaba al revés? ¿Qué pata del LED va hacia la resistencia?
4. ¿Qué tensión dan los pines del ESP32? ¿Por qué no debemos conectar un LED o un módulo directamente al pin de 5V?

Las respuestas te dicen qué concepto conviene repasar en la segunda clase; quien responde 2,5 a la segunda pregunta ha entendido la temporización. En la segunda clase se añade un pulsador al mismo circuito: en el proyecto Control de LED con pulsador en ESP32 (Push) el LED se enciende mientras mantienes pulsado el botón y en Control de LED con botón en ESP32 (Toggle) cambia de estado con cada pulsación. Los dos son gratuitos y tienen bloques; los alumnos leen una entrada por primera vez y deciden con if. En la tercera o cuarta clase puedes pasar al Wi-Fi; para esa sesión ten a mano la tabla de códigos de estado de ESP32 no se conecta al Wi-Fi. Los proyectos ESP32 con Wi-Fi de BlueGrays son Premium; si quieres que tus alumnos sigan con ellos, en códigos Premium para la clase explicamos cómo dar a cada uno un código de un paquete para educadores en lugar de suscripciones por separado.

¿Cómo usar BlueGrays en clase?

• Encontrar el proyecto: En Descubrir › Proyectos, con Filtrar elige la plataforma ESP32 y en Estado del Precio la opción gratis. Los proyectos ESP32 adecuados para las primeras clases, como LED, pulsador, semáforo, sensor de luz y sensor de distancia, aparecen completamente abiertos.
• Componentes Necesarios y Diagrama de Circuito: La lista de piezas viene con cantidades. Puedes ampliar el esquema y llevarlo al proyector, o guardarlo con Guardar en Galería e imprimirlo.
• Código Fuente: Con Copiar el código va al portapapeles. Si un alumno abrió el proyecto en el móvil, Copiar enlace le da un enlace para abrir el código en el ordenador, así nadie tiene que teclearlo a mano.
• Entender el código: Primero el resumen ¿Qué hace este código?, luego la explicación Paso a paso, la sección Si te atascas y la tarea Pruébalo tú. Es el siguiente paso listo para los grupos que acaban pronto el minirreto.
• Ver en bloques: Todos los proyectos ESP32 gratuitos tienen vista de bloques. Al activar el interruptor, el código se sustituye por los bloques del mismo programa y la pestaña pasa a llamarse Entiende los bloques. Los bloques son para leer; no se editan en la app ni se suben a la placa, a la placa siempre va el código real.
• Hazlo paso a paso: Un modo guiado con los pasos prepara los componentes, monta el circuito, sube el código y ejecuta y prueba. La pantalla se mantiene encendida, así que el grupo sigue los pasos con el móvil sobre la mesa; al final, Lo hice lo marca como terminado.

La primera clase puede parecer solo un LED, pero en esos 40 minutos los alumnos pasan una vez por compilar, subir, los números de pin, el límite de 3,3 V y la depuración, y cada clase de ESP32 posterior se apoya en eso. Explicamos todas las secciones de la página de un proyecto en la guía de la página del proyecto. Si quieres montar tú los dos proyectos una vez antes de clase, abre Parpadeo del LED interno del ESP32 en la app BlueGrays; el esquema, el código, los bloques y Entender el código están listos, y tu ensayo no pasará de diez minutos.