Более дешевый ESP8266 WiFi Shield для Arduino и других микросхем: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Обновление: 29 октября 2020 г

Протестировано с библиотекой плат ESP8266 V2.7.4 - работает

Обновление: 23 сентября 2016 г

Не используйте библиотеку плат Arduino ESP V2.3.0 для этого проекта. V2.2.0 работает

Обновление: 19 мая 2016 г

В версии 14 этого проекта обновлены библиотеки и код для работы с подключаемым модулем ESP8266.com IDE V2.2.

Обновление: 17 декабря 2105 г

11-я версия этого проекта очищает другие попытки подключения, если они уже подключены. Также использует тайм-аут, установленный веб-конфигурацией. В версии 10 параметр тайм-аута игнорировался.

Обновление: 11 ноября 2015 г

Это Rev 10 этого проекта. В Rev 10 используется неблокирующая библиотека Wi-Fi, pfodESP8266WiFi, которая обеспечивает более высокую пропускную способность, особенно для клиентов Windows. Он также позволяет настраивать скорость последовательной передачи данных на веб-странице.

Обновление: 23 октября 2015 г

Это Rev 8 этого проекта. В версии 8 улучшен код ESP8266, который стал более надежным. ПРИМЕЧАНИЕ. Каждый отправленный пакет останавливает этот код до тех пор, пока получатель (клиент) не подтвердит получение пакета. Это может занять от 10 мс до 200 мс. В это время входящие последовательные данные от UART не обрабатываются. Входящий последовательный буфер может содержать 256 байтов. При 9600 бод для заполнения буфера требуется около 270 мс, поэтому, пока вы поддерживаете скорость последовательной передачи на уровне 9600 или меньше, вы не должны терять исходящие данные, пока ESP8266 отправляет предыдущий пакет. Это при условии, что у вас хорошее соединение Wi-Fi. Если соединение Wi-Fi плохое, пакет может быть потерян и его придется повторно передать ESP826, тогда буфер входящего последовательного порта может заполниться, если вы пытаетесь отправить много данных, и некоторые из ваших данных могут быть потеряны.

Обновление: 20 сентября 2015 г

Это 3-я редакция этого проекта. Версия 3 добавляет параметр тайм-аута подключения к конфигурации веб-страницы. Если в это время нет отправки или получения данных, WiFi Shield закрывает соединение и ожидает нового. Это гарантирует, что WiFi Shield восстанавливается после «полузакрытых» соединений, которые произошли после того, как клиент просто исчез из-за плохого Wi-Fi-соединения, потери питания на маршрутизаторе или принудительного выключения клиента. Дополнительные сведения см. В разделе «Обнаружение полуоткрытых (разорванных) соединений сокетов TCP / IP».

Это время ожидания соединения по умолчанию составляет 15 секунд. но при необходимости можно изменить. Установка его в 0 означает, что тайм-аут никогда не истечет. При использовании pfodDesigner установите время обновления меню меньше, чем время ожидания соединения.

Вступление

Это версия 11 ESP8266-01 WiFi Shield и является альтернативой Cheap / Simple Wifi Shield для Arduino и других микросхем. Если вы создаете только один Wifi Shield, то дешевый / простой Wifi Shield для Arduino и других микросхем - это проект, который нужно использовать, поскольку его проще всего подключить. Однако, если у вас уже есть модуль ESP8266-01, вы можете использовать эти инструкции, чтобы использовать WiFi Shield.

Если у вас есть один из других голых модулей ESP8266, при условии, что модуль имеет GPIO0 и GPIO2, вы можете использовать эти инструкции. Если модуль делает GPIO15 доступным, ВЫ ДОЛЖНЫ подключить его к GND через резистор со значением от 3 кОм до 10 кОм

Rev 10 не требует дополнительных входов / выходов на плате Arduino, кроме TX / RX, питания 5 В и GND. Версия 10 использует GPIO0 и GPIO2 в качестве ConfigLink, как описано на этой странице, ESP8266-01 Pin Magic. Кроме того, наброски кода, используемые в Rev10, теперь точно такие же, как в Cheap / Simple Wifi Shield для Arduino и других микросхем. Он также заменяет дочернюю плату источника питания 5–3 В на 3 дискретных компонента и использует цепь резисторов для пяти резисторов 3K3. Первая версия Rev 1 здесь.

Эти инструкции также доступны на сайте www.pfod.com.au.

Функции

• Использует недорогой и доступный модуль ESP8266-01: - Также можно использовать другие модули ESP8266.
• Простота использования: - Экран, совместимый с 5 В и 3,3 В, действует как мост от UART к WiFi. Он настраивает сервер на IP-адрес и порт, которые вы настраиваете, и после подключения просто передает данные в и из последовательного соединения. В соединительном микроконтроллере не требуются библиотеки, только последовательное (UART) соединение, поэтому его можно использовать для любого микропроцессора, имеющего последовательный порт. Его также можно изменить, чтобы настроить подключение клиента (с дополнительным входом в систему) к удаленному серверу.
• Просто настроить: - Замыкание канала и включение щита переводит его в режим настройки. В этом режиме он создает безопасную точку доступа, к которой вы можете подключиться через свой мобильный телефон или компьютер. Затем при открытии https://10.1.1.1 открывается веб-страница, на которой вы можете настроить имя и пароль вашей сети, а также IP-адрес и номер порта, по которому экран должен прослушивать соединения. Веб-страница конфигурации использует проверку HTML5 для проверки настроек пользователя.

Шаг 1: Список деталей

Для этого ESP8266-01 WiFi Shield требуются следующие детали или аналогичные. Цены указаны по состоянию на 30 августа 2015 года и не включают стоимость доставки: -

• Модуль WiFi ESP8266-01 - ~ 2,50 доллара США онлайн (рискните) ИЛИ для надежного продукта SparkFun или Adafruit ESP8266-01 - 6,95 доллара США
• Uno Protoshield - 1,88 доллара США (или ProtoShield Basic для Arduino от Jaycar AU 4,95 доллара США)
• 36-контактный разъем Element14 - 0,95 доллара США (или 4 беспаечных разъема - 10-контактный прямой от SparkFun 1,50 доллара США или клеммная колодка с 40-контактным разъемом от Jaycar AU 0,95 доллара США)
• LD1117V33 Регулятор 3,3 В Element14 - 0,67 доллара США
• 1 шт. 1N5819 элемент диода Шоттки14 - 0,16 доллара США (или 0,80 австралийских долларов Jaycar) (подойдет любой диод Шоттки)

• BOURNS 4606X-101-332LF RESISTOR NETWORK, 3K3 - 0,27 доллара США (эти подтягивающие резисторы могут иметь любое значение в диапазоне от 3K3 до 10K), вы также можете просто использовать 5 дискретных резисторов 3K3 вместо, как в Rev 1, например, Резисторы 3K3 - Digikey - 0,52 доллара США (или металлопленочные резисторы 3K3ohm 1/2 Вт, 1% - Pk.8 от Jaycar AU 0,55 доллара США)

• 1 резистор 330R Element14 0,05 доллара США ИЛИ резистор Sparkfun 330 Ом 1/6 Вт PTH - 20 шт. В упаковке 0,95 доллара США (или 330 Ом 1/2 Вт 1% металлопленочные резисторы - Pk.8 от Jaycar AU 0,55 доллара США)
• 1 конденсатор Element14 емкостью 0,1 мкФ - 0,21 доллара США ИЛИ Sparkfun 0,25 доллара США
• 1 конденсатор Element14 емкостью 10 мкФ - 0,11 доллара США ИЛИ Sparkfun 0,45 доллара США

Общая стоимость ~ 6,80 долларов США + доставка (по состоянию на август 2015 г.) ИЛИ ~ 11,25 долларов США с использованием модуля Sparkfun или Adafruit ESP8266-01

Чтобы запрограммировать экран с помощью кнопки конфигурации и программы моста UART-WiFi, вам также понадобится кабель USB-Serial. Здесь используется последовательный кабель SparkFun с USB на TTL (9,95 долларов США), потому что он имеет красиво маркированные концы и поддерживает драйверы для широкого спектра ОС, но вы также можете использовать последовательный кабель Adafruit с USB на TTL - кабель отладки / консоли для Raspberry Pi, который такая же цена.

Стоимость одного Wi-Fi Shield, включая кабель для программирования, составляет ~ 16,75 долларов США. Быстрый поиск обнаруживает, что Arduino WiFi Shield стоит от 30 до 70 долларов США. Таким образом, даже с учетом единовременной стоимости кабеля для программирования, этот экран дешевле, чем другие доступные экраны, а также его гораздо проще настроить и использовать.

Шаг 2: Строительство

На схеме выше (ESP8266_01_WiFi_Shield_R2.pdf) показано расположение частей, необходимых для этого экрана. Компонентов всего шесть, помимо модуля ESP8266-01.

Диод 1N5819 защищает вход RX ESP8266-01 от выходов 5V микропроцессора. Резистор 330 Ом (R6) обеспечивает защиту от короткого замыкания выхода ESP8266-01 TX, если D1 микропроцессора случайно станет выходом. Требуется какое-то питание 3V3. Вывод 3V3 Arduino UNO недостаточно силен для питания модуля ESP2866. Здесь используется трехконтактный регулятор LD1117V33 от 5V до 3.3V. Конденсатор 10 мкФ необходим для стабилизации стабилизатора LD1117V33, поэтому он устанавливается как можно ближе к выходу регулятора.

Вот вид сверху и снизу готовой доски.

Верх платы выглядит чистым. Нижняя часть доски - это что-то вроде крысиного гнезда.

Не забудьте внимательно проверить проводку, когда закончите, особенно проводку к контактам ESP8266-01 и трехконтактного регулятора LD1117V33. Если перевернуть кабель снизу, его легко подключить не к тому контакту. Регулятор установлен в перевернутом положении, чтобы металлический язычок, который электрически соединен с выходным контактом, находился в стороне от контактов платы.

Шаг 3: Программирование WiFi Shield

WiFi Shield необходимо запрограммировать один раз, только и никогда больше, с конфигурацией веб-страницы и кодом Serial to WiFi Bridge.

Чтобы запрограммировать щит, следуйте инструкциям на https://github.com/esp8266/arduino в разделе «Установка с помощью Boards Manager». При открытии Boards Manager из меню Tools → Board выберите Type Contributed и установите платформу esp8266. Этот проект был скомпилирован с использованием ESP8266 версии 1.6.4-673-g8cd3697. Более поздние версии будут лучше, но могут иметь свои ошибки, поскольку платформа быстро развивается.

Закройте и снова откройте Arduino IDE, и теперь вы можете выбрать «Generic ESP8266 Module» в меню «Инструменты» → «Плата».

Вам также необходимо установить последнюю версию pfodESP2866BufferedClient.zip. Эта библиотека работает с подключаемым модулем ESP8266.com IDE V2.2. Если вы ранее установили библиотеку pfodESP2866WiFi, полностью удалите этот каталог библиотеки.

1. Загрузите этот файл pfodESP2866BufferedClient.zip на свой компьютер, переместите его на рабочий стол или в другую папку, которую вы легко найдете
2. Затем используйте пункт меню IDE Arduino 1.6.5 Sketch → Import Library → Add Library, чтобы установить его. (Если Arduino не позволяет вам установить его, потому что библиотека уже существует, найдите и удалите старую папку pfodESP8266BufferedClient, а затем импортируйте ее)
3. Остановите и перезапустите Arduino IDE и в разделе File-> Examples вы должны увидеть pfodESP8266BufferedClient.

Установка пароля точки доступа к конфигурации

После того, как вы установили библиотеку pfodESP8266BufferedClient, откройте IDE Arduino и скопируйте этот скетч, ESP8266_WifiShield.ino, в IDE. Перед тем, как запрограммировать шилд, вам необходимо установить собственный пароль для точки доступа к конфигурации.

В режиме настройки WiFi Shield устанавливает безопасную точку доступа под названием pfodWifiWebConfig с паролем, содержащимся в QR-коде, прикрепленном к шилду. Это безопасное соединение не позволяет никому прослушивать ваше соединение, пока вы устанавливаете ssid и пароль своей реальной сети. Вы должны создать свой собственный пароль для своих щитов. Здесь доступна Java-программа SecretKeyGenerator, которая генерирует случайные 128-битные ключи и записывает файлы QR.png. Другой альтернативой является использование QR Droid Private (из Google Play) для создания QR-кода для выбранного вами пароля.

В любом случае вам нужно обновить #define в верхней части эскиза своим собственным паролем.

// =============== начало настроек pfodWifiWebConfig ==============

// обновить это определение паролем из вашего QR-кода //https://www.forward.com.au/pfod/secureChallengeResponse/keyGenerator/index.html #define pfodWifiWebConfigPASSWORD "b0Ux9akSiwKkwCtcnjTnpWp"

Вы также можете установить собственное имя точки доступа для конфигурации, если хотите.

Программирование щита

Чтобы запрограммировать экран, снимите его с платы Arduino, закоротите FLASH_LINK (здесь показано синей перемычкой в середине платы) и подключите кабель USB к последовательному порту, как показано на фотографии. Проверьте фото и вашу проводку.

Вывод RX подключается к D0, а вывод TX подключается к D1. VCC (+ 5V) подключается к выводу 5V, а GND подключается к выводу GND на экране. Замкните FLASH_LINK, как показано выше. Фотография выше предназначена для кабеля SparkFun USB-Serial. Если вы используете кабель Adafruit, на нем нет маркировки клемм, но он имеет цветовую маркировку: красный - питание, черный - заземление, зеленый - TX, а белый - RX.

Тщательно проверьте соединения VCC и GND, так как источник питания USB легко закоротить, если один контакт отключен

Затем подключите USB-кабель к компьютеру, чтобы включить ESP8266-01 в режиме программирования. Выберите его COM-порт в меню Инструменты → Порт. Оставьте частоту процессора, размер флэш-памяти и скорость загрузки по умолчанию.

Затем выберите Файл → Загрузить или используйте кнопку со стрелкой вправо, чтобы скомпилировать и загрузить программу. Загружены два файла. Если вы получаете сообщение об ошибке при загрузке, проверьте, правильно ли подключены ваши кабельные соединения, и повторите попытку. После завершения программирования удалите перемычку из FLASH_LINK.

Прикрепление QR-кода конфигурации

Вам понадобится уникальный пароль точки доступа для конфигурации каждый раз, когда вам потребуется настроить экран, поэтому его удобно прикрепить в виде QR-кода к экрану (или его корпусу). Вот файл презентации Open Office, который использовался для распечатки QR-кода и сведений о подключении для этого проекта. Замените QR-код и текст пароля на свой уникальный, чтобы завершить щит.

Шаг 4: Настройка WiFi Shield

Любой экран WiFi должен быть настроен с использованием имени сети и пароля локальной сети. Ему также необходимо указать IP-адрес и номер порта для прослушивания соединений. Все остальные WiFi-экраны имеют IP-адрес и порт, жестко не запрограммированные в эскизе, и либо жестко запрограммируйте имя сети и пароль, либо используйте проприетарный метод с проприетарными приложениями для подключения к локальной сети. Это очень ограничительно, когда у вас есть несколько устройств в развивающейся среде. Этот WiFi Shield использует метод веб-страницы с открытым исходным кодом для настройки сетевого имени и пароля, а также IP-адреса и номера порта.

ESP8266-01 имеет очень ограниченное количество доступных выходов, только GPIO0 и GPIO2. В этой конструкции после включения код в ESP2866-01 проверяет, заземлен ли GPIO2, и, если да, устанавливает ESP8266-01 в режим конфигурации. Однако заземление входа GPIO2 должно быть отложено до тех пор, пока ESP8266-01 не завершит включение. Если GPIO2 заземлен при включении питания, модуль ESP8266-01 не запускается нормально. Эта задержка заземления GPIO2 достигается за счет использования GPIO0 в качестве земли. После запуска ESP8266-01 код setup () делает GPIO0 выходом и устанавливает его НИЗКИЙ. Затем это приведет к заземлению GPIO2, если CONFIG_LINK был закорочен.

Первая версия этого проекта (Rev 1) использовала дополнительный цифровой ввод-вывод Arduino для этого заземления, что требовало дополнительного кода в эскизе Arduino. Версия 2+ устраняет необходимость в каком-либо дополнительном коде в эскизе Arduino, кроме короткой задержки в верхней части setup (), чтобы игнорировать вывод отладки ESP8266.

Чтобы проверить настройку ESP8266-01 WiFi Shield, просто подключите его к плате Arduino, закоротите CONFIG_LINK (синяя перемычка в левой части изображения) и подайте питание на плату Arduino.

В этом режиме конфигурации модуль ESP8266 устанавливает безопасную точку доступа с именем pfodWifiWebConfig. Эта точка доступа появится на вашем мобильном телефоне и на вашем компьютере. Чтобы подключиться к этой точке доступа, вам нужно будет ввести уникальный пароль для вашего щита. Вы можете ввести пароль вручную, но проще и надежнее сканировать QR-код, который вы ранее прикрепили к своему щиту, с помощью приложения QR-сканера, такого как QR Droid Private.

Затем скопируйте и вставьте пароль в экран настроек Wi-Fi вашего мобильного телефона, чтобы подключить его к точке доступа конфигурации.

Затем откройте веб-браузер и введите URL-адрес https://10.1.1.1. Это вернет веб-страницу конфигурации.

WiFi Shield автоматически подставляет в сетевой SSID локальную сеть с наилучшим уровнем сигнала. Обычно это именно то, что вам нужно. Если не просто перезапишите эту запись. Вы должны ввести сетевой SSID, пароль и номер порта. Поле IP-адреса необязательно. Если вы оставите это поле пустым, WiFi Shield будет использовать DHCP для получения своего IP-адреса в вашей локальной сети. Часто бывает проще указать конкретный IP-адрес, чтобы вы могли легко подключиться к этому шилду.

Версия 10 также позволяет вам настроить скорость передачи последовательного интерфейса для этого экрана. По умолчанию 19200, но в приведенных здесь примерах используется 9600, поэтому измените скорость передачи на 9600

Если ваш браузер поддерживает HTML5, веб-страница будет проверять ввод перед его отправкой.

Когда вы нажмете кнопку «Настроить», WiFi Shield обработает результаты и сохранит их в EEPROM, а затем отобразит страницу ответа, подобную приведенной выше, с сообщением о необходимости выключить и снова включить питание для подключения к вашей сети.

Шаг 5. Использование WiFi Shield

В законченном проекте вы должны установить кнопку мгновенного действия на внешней стороне окна вашего проекта, подключенную к CONFIG_LINK, и проинструктировать пользователя нажать кнопку, а затем включить устройство, чтобы перейти в режим конфигурации. Код, который вы загрузили в ESP8266-01, также управляет НИЗКИМ уровнем вывода GPIO0 ESP8266, когда модуль находится в режиме конфигурации, поэтому вы можете подключить резистор 270 Ом и светодиод между шиной 3,3 В и GPIO0 и установить светодиод снаружи коробки., чтобы указать пользователю, что он находится в режиме конфигурации.

Версия 10 также позволяет вам настроить скорость передачи последовательного интерфейса для этого экрана. По умолчанию 19200, но в приведенных здесь примерах используется 9600, поэтому измените скорость передачи на 9600 на странице конфигурации выше

Как упоминалось выше, для любого скетча, который вы загружаете в свой Arduino или другой микропроцессор, требуется небольшая задержка, чтобы пропустить вывод отладки из модуля ESP8266. Помимо этого, для получения и отправки данных через Wi-Fi из вашего скетча вы просто читаете и записываете в свой последовательный порт (подключенный к D0, D1) со скоростью 9600 бод. Поэтому, чтобы игнорировать отладочные данные ESP8266, добавьте небольшую задержку в верхней части метода setup ().

void setup () {

задержка (1000); // подождите здесь секунду, чтобы ESP8266 завершил включение // это также пропускает вывод отладки WiFi Shield при включении // перед запуском последовательного соединения. …. другой код установки здесь

В приведенном здесь примере используется Arduino UNO, но вы можете использовать любой микропроцессор на базе 5 В или 3,3 В, который имеет UART. Если вы используете микропроцессор 3,3 В, вам нужно будет подать 5 В на блок питания WiFi Shield. Эти 5 В также будут подключены к выводу 5 В экрана, поэтому вам необходимо убедиться, что это приемлемо для микроконтроллера, к которому вы подключаете экран.

В качестве теста этого экрана pfodApp использовался для включения и выключения светодиода Uno через Wi-Fi. Сначала pfodDesigner использовался для разработки простого меню.

ПРИМЕЧАНИЕ: последняя версия pfodApp отправляет сообщения keepAlive, чтобы защита Wi-Fi не срабатывала по тайм-ауту.

Затем был сгенерирован код для последовательного соединения со скоростью 9600 бод и файл был передан на ПК, используя передачу файлов по Wi-Fi.

В setup () скетча не нужно было добавлять задержку (1000), потому что синтаксический анализатор pfod игнорирует любые символы вне {}, но он был включен, потому что это рекомендуется для этой платы WiFi.

Полный набросок ESP8266_UnoLedControl.ino находится здесь. Обратите внимание, что нет специального кода WiFi, скетч просто читает и записывает на последовательный вывод.

Удалите WiFi Shield, выберите Tools → Board → Uno в Arduino IDE и запрограммируйте этот скетч в UNO. ПРИМЕЧАНИЕ: вы должны удалить экран WiFi, чтобы запрограммировать UNO, потому что USB подключен к контактам TX / RX UNO.

Снова подключите WiFi Shield, он автоматически подключится к вашей локальной сети и запустит сервер на настроенном вами порту. В pfodApp вы можете настроить соединение для этого устройства. Подробности см. В pfodAppForAndroidGettingStarted.pdf.

Затем подключитесь, чтобы включить и выключить светодиод Uno со своего мобильного телефона Android через Wi-Fi.

Готово !!

Шаг 6. Расширения для WiFi Shield и выводы

Добавление поддержки клиентов

Как показано здесь, экран WiFi можно настроить для работы в качестве сервера, прослушивающего указанный IP-адрес и номер порта. Однако pfodWifiConfig также обеспечивает поддержку для хранения и получения настроек клиента, а также настроек сервера. Таким образом, добавив эти поля на веб-страницу конфигурации и сохранив / загрузив значения клиента, вы также можете использовать этот WiFi Shield для подключения к удаленному серверу с помощью имени пользователя и пароля клиента и загрузки туда данных.

Добавление внешней кнопки настройки и светодиода

Как упоминалось выше, в реальном приложении вы должны установить кнопку мгновенного действия за пределами окна вашего проекта, подключенного к CONFIG_LINK, и проинструктировать пользователя нажать кнопку, а затем включить устройство, чтобы перейти в режим конфигурации. Код, который вы загрузили в ESP8266-01, управляет выводом GPIO0 LOW, когда модуль находится в режиме конфигурации, поэтому вы можете подключить резистор 270 Ом и светодиод между шиной 3,3 В и GPIO0 и установить светодиод снаружи коробки, чтобы указать пользователю, что он находится в режиме конфигурации.

Заключение

В этой версии 2 ESP8266-01 WiFi Shield используется дешевый и доступный модуль ESP8266-01. Также можно использовать другие модули ESP8266.

После того, как вы запрограммировали, вам больше не нужно программировать его снова, чтобы установить или изменить настройки сети. Все они могут быть настроены через веб-страницу в безопасной временной сети Wi-Fi.

Он легко взаимодействует с любым микропроцессором, имеющим UART и работающим с микропроцессорами как на 5 В, так и на 3,3 В.

Для подключения к этому щиту библиотеки не требуются. Он работает как простой мост Serial to WiFi.