ESP32-CAM 使用 MicroPython 完成视频网络服务器（Web Video Stream)

ESP32-CAM 是安信可发布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2740.54.5mm。 ESP32-CAM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、人脸识别以及其它物联网应用，是物联网应用的理想解决方案。 ESP32-CAM采用DIP封装，直接插上底板即可使用，实现产品的快速生产，为客户提供高可靠性的连接方式，方便应用于各种物联网硬件终端场合。

开发环境准备

MicroPython 是运行在微控制器硬件之上的 Python 编译器，提供给用户一个交互式提示符（Read-Evaluate-Print-Loop, 以下简称 REPL）来立即执行所支持的命令。除了包括选定的核心 Python 库，MicroPython 还包括了给予编程者访问低层硬件的模块。

MicroPython 是澳大利亚程序员和物理学家 Damien George，在 2013 年一次众筹活动之后创建的。当初的众筹活动将 MicroPython 与基于 STM32 F4 的pyboard 开发板一起发行，因此 MicroPython 支持大量的基于 ARM 的体系结构，随后 MicroPython 已经可以运行于 Arduino、ESP8266、ESP32 与大多数的物联网硬件。在 2016 年，Python 软件基金会创建了 MicroPython 的 BBC Micro Bit 版本，作为其 BBC Micro Bit 合作伙伴贡献的一部分，授權條款为 MIT 授權條款。

软件列表：

MicroPython for ESP32-CAM 烧录档（提取码 ccit），也可到 github 上去下载。
esptool.py，一个针对乐鑫科技Espressif所开发出来的晶片提供烧录开机软件的开源软件，以 Python 为基础，可以用于乐鑫 ESP8285, ESP8266, ESP32, ESP32-S 等系列芯片和 ROM Bootloader （即：一级 bootloader ）通讯。

pip3 install esptool

Thonny（提取码 ccit），Python IDE，可进行 Python 或是 MicroPython 程式设计，也可以直接将程式码烧录到 ESP32-CAM。
到 Thonny 的官网 https://thonny.org/，根据自己的操作系统下载适合的版本

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图 1. 根据自己的操作系统下载适合的 Thonny 版本

软硬件集成

完成上面软硬件准备后，先将 CH340 串口模块插到电脑上，1. 是使用 Type C 连到电脑；2. 使用 USB 连接 CH340 串口模块；3. ESP32-CAM 设定在下载模式，如下图所示。

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图 2. 将 ESP32-CAM 连接到电脑

要确认电脑是否能够识别到这个模块，以 Mac 来说，可以在 /dev 中找到，在终端输入以下指令后就可以看到 /dev/cu.usbserial-14110

ls -l /dev/cu*

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图 3. 电脑识别到 CH340 串口模块

打开 Thonny IDE，选择运行->配置解释器

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图 4. 在 Thonny IDE 中选择运行->配置解释器

解释器： MicroPython(ESP32)
端口： /dev/cu.usbserial-14110

最后单击 Install or Update MicroPython

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图 5. 配置解释器到 ESP32-CAM

安装并更新 MicroPython，指定端口(Port)跟烧录档固件(Firmware)

端口(Port)： /dev/cu.usbserial-14110
固件(Firmware)： esp32-cam-micropython-20221203.bin
烧录模式(Flash mode): From image file (keep)
勾选先删除后安装*(Erase flash before installing)*

接著单击安装

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图 6. 安装并更新 MicroPython

烧录完毕后就可以单击关闭，回到主画面，回弹出错误信息。主要是因为目前是下载模式并非调适模式，所以记得将ESP32-CAM的跳线帽移除。下图中 1. 移除后的跳线帽；2. 按下 reset 键重启 ESP32-CAM；3. Thonny 成功连接到 ESP32-CAM 中的 MicroPython，虽然会有错误信息，但这是 Thonny 所造成，可以不用理会，可以看出这个版本的固件信息如下：

开发语言： v1.19.1
编译日期： 2022-12-03
硬件： ESP32 CAMERA w/SSL

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图 7. Thonny 连接 ESP32 成功的主画面

架构说明

本篇文章的目的是要用 MicroPython 控制 ESP32-CAM 的摄像头，运行一个实时视频，可以使用浏览器莱观看结果，架构设计如下图所示，先让 ESP32-CAM 跟电脑先连上同一个AP(子网络），接著在 ESP32-CAM 上运行一个Web服务器，是使用 microdot 这个包来简化架站的功能，接著打开web浏览器即可观看结果。

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图 8. 视频网络服务器架构

手动安装 microdot

在本机取得 microdot.py 原始档（百度云盘，提取码ccit），透过 Thonny 的画面打开，如下图所示。

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图 9. Thonny 打开文件

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图 10. Thonny 打开本地的 microdot.py 文件

接著将 microdot.py 存到 ESP32-CAM 上，单击上方工作列的文件，选择 另存为… ，如下图所示。

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图 11. Thonny 将本地文另存为其他文件

接著会弹出一个画面，选择存到哪一个设备，选择 MicroPython设备。

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图 12. Thonny 选择存到 MicroPython设备

在 MicroPython设备中单击右键，选择新建文件夹…，输入 lib。

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图 13. Thonny 新建文件夹

进入 lib 文件夹，文件名输入 microdot.py后，单击好的
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图 14. 另存为 microdot.py

会出现上传画面。
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图 15. 正在保存 microdot.py 到 MicroPython设备

在 Shell 中输入以下源代码运行，如果运行成功会出现 Starting … 等信息，如下图所示。

原始代码

from microdot import Microdot
app = Microdot()

@app.route('/')
def index(request):
    return 'Hello, world Microdot!'

app.run(debug=True)

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图 16. 导入 microdot 包，架构 Web 服务器

输出结果为：

Starting sync server on 0.0.0.0:5000...

实时视频代码

以下是实时视频代码 video_stream.py，代码说明如下：

1-5：导入需要的模块，只有 microdot 需要额外安装，其他的都是内建模块。
7-15：连线到AP的函数定义，12行务必修改为自己的 SSID 跟 PASSWORD。
17：连线到 Wi-Fi AP
18：建立 Microdot 网站服务器
21-31：激活摄像头（camera）。
33-44：定义网站根目录(/)网页
46-57：定义视频流的路径(‘/video_feed’)与操作，这里就是整个视频流的主要代码
61：激活网站服务器

from microdot import Microdot
import time
import camera
from machine import reset
import network

def connect():
  wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
  wlan.active(True)
  if not wlan.isconnected():
      print('connecting to network...')
      wlan.connect(SSID, PASSWORD)
      while not wlan.isconnected():
          pass
  print('network config: ', wlan.ifconfig())

connect()
app = Microdot()

# wait for camera ready
for i in range(5):
    cam = camera.init()
    print("Camera ready?: ", cam)
    if cam:
        print("Camera ready")
        break
    else:
        time.sleep(2)
else:
    print('Timeout')
    reset()
    
@app.route('/')
def index(request):
    return '''<!doctype html>
<html>
  <head>
    <title>Microdot Video Streaming</title>
  </head>
  <body>
    <h1>Microdot Video Streaming</h1>
    <img src="/video_feed" width="30%">
  </body>
</html>''', 200, {
    
    'Content-Type': 'text/html'}

@app.route('/video_feed')
def video_feed(request):
    def stream():
        yield b'--frame\r\n'
        while True:
            frame = camera.capture()
            yield b'Content-Type: image/jpeg\r\n\r\n' + frame + \
                b'\r\n--frame\r\n'
            #time.sleep_ms(50)

    return stream(), 200, {
    
    'Content-Type':
                           'multipart/x-mixed-replace; boundary=frame'}


if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

下图就是运行结果，左手边是浏览器的观看结果，右手边则是Thonny运行代码的画面。

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图 17. 视频网络服务器结果画面

参考资料

esptool.py，https://github.com/espressif/esptool
Thonny, https://thonny.org/
esp32-cam-micropython-2022, https://github.com/shariltumin/esp32-cam-micropython-2022
microdot, https://github.com/miguelgrinberg/microdot
Microdot, https://microdot.readthedocs.io/en/latest/index.html