Esp8266:модули/краткое вводное руководство по wifi-модулю esp8266

Как подключить Wi-Fi модуль

Давайте же рассмотрим подключение esp8266 esp 12e и что такое esp8266 мост wi-fi uart. Ведь именно подключение и настройка модуля вызывают больше всего вопросов.

Распиновка esp8266 esp 12e

В первую очередь определитесь, какая версия микроконтроллера у вас на руках. В первой встраиваются светодиоды около пинов, а на второй, которую стали выпускать совсем недавно, сигнальные огни находятся около антенны.

Перед подключением стоит подгрузить последнюю прошивку, позволяющую увеличивать скорость обмена пакетами до 9600 единиц информации в секунду. А проверять соединение мы будем через кабель usb-ttl и соответствующий терминал от CoolTerm.

Схема подключения ESP8266 к Arduino Nano

Пины для подключения вышеописанного кабеля стандартные, а вот питание идёт через 3.3 вольтовый пин с Ардуино

Важно помнить, что максимальную силу тока, которую подаёт плата, невозможно поставить выше 150 мА, а esp8266 esp 07 и esp8266 witty cloud wi-fi модуль для arduino требуют 240 Ма

Однако, если другого источника тока нет, можете использовать и стандартный вариант от Ардуино, но мощность платы пострадает. Хотя, при не сильной загрузке, достаточно и 70 мА, будьте готовы к внезапным перезагрузкам микроконтроллера в пиковые моменты нагрузки и пишите софт соответственно, чтобы он фильтровал и разбивал файлы, не перегружая плату.

Вариант подключения модуля ESP и Ардуино Uno

Еще один вариант подключения ниже

Важно — контакты RX-TX соединяются перекрестием. Так как уровни сигналов модуля ESP8266 3.3В, а Arduino 5В, нам нужно использовать резистивный делитель напряжения для преобразования уровня сигнала

Модули на базе ESP8266

Согласитесь, что сам по себе голый чип нам мало интересен, а раз мы любим ардуино, а не сам микроконтроллер atmуga, то нам интересны готовые модули на базе чипа ESP8266. Итак приступим.

На базе данного микроконтроллера разработан ряд модулей с маркировками от ESP-01 до ESP-13. В большинстве модули похожи друг на друга. Я же коснусь в своем рассказе только тех модулей, с которыми имел дело

Итак, самый младший представитель линейки – ESP-01.

Этот модуль знаком тем, кто пытался прикрутить к своему проекту на Arduino Wifi. Забавно, что зачастую проект мог бы и без ардуино обойтись

Итак, в данном модуле пользователю/разработчику доступно только 4 GPIO вывода. Не много, но для метеостанции или какого-нибудь датчика вполне сгодится.

Приобрести такой модуль можно по ссылкам ниже:

И там и там модули хорошего качества.

Ну а мы пойдем дальше. На очереди довольно интересный и необычный модуль ESP-07

Модуль представляет собой миниатюрную плату с возможностью установки на большую плату под пайку.Обратите внимание, шаг контактов 2 мм, не 2,54, а именно 2. В обычную макетку этот модуль впихнуть проблематично

На первый взгляд отличительной особенностью данного модуля является наличие керамической антенны, а также разъема для подключения внешней антенны. На плате доступны все GPIO выводы за исключением выводов, отвечающих на SPI шину.

Модуль считается не первой свежести, но в большинстве проектов не теряет своей актуальности.

Стоит признать, что некоторые считают, модуль ESP-07 несколько устаревшим, так как ему на смену пришли модули ESP-12

Плата модуля рассчитана под пайку, либо установку на гребенку с шагом контактов 2 мм, однако из существенных отличий – наличие выводов шины SPI.

Широкое распространение получили модули ESP-12E и ESP-12F, отличающиеся друг от друга объемом FLASH памяти.

В отличие от модуля ESP-07, Модули на базе ESP-12 не имеют возможности подключения внешней антенны и используют посредственную встроенную антенну, которая представляет собой дорожку на плате.

Распиновка у модулей ESP-12 одинакова.

Подробную информацию по подключению и прошивке данных модулей вы можете получить на ресурсе посвященном микроконтроллерам ESP8266.ru

Учтите, что для прошивки и заливки скетчей в модули ESP-01 … ESP-12 необходим программатор. Подробнее о программаторах вы можете почитать в статье “Программаторы для Arduino, 3Д принтеров и не только”

Все эти модули хороши, однако кроме ESP-01 в готовом виде их применять не получится, т.к. нужна обвязка. Поэтому мы плавно переходим к готовым модулям, родоначальником которых стала плата ESP-12

Использование esp8266 для связи Ардуино по WiFi

Перед подключением к Ардуино важно помнить, что у ESP8266 напряжение питания не может быть выше 3,6, в то время как на пате Ардуино напряжение равно 5 В. Соединять 2 микроконтроллера нужно с помощью резистивных делителей

Перед подключением модуля нужно ознакомиться с распиновкой выбранного ESP8266. Схема подключения для ESP8266-01 представлена на рисунке.

3,3 В с Ардуино – на Vcc&CH_PD на модуле ESP8266, Земля с Ардуино – к земле с ESP8266, 0 – TX, 1 – RX.

Для поддержки стабильной работы ESP8266 необходим источник постоянного напряжения на 3,3 В и максимальный ток 250 мА. Если питание происходит от конвертера USB-TTL, могут происходить неполадки и сбои в работе.

Работа с библиотекой Wi-Fi для ESP8266 схожа с библиотекой для обыкновенного шилда. Имеется несколько особенностей:

mode(m) – для выбора одного из трех режимов: клиент, точка доступа или оба режима единовременно.
softAP(ssid) – нужен для создания открытой точки доступа.
softAP(ssid, password) – создает точку доступа с паролем, который должен состоять не менее чем из 8 знаков.
WiFi.macAddress(mac) и WiFi.softAPmacAddress(mac)– определяет МАС адрес.
WiFi.localIP() и WiFi.softAPIP() – определение IP адреса.
printDiag(Serial); – позволят узнать данные о диагностике.
WiFiUDP – поддержка передачи и приема multicast пакета в режиме клиента.

Работа выполняется по следующему алгоритму:

Подключение USB-TTL к USB и к ESP.
Запуск Arduino >NodeMCU на базе esp8266

NodeMCU – это платформа, основанная на базе модуля esp8266. Используется для управления схемой на расстоянии при помощи интернета через Wi-Fi. Плата малогабаритная, компактная, стоит дешево, на лицевой стороне имеется разъем для USB. Рядом кнопки для отладки и перезагрузки микроконтроллера. Также установлен чип ESP8266. Напряжение питания – от 5 до 12 В, желательно подавать более 10 В.

Большим преимуществом платы является ее малое энергопотребление. Нередко их используют в схемах с автономным питанием. На плате расположены всего 11 портов общего назначения, из них некоторые имеют специальные функции:

D1 и D2 – для интерфейса I2C/ TWI;
D5-D8- для интерфейса SPI;
D9, D10 – для UART;
D1-D10 – могут работать как ШИМ.

Платформа имеет современное API для аппаратного ввода и вывода. Это позволяет сократить количество действий во время работы с оборудованием и при его настройке. С помощью прошивки NodeMCU можно задействовать весь рабочий потенциал для быстрой разработки устройства.

Платы со встроенным ESP8266

Вот основной список плат с уже встроенным ESP8266 и всем доступным для него функционалом:

NodeMCUWeMosArduino Uno WiFi

Последняя в списке Arduino Uni WiFi – это уже упоминаемый ТОП в платостроении. Именно на ней создают многие интересные проекты. И она как раз из коробки позволяет перепрошивать себя по воздуху (режима OTA – Firmware Over The Air). А вот и видеообзор этого чуда с характеристиками, подключением, базовым использованием:

Вот и все. Задача нашего проекта освещать все Wi-Fi события, и платы для Arduino тоже находятся в этом поле. Но специфичные задачи по созданию классных домашних проектов лучше изучать уже на специализированных ресурсах. Здесь же только общий обзор и пара занимательных на наш взгляд видеороликов. Надеемся, что с возможностями этой платы и подключением к интернету задачи ваших проектов достигнут новых высот. Всем до связи, ваш WiFiGid.

Программирование ESP8266 в Arduino IDE

Программный комплект разработчика esp8266 включает в себя:

Компилятор из пакета GNU Compiler Collection.
Библиотеки, стеки протоколов WiFi, TCP/IP.
Средство загрузки информации в программу контроллера.
Операционная IDE.

Изначально модули ESP8266 поставляются с прошивкой от фирмы-изготовителя. С ее помощью можно управлять модулем с внешнего микроконтроллера, реализовывать работу с Wi-Fi как с модемом. Также существует множество других готовых прошивок. Некоторые из них позволяют настраивать работу модуля при помощи WEB-интерфейса.

Можно программировать из среды Arduino IDE. При ее помощи можно легко писать скетчи и загружать их в ESP8266, прошивать ESP8266, при этом не требуется сама плата Ардуино. Arduino IDE поддерживает все виды модулей ESP8266.

В настоящий момент для ESP8266 можно реализовать следующие функции:

Основные функции языка Wiring. Управлять портами GPIO можно точно так же, как и пинами на плате Ардуино: pinMode, digitalRead, digitalWrite, analogWrite. Команда analogRead(А0) позволяет считать значения АЦП. При помощи команды analogWrite (pin, value) можно подключить ШИМ на нужном выходе GPIO. При value=0 ШИМ отключается, максимальное значение достигает константы, равной 1023.С помощью функций attachInterrupt, detachInterrupt можно выполнять прерывание на любом порте GPIO, кроме 16.
Тайминг и delay. Используя команды millis и micros можно вернуть мс и мкс, которые прошли с момента старта. Delay позволяет приостановить исполнение программы на нужное время. Также функция delay(…) позволяет поддерживать нормальную работу Wi-Fi, если в скетче присутствуют большие элементы, которые выполняются более 50 мс. Yield() – аналог функции delay(0).
Serial и Serial1 (UART0 и UART1). Работа Serial на ESP8266 аналогична работе на ардуино. Запись и чтение данных блокируют исполнение кода, если FIFO на 128 байт и программный буфер на 256 байт заполнены. Объект Serial пользуется аппаратным UART0, для него можно задать пины GPIO15 (TX) и GPIO13 (RX) вместо GPIO1(TX) и GPIO3(RX). Для этого после функции Serial.begin(); нужно вызвать Serial.swap();. Аналогично Serial1 использует UART1, который работает на передачу. Необходимый пин для этого GPIO2.
Макрос PROGMEM. Его работа аналогична работе в Ардуино. Позволяет перемещать данные read only и строковые постоянные во flash-память. При этом в ESP8266 не сохраняются одинаковые константы, что приводит к дополнительной трате флеш-памяти.
I2C. Перед началом работы с шиной I2C выбираются шины с помощью функции Wire.pins(int sda, int scl).
SPI, OneWire – поддерживаются полностью.

Если не подключается…

Если подключение не удалось, проверьте себя по списку ниже. Это поможет вам найти ошибку.

Модуль ESP8266 управляется при помощи AT команд, которые посылает ему Arduino под управлением библиотеки RemoteXY. Вы можете увидеть посылаемые команды открыв Serial Monitor в среде разработки Arduino IDE. Это возможно потому, что ESP8266 и Serial Monitor подключены к одному порту. Вы сможете увидеть только отправляемые AT команды, однако ответы от ESP8266 вы не сможете видеть. Но и этого достаточно что бы провести диагностику системы.

Запустите Serial Monitor, установите скорость 115200. Если необходимо нажмите кнопку сброса на контроллере.

Serial Monitor ничего не показывает

Если Serial Monitor не выводит никаких сообщений, это скорее всего означает, что Arduino не выполнят вашу программу или вы не верно настроили способ связи на шаге 2. Даже если у вас не подключен ESP8266, правильно сконфигурированная библиотека RemoteXY все равно отправляет запросы к модулю, пытаясь его обнаружить, и вы бы увидели это в Serial Monitor. Если Serial Monitor не выводит никаких сообщений, то возможны следующие неисправности:

Не верно сконфигурирована схема подключения и способ связи на шаге 2.
Внесены недопустимые изменения в код, например откорректирована структура RemoteXY или массив RemoteXY_CONF, удалены вызовы функций RemoteXY_Init() или RemoteXY_Handler(). Для проверки используйте только автоматически сформированный код, без каких либо изменений.
Serial Monitor не подключился к Arduino. Возможно вы не выбрали скорость 115200 после того как запустили Serial Monitor.
Нужный скетч не был загружен в Arduino.
Ваша Arduino не включена или неисправна.

ESP8266 не отвечает

Если вы видите только команды AT и больше ничего:

Это означает, что модуль ESP8266 не отвечает на команды. Проблема может быть или в неверном подключении модуля или в нем самом. Возможны следующие причины:

Контакты RX и TX подключены не верно, перепутаны контакты, или подключены не к тем контактам, или не подключены совсем. Проверьте по схеме на шаге 4.
Скорость передачи данных не совпадает, ESP8266 по умолчанию использует скорость 115200. Возможно ESP8266 был вручную сконфигурирован для работы на другой скорости.
Нет питания на ESP8266, при подаче питания на ESP8266 должен светиться красный светодиод.
Не хватает мощности источника питания 3.3 В для ESP8266. На разных платах совместимых с Arduino могут быть установлены разные 3.3 В DC-DC преобразователи с разным максимальным выходным током.
Модуль ESP8266 имеет прошивку в которой нет поддержки AT команд.
Модуль ESP8266 неисправен.

Не все AT команды обрабатываются

Если после команды AT следует последовательность команд, то модуль ESP8266 на связи с Arduino. Ниже приведена правильная последовательность команд.

Но на какой то команде связь может обрываться. Это поможет найти ошибку.

Если нет последней строчки с командой , это может говорить о том, что модуль ESP8266 имеет устаревшую прошивку.

Если последняя команда которую вы видите есть , это означает что модуль ESP8266 не запускается после сброса, после его загрузки нет ответа .

Если обрыв происходит на любой другой строчке, скорее всего не хватает мощности источника питания 3.3 В для ESP8266.

Все AT команды обрабатываются но не подключается

Если выводится вся последовательность AT команд из предыдущего пункта, но при подключении приложение выводит ошибку, посмотрите какую именно ошибку показывает приложение и попробуйте ее исправить. Так же возможны следующие варианты.

Не хватает мощности источника питания 3.3 В для ESP8266.
ESP8266 имеет устаревшую прошивку.
Размер памяти ESP8266 составляет 4 Mbit и меньше, и актуальная прошивка не может быть прошита.

Примечание. В приложении Android имеется возможность проанализировать лог подключения, это так же может помочь идентифицировать ошибку.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

Примечание: чтобы видеть ответы модуля ESP8266 на поступающие команды откройте монитор последовательного порта (Serial Monitor) в программной среде Arduino IDE.

В программе первым делом нам необходимо будет соединить наш Wi-Fi модуль с Wi-Fi роутером чтобы подключить Wi-Fi модуль к сети интернет. Затем мы должны сконфигурировать локальный сервер, передать данные на веб-страницу и закрыть соединение. Для этого нам необходимо выполнить следующую последовательность действий:

1. Сначала нам необходимо произвести тест Wi-Fi модуля при помощи передачи ему AT команды, он должен ответить OK.

2. После этого мы должны выбрать необходимый режим работы с помощью команды AT+CWMODE=mode_id , мы будем использовать Mode id =3. Полный же список доступных режимов выглядит следующим образом:
1 = Station mode (client) (режим станции, клиента)
2 = AP mode (host) (режим базовой станции, хоста)
3 = AP + Station mode (Yes, ESP8266 has a dual mode!) (режим станции + хоста – модуль ESP8266 поддерживает этот двойной режим).

3. Затем мы должны отсоединить наш Wi-Fi модуль от прежней Wi-Fi сети с помощью команды AT+CWQAP поскольку модуль ESP8266 по умолчанию автоматически соединяется с предыдущей использованной сетью Wi-Fi.

4. После этого можно сбросить модуль командой AT+RST – это необязательный шаг.

5. После этого мы должны соединить модуль ESP8266 с Wi-Fi роутером с помощью команды:AT+CWJAP=”wifi_username”,”wifi_password”.

6. После этого мы должны получить IP адрес с помощью команды AT+CIFSR, которая вернет нам IP адрес.

7. После этого нам необходимо задействовать режим мультиплексирования с помощью команды AT+CIPMUX=1 (1 для соединения с мультиплексированием и 0 для одиночного соединения).

8. Теперь сконфигурируем ESP8266 как сервер с помощью команды AT+CIPSERVER=1,port_no (port может быть 80). Теперь наш Wi-Fi готов. В представленной команде ‘1’ используется для создания сервера и ‘0’ для удаления сервера.

9. Теперь с помощью соответствующих команд можно передавать данные на созданный локальный сервер:AT+CIPSEND =id, length of data
Id = ID no. of transmit connection (номер соединения)
Length = Max length of data is 2 kb (максимальная длина данный 2 Кбайта).

10. После передачи ID (номера, идентификатора) и Length (длины данных) на сервер мы можем передавать данные, к примеру: Serial.println(“[email protected]”);

11. После передачи данных нам необходимо закрыть соединение с помощью команды:AT+CIPCLOSE=0
После этого данные будет переданы на локальный сервер.

12. Теперь вы можете набрать IP адрес в строке адреса вашего браузера и нажать Enter. После этого вы увидите переданные данные на веб-странице.

Все описанные шаги можно более наглядно посмотреть в видео в конце статьи.

Пример Arduino: мигалка

Чтобы убедиться, что ядро ESP8266 Arduino и NodeMCU правильно настроены, мы загрузим самый простой скетч – The Blink!

Для этого теста мы будем использовать встроенный светодиод. Как упоминалось ранее в этом руководстве, вывод платы D0 подключен к встроенному синему светодиоду и программируется пользователем. Отлично!

Прежде чем мы перейдем к загрузке скетча и игре со светодиодом, мы должны убедиться, что в Arduino IDE выбрана правильная плата. Откройте Arduino IDE и выберите пункт NodeMCU 0.9 (ESP-12 Module) в меню Инструменты → Плата.

Рисунок 9 – Выбор отладочного модуля NodeMCU в Arduino IDE

Теперь подключите ESP8266 NodeMCU к компьютеру через USB-кабель micro-B. Как только плата будет подключена, ей должен быть назначен уникальный COM-порт. На компьютерах с Windows это будет что-то вроде COM#, а на компьютерах Mac/Linux он будет в виде /dev/tty.usbserial-XXXXXX. Выберите этот последовательный порт в меню Инструменты → Порт. Также выберите скорость загрузки: 115200

Рисунок 10 – Выбор COM порта в Arduino IDE

Предупреждение

Уделите больше внимания выбору платы, выбору COM порта и скорости загрузки. В случае некорректных настроек при загрузке новых скетчей вы можете получить ошибку espcomm_upload_mem.

После выполнения всех настроек попробуйте пример скетча, приведенного ниже.

После загрузки кода светодиод начнет мигать. Возможно, чтобы ваш ESP8266 начал работать со скетчем, вам придется нажать кнопку RST.

Рисунок 11 – Рабта тестового скетча Blink на ESP8266 NodeMCU

Основы технологии Wi-Fi

Протокол управления передачей (Transfer Control Protocol, TCP), интернет-протокол (Internet Protocol, IP), протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP), точка доступа (Access Point, AP), станция (Station, Sta), идентификатор набора служб (Service Set Identifier, SSID), интерфейс прикладного программирования (Application Programming Interface, API), веб-сервер (Webserver). Знакомы ли вам эти термины? Если да, то можете пропустить данный раздел статьи и переходить сразу к следующему ее разделу. Если же нет – то желательно все же кратко познакомиться с этими терминами в данном разделе статьи.

Протокол управления передачей (TCP)

Протокол транспортного управления стека протоколов TCP/IP. Фактически, это набор правил, на основе которых работает Интернет. Wi-Fi – это технология, описывающая 1-й и 2-й уровни эталонной семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС), а чтобы выходить в сеть Интернет данная технология на более высоких уровнях ЭМ ВОС использует протокол IP (3-й уровень) и протоколы TCP или UDP на 4-м уровне. Вы можете настроить свой модуль ESP для работы по протоколу TCP/IP или протоколу UDP.

Протокол пользовательских дейтаграмм (UDP)

UDP также является еще одним типом интернет-протокола. Он обеспечивает более высокие скорости передачи данных чем TCP, но он менее точен (совершает больше ошибок при передаче). Причина в том, что протокол TCP использует подтверждение во время сеанса связи, а UDP – нет. TCP, в основном, используется в сетях, где требуется высокая надежность. UDP используется в местах, где скорость имеет более высокий приоритет, чем надежность. Например, UDP используется в видеоконференциях, потому что там, даже если некоторые пиксели не передаются (или передаются неправильно), то это не сильно повлияет на качество видео, но скорость соединения в видеоконференциях очень важна.

Большинство проектов и кодов ESP8266 работают по протоколам TCP/IP, протокол UDP используется значительно реже.

Точка доступа (AP) и станция (STA)

Как только вы начнете работать с модулем ESP, вы будете часто сталкиваться с этими двумя терминами. Допустим, вы и ваш друг хотели бы пользоваться Интернетом на своих смартфонах, но, поскольку у него нет активного подключения к Интернету, вы решаете включить свою точку доступа, и ваш друг подключается к ней и через нее получает доступ в сеть Интернет. Здесь ваш телефон, который обеспечивает подключение к Интернету, является точкой доступа (AP), а телефон вашего друга, который использует Интернет, называется станцией (STA).

Модуль ESP8266 может использоваться в трех режимах: режиме AP (точки доступа), режиме STA (станции) или как в режиме STA, так и в режиме AP (комбинированном).

Идентификатор набора служб/услуг (SSID)

Это достаточно простой термин. Наверняка все из вас пользовались Wi-Fi связью. Имя сети Wi-Fi называется ее SSID. Когда у нас есть несколько точек доступа для подключения станции, станция должна знать, к какой точке доступа она должна подключиться, поэтому каждой точке доступа (AP) присваивается идентификатор, который называется SSID.

Интерфейс прикладного программирования (API)

Проще говоря, API – это мессенджер, который принимает ваши запросы, обрабатывает их и возвращает вашей системе желаемый результат. Большинство действий, которые мы выполняем в сети Интернет, использует API, например, когда вы бронируете рейс, совершаете онлайн-покупку и т.д. Каждый веб-сайт связывает вас с API, где для вас выполняется определенная часть работы, такая как регистрация, оплата и т. д.

Микроконтроллер ESP8266 использует API для общения с миром Интернета. Например, если он хочет узнать время, погоду или что-то еще, то он должен запросить это в форме API на соответствующем веб-сайте. Этот веб-сайт получит запрос и вернет желаемый результат нашему модулю ESP.

Веб-сервер

Веб-сервер – это то, что отвечает за отображение содержимого веб-сайта. Все содержимое этого конкретного веб-сайта будет загружено на его веб-сервер. Существуют выделенные компьютеры, работа которых заключается только в том, чтобы выполнять функции веб-сервера. Мы также можем запрограммировать наш ESP8266 для работы в качестве веб-сервера и подключиться к нему из любой точки мира.