Plano de aula de ESP32: checklist de preparação para a primeira aula e roteiro de 40 minutos

Ao escrever um plano de aula de ESP32, resuma a primeira aula a um único objetivo: no fim, cada grupo carregou um código no próprio ESP32 e acendeu um LED. Wi-Fi, sensores e controle pelo celular ficam para as próximas aulas. Se 40 minutos bastam depende menos do que você faz na aula do que do que você faz antes dela: o driver USB-serial está instalado, o pacote de placas ESP32 está no Arduino IDE e o cabo da mesa transmite dados de verdade? Se esses três estiverem prontos, o primeiro carregamento leva cinco minutos; se não, metade da aula vai embora com “não aparece a porta”.

Este post traz um pacote para você levar à aula amanhã: um checklist para copiar com o que fazer uma semana antes, na véspera e na manhã da aula, uma tabela de material, um roteiro de 40 minutos minuto a minuto, dois sketches que compilam, cinco diferenças entre o ESP32 e o Arduino Uno, soluções de um minuto para os oito problemas mais comuns e perguntas de saída. Digamos que você tenha uma turma de 24 e divida os alunos em 8 grupos de três; todos os números abaixo partem disso. Se as suas aulas têm 45 ou 50 minutos, o tempo extra é a sua margem. Se o ESP32 ainda é novidade para você, leia antes o que é o ESP32.

Objetivo da primeira aula: por que só um LED?

Na primeira aula de ESP32 você tem duas opções: mostrar um projeto de Wi-Fi impressionante ou fazer todo mundo colocar algo pequeno para funcionar com as próprias mãos. A segunda ensina muito mais. Para acender um LED, o aluno precisa percorrer uma vez a cadeia inteira do início ao fim: abrir o código, escolher a placa e a porta, compilar, carregar, montar o circuito, ver o resultado e depois mudar um valor e carregar de novo. Quando essa cadeia funciona, as próximas aulas só acrescentam peças novas. Se você pular para o Wi-Fi antes disso, senhas de rede, drivers e cabos se acumulam e descobrir qual deles causou o erro fica quase impossível. Por isso este plano não tem rede na primeira aula: primeiro o LED integrado da placa, depois um único LED externo na protoboard e, para os grupos rápidos, os dois piscando alternadamente.

Checklist de preparação antes da aula

Divida a preparação em três etapas. Você pode copiar e imprimir a lista ou compartilhá-la com o técnico de informática da escola; tarefas que exigem permissão de administrador, como instalar drivers e programas, passam por ele na maioria das escolas. Uma semana antes:

• Conte as placas e confira o modelo. Este plano foi escrito para o ESP32 DevKit de 30 pinos (com o módulo ESP32-WROOM-32); nas placas de 38 pinos o código é o mesmo, só muda a ordem dos pinos.
• Leia o chip pequeno ao lado da porta USB da placa: é um CP2102, um CH340 ou um CH9102? Isso define qual driver você precisa.
• Peça a instalação do Arduino IDE 2 nos computadores da sala. As máquinas da escola costumam exigir permissão de administrador para instalar, então reserve um horário com a informática.
• No Arduino IDE, instale o pacote esp32 by Espressif Systems pelo Gerenciador de Placas. Ele baixa centenas de megabytes; na rede da escola, 40 minutos podem não bastar se você tentar fazer isso na aula.
• Instale o driver USB-serial, conecte uma placa e confira se aparece uma porta nova em Ferramentas > Porta.
• Teste os cabos: carregue um código em uma placa com cada um, separe os cabos que só carregam e marque os cabos de dados com fita colorida.
• Encaixe um ESP32 em uma protoboard e veja se sobram furos livres dos dois lados. Se não sobrarem, cada grupo recebe duas protoboards.
• Descubra os limites da rede da escola: o ESP32 só se conecta a Wi-Fi de 2,4 GHz, e redes corporativas que pedem usuário e senha são difíceis de usar. Você não vai usar Wi-Fi na primeira aula, mas vai precisar dessa informação nas próximas.

Na véspera, todos os computadores devem estar prontos para a aula; o objetivo é que nenhuma etapa de configuração seja feita pela primeira vez durante a aula. Reserve também dez minutos na manhã da aula. As duas listas estão no mesmo lugar:

• Véspera: faça um carregamento de teste em cada computador. Conecte a placa, selecione ESP32 Dev Module e a porta, carregue o sketch do LED integrado e veja o LED piscar. A primeira compilação pode levar mais de um minuto; esse teste também acelera as compilações seguintes.
• Véspera: no Windows, cole na lateral do computador uma etiqueta com o número da porta (COM3, COM5 e assim por diante). A mesma placa ligada no mesmo soquete USB geralmente recebe o mesmo número.
• Véspera: monte as caixas dos grupos: placa, cabo, protoboard, dois LEDs, dois resistores de 220 Ω, quatro jumpers. Deixe o conjunto reserva na mesa do professor.
• Véspera: salve os dois sketches na área de trabalho de cada computador; se a internet ficar lenta, os alunos abrem o código de lá.
• Véspera: confira se o projeto LED integrado do ESP32 piscando abre no BlueGrays no projetor.
• Manhã da aula: ligue os computadores, abra o Arduino IDE e confira se a placa continua como ESP32 Dev Module.
• Manhã da aula: desenhe na lousa um esboço simples da placa: porta USB, BOOT, EN, GND, 3V3 e GPIO5 (com a marcação D5 na placa).
• Manhã da aula: escreva uma linha no canto da lousa: “Travou em Connecting...? Segure o BOOT.”
• Manhã da aula: conte pela última vez os LEDs e resistores das caixas e coloque os cabos por cima.

Driver, pacote de placas e BOOT: detalhes que você precisa saber

Você pode ver dois pacotes de ESP32 no Gerenciador de Placas do Arduino IDE. Para as placas da sala, o certo é o pacote esp32 da Espressif; o chamado “Arduino ESP32 Boards” é para o Nano ESP32 da própria Arduino. Depois de instalar, escolha ESP32 Dev Module em Ferramentas > Placa > esp32. Se o pacote não aparecer na lista, você precisa adicionar o endereço do pacote da Espressif nas URLs do Gerenciador de Placas Adicionais, em Preferências; os passos estão em o que é o ESP32. Os sketches de ESP32 demoram mais para compilar do que os do Uno; mesmo para piscar um LED, a primeira compilação pode passar de um minuto. Avise os alunos antes, ou eles vão ficar apertando Carregar enquanto a barra de progresso parece travada. O chip USB-serial da placa define qual driver instalar:

O botão BOOT está ligado ao pino GPIO0 do ESP32. Quando um carregamento começa, a placa precisa entrar no modo de programação; a maioria dos DevKits faz isso sozinha usando dois sinais do chip USB-serial. Com algumas combinações de placa e cabo, essa troca automática falha: os pontinhos de “Connecting...” na saída não param e você acaba com o erro “Failed to connect to ESP32”. A solução é segurar o BOOT assim que aparecer “Connecting...” e soltar quando começarem a rolar as linhas de progresso que começam com “Writing at”. O botão EN reinicia a placa; se o carregamento terminou mas o código parece não rodar, um toque no EN basta. Se o problema volta sempre na mesma placa, baixar o Upload Speed no menu Ferramentas de 921600 para 115200 costuma ajudar. No macOS, o nome da porta geralmente começa com cu.usbserial ou cu.SLAB_USBtoUART.

Lista de material: por grupo e para uma turma de 24

Divida 24 alunos em grupos de três e você terá 8 grupos; com um de reserva, você prepara 9 conjuntos. Se preferir duplas, são 12 grupos mais um de reserva, ou seja, 13 conjuntos, e mais computadores na mesma proporção. Nenhuma peça precisa de solda. O motivo de dois LEDs e dois resistores por grupo é simples: um LED encaixado ao contrário ou com a perna quebrada é muito comum na primeira aula, e você não quer um grupo esperando.

O roteiro da aula de 40 minutos

O roteiro se apoia em dois projetos grátis do BlueGrays: primeiro o LED integrado do ESP32 piscando (sem circuito, só a placa e o cabo), depois o LED piscando com ESP32 (GPIO5, um resistor de 220 Ω e um LED). Os dois projetos têm a lista de peças, o esquema do circuito, o código, os blocos e o Entenda o código abertos de graça. Distribua três papéis em cada grupo e troque-os a cada etapa: um no teclado, um montando o circuito, um lendo o esquema e o código no celular ou no projetor. Assim ninguém passa 40 minutos só olhando.

O código: LED integrado e LED externo

Os dois sketches abaixo usam os mesmos pinos e tempos dos projetos do app e compilam direto com ESP32 Dev Module selecionado no Arduino IDE. O primeiro faz o LED da placa piscar uma vez por segundo. Na maioria das placas ESP32 DevKit, esse LED azul está ligado ao GPIO2. No Arduino Uno, o LED integrado ficava no pino 13; alunos que já usaram um Uno podem digitar 13 por hábito, então mostre a diferença logo cedo.

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

O circuito do segundo sketch: do GPIO5 para uma ponta do resistor de 220 Ω, da outra ponta do resistor para a perna longa do LED (ânodo) e da perna curta do LED (cátodo) para o GND. O pino do ESP32 fornece 3,3 V; cerca de 2 V caem sobre um LED vermelho, e os 1,3 V restantes sobre 220 Ω dão uns 6 mA. Isso basta para um LED bem visível e não força o pino. Se usar outra cor, confira o resistor com a calculadora de resistor para LED. Na minitarefa, os grupos rápidos juntam os dois sketches: configuram os dois pinos como saída no setup() e, no loop(), escrevem HIGH em um enquanto o outro está em 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 diferenças entre o ESP32 e o Arduino Uno

Alguns dos seus alunos podem já ter usado um Arduino Uno. O código é escrito na mesma linguagem Arduino, e setup() e loop() estão onde sempre estiveram, mas o hardware é diferente, e a maioria dos erros da primeira aula vem dessas diferenças. Você pode tratar dos cinco pontos abaixo em poucos minutos, enquanto apresenta a placa. Para uma comparação mais detalhada, veja Arduino ou ESP32.

Os 8 problemas mais comuns em sala e soluções de um minuto

Perguntas de saída e uma prévia da segunda aula

1. A qual pino da placa se refere o número 5 do código? Por que a placa pode mostrar “D5” ao lado desse pino?
2. O que mudou no LED quando você escreveu delay(200) no lugar de delay(1000)? Quantas vezes por segundo o LED pisca agora?
3. Por que o LED não acendeu quando estava encaixado ao contrário? Qual perna do LED vai do lado do resistor?
4. Que tensão os pinos do ESP32 fornecem? Por que não devemos ligar um LED ou um módulo direto no pino 5V?

As respostas mostram qual ideia precisa ser retomada na segunda aula; um aluno que responde 2,5 à segunda pergunta entendeu a temporização. Na segunda aula, você acrescenta um botão ao mesmo circuito: no projeto Controle de LED com botão no ESP32 (momentâneo), o LED fica aceso enquanto você segura o botão, e no Controle de LED com botão no ESP32 (alternância), cada toque inverte o estado. Os dois são grátis e têm blocos; os alunos leem uma entrada pela primeira vez e tomam uma decisão com if. Na terceira ou quarta aula, você pode passar para o Wi-Fi; para essa aula, tenha à mão a tabela de códigos de status de ESP32 não conecta ao Wi-Fi. Os projetos de ESP32 com Wi-Fi no BlueGrays são Premium; se quiser que seus alunos avancem para eles, explicamos como funciona dar a cada um um código de um pacote para educadores, em vez de assinaturas separadas, em códigos Premium para a turma.

Como usar o BlueGrays na aula?

• Encontre o projeto: em Explorar › Projetos, use Filtrar para definir a plataforma como ESP32 e o Preço como grátis. Os projetos de ESP32 adequados às primeiras aulas, como LED, botão, semáforo, sensor de luz e sensor de distância, vêm totalmente liberados.
• Componentes necessários e Esquema do circuito: a lista de peças já vem com as quantidades. Você pode dar zoom no esquema e mostrá-lo no projetor, ou salvá-lo com Salvar na galeria e imprimir.
• Código-fonte: Copiar coloca o código na área de transferência. Se um aluno abriu o projeto no celular, Copiar link gera um link para abrir o código no computador, então ninguém precisa digitar à mão.
• Entenda o código: primeiro o resumo O que este código faz?, depois a explicação Passo a passo, a seção Se precisar de ajuda e a tarefa Experimente você mesmo. É um próximo passo pronto para os grupos que terminam a minitarefa antes.
• Ver em blocos: todos os projetos grátis de ESP32 têm visualização em blocos. Ligue a chave e o código é substituído pelos blocos do mesmo programa, e a aba vira Entenda os blocos. Os blocos são para leitura; eles não são editados no app nem carregados na placa, que sempre recebe o código de verdade.
• Vamos montar juntos: um modo guiado que passa por preparar os componentes, montar o circuito, carregar o código e executar e testar. A tela fica ligada, então o grupo consegue seguir os passos com o celular deitado na mesa; no fim, Concluir marca o projeto como feito.

A primeira aula pode parecer só um LED, mas nesses 40 minutos os alunos passam uma vez por compilação, carregamento, números de pinos, o limite de 3,3 V e depuração, e toda aula seguinte de ESP32 se apoia nisso. Tratamos de cada seção da página do projeto em detalhes no guia da página de projeto. Se quiser montar os dois projetos você mesmo uma vez antes da aula, abra o LED integrado do ESP32 piscando no app BlueGrays; o esquema, o código, os blocos e o Entenda o código estão todos lá, e o seu ensaio não vai levar mais de dez minutos.