06.10.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~25 мин.

ESP8266 и Arduino, подключение, распиновка

Tutorial

Привет geektimes. Тема ESP8266, как и IoT(интернет вещей), всё больше набирает популярности, и уже Arduino подхватывает инициативу — добавляя эти Wi-Fi модули в список поддерживаемых плат. Но как же его подключить к ардуино? И возможно как-то обойтись вообще без ардуино? Сегодня именно об этом и пойдёт речь в этой статье. Забегая наперёд, скажу, что будет вторая статья, уже более практическая, по теме прошивки и программирования модуля ESP8266 в среде разработки Arduino IDE. Но, обо всём по порядку. Этот видеоролик, полностью дублирует материал, представленный в статье. На данный момент, существует много разновидностей этого модуля, вот некоторые из них: А вот распиновка ESP01, ESP03, ESP12: * Данную картинку можно посмотреть в хорошем качестве на офф. сайте pighixxx.com. Лично мне, больше всего нравится версия ESP07. Как минимум за то, что тут есть металлический экран (он защищает микросхемы от внешних наводок, тем самым обеспечивает более стабильную работу), своя керамическая антенна, разъём для внешней антенны. Получается, подключив к нему внешнюю антенну, например типа биквадрат, то можно добиться неплохой дальности. К тому же, тут есть немало портов ввода вывода, так называемых GPIO(General Purpose Input Output — порты ввода-вывода общего назначения), по аналогии с ардуино — пинов. Давайте вернёмся к нашим ~~баранам~~ Wi-Fi модулям и Arduino. В этой статье, я буду рассматривать подключение ESP8266(модели ESP01) к Arduino Nano V3. Но, данная информация будет актуальна для большинства модулей ESP8266 и так же разных Arduino плат, например самой популярной Arduino UNO. Пару слов по ножкам ESP01: Vcc и GND(на картинке выше это 8 и 1) — питание, на ножку Vcc можно подавать, судя по документации, от 3 до 3.6 В, а GND — земля (минус питания). Я видел, как один человек подключал этот модуль к двум AA аккумуляторам (напряжение питания в этом случае было примерно 2.7 В) и модуль был работоспособным. Но всё же разработчики указали диапазон напряжений, в котором модуль должен гарантированно работать, если вы используете другой — ваши проблемы.Внимание! Этот модуль основан на 3.3 В логике, а Arduino в основном — 5 В логика. 5 В запросто могут вывести из строя ESP8266, потому на него нужно отдельно от ардуино подавать питание. — На моей ардуинке есть ножка, где написано 3.3 В, почему бы не использовать её? Наверное подумаете вы. Дело в том, что ESP8266 довольно таки прожорливый модуль, и в пиках может потреблять токи до 200 мА, и почти никакая ардуинка по умолчанию не способна выдать такой ток, разве что исключением является Arduino Due, у которой ток по линии 3.3 В может достигать 800 мА, чего с запасом хватит, в других же случаях советую использовать дополнительный стабилизатор на 3.3 В, например AMS1117 3.3 В. Таких валом как в Китае, так и у нас. Ножка RST 6 — предназначена «железной» для перезагрузки модуля, кратковременно подав на неё низкий логический уровень, модуль перезагрузиться. Хоть и на видео я этим пренебрёг, но всё же вам советую «прижимать» данную ногу резистором на 10 кОм к плюсу питания, дабы добиться лучшей стабильности в работе модуля, а то у меня перезагружался от малейших наводок. Ножка CP_PD 4(или по-другому EN) — служит, опять же, для «железного» перевода модуля в энергосберегающий режим, в котором он потребляет очень маленький ток. Ну и снова — не будет лишним «прижать» эту ногу резистором на 10 кОм к плюсу питалова. На видео я тупо закоротил эту ногу на Vcc, потому как под рукой не оказалось такого резистора. Ноги RXD0 7 TXD0 2 — аппаратный UART, который используется для перепрошивки, но ведь никто не запрещает использовать эти порты как GPIO(GPIO3 и GPIO1 соотвественно). GPIO3 на картинке почему-то не размечен, но в даташите он есть: К стати, к ножке TXD0 2 подключен светодиод «Connect», и горит он при низком логическом уровне на GPIO1, ну или когда модуль отправляет что-то по UART.GPIO0 5 — может быть не только портом ввода/вывода, но и переводить модуль в режим программирования. Делается это подключив этот порт к низкому логическому уровню(«прижав» к GND) и подав питание на модуль. На видео я делаю это обычной кнопкой. После перепрошивки — не забудьте вытащить перемычку/отжать кнопку(кнопку во время перепрошивки держать не обязательно, модуль при включении переходит в режим программирования, и остаётся в нём до перезагрузки).GPIO2 3 — порт ввода/вывода. И ещё один немаловажный момент, каждый GPIO Wi-Fi модуля может безопасно выдавать ток до 6 мА, чтобы его не спалить, обязательно ставьте резисторы последовательно портам ввода/вывода на… Вспоминаем закон Ома R = U/I = 3.3В / 0.006 А = 550 Ом, то есть, на 560 Ом. Или же пренебрегайте этим, и потом удивляйтесь почему оно не работает. В ESP01 все GPIO поддерживают ШИМ, так что к нашим четырём GPIO, то есть GPIO0-3 можно подключить драйвер двигателя, аля L293 / L298 и рулить двумя двигателями, например катера, или же сделать RGB Wi-Fi приблуду. Да, да, данный модуль имеет на борту много чего, и для простеньких проектов ~~скрипач~~ Arduino не нужен, только для перепрошивки. А если использовать ESP07 то там вообще портов почти как у Uno, что даёт возможность уже уверенно обходиться без ардуино. Правда есть один неприятный момент, аналоговых портов у ESP01 вообще нет, а у ESP07 только один, ADC зовётся. Это конечно усугубляет работу с аналоговыми датчиками. В таком случае ~~ардуино~~ аналоговый мультиплексор в помощь. Всё вроде как по распиновке пояснил, и вот схема подключения ESP8266 к Arduino Nano: Видите на Arduino Nano перемычка на ножках RST и GND? Это нужно для того, чтобы ардуинка не мешала прошивке модуля, в случае подключения ESP8266 при помощи Arduino — обязательное условие. Так же если подключаете к Arduino — RX модуля должен идти к RX ардуинки, TX — TX. Это потому, что микросхема преобразователь уже подключена к ножкам ардуино в перекрестном порядке. Так же немаловажен резистивный делитель, состоящий из резисторов на 1 кОм и 2 кОм (можно сделать из двух резисторов на 1 кОм последовательно соединив их) по линии RX модуля. Потому как ардуино это 5 В логика а модуль 3.3. Получается примитивный преобразователь уровней. Он обязательно должен быть, потому что ноги RXD TXD модуля не толерантные к 5 В. Ну и можно вообще обойтись без ардуино, подключив ESP8266 через обычный USB-UART преобразователь. В случае подключения к ардуино, мы, по сути, используем штатный конвертер интерфейсов usb и uart, минуя мозги. Так зачем тратиться лишний раз, если можно обойтись и без ардуино вообще? Только в этом случае, мы подключаем RXD модуля к TXD конвертора, TXD — RXD. Если вам лениво заморачиваться с подключением, возится с резисторами и стабилизаторами — есть готовые решения NodeMcu: Тут всё значительно проще, воткнул кабель в компьютер, установил драйвера и программируй, только не забывай задействовать перемычку/кнопку на GPIO0 для перевода модуля в режим прошивки. Ну вот, с теорией наверное всё, статья получилась пожалуй довольно таки большая, и практическую часть, аля прошивка и программирование модуля, я опубликую немного позже. Я, у себя на ютуб канале, открыл целый плейлист посвящённый моим видео по теме этого Wi-Fi модуля. В планах построили машинку, или лодку, на Wi-Fi управлении, где вместо пульта ДУ будет обычный смарт. Но пока что я к этому ещё не пришёл, так что это всего лишь планы на будущее.Продолжение этой статьи. Даташиты на:ASM1117 3.3 B;ESP8266EX(микроконтроллер, что стоит в модуле); Ещё ссылки:Русскоязычное сообщество по ESP8266;Схемы рисовал в программе Fritzing;Почему многие не любят Arduino;Все мои публикации на geektimes. By Сергей ПоделкинЦ ака MrПоделкинЦ.P.S.Уже на подходе плата на базе esp32:http://www.pighixxx.com/test/2015/12/esp32-pinout/ Которая значительно круче чем esp8266, так что нас скоро ждёт бум, как мне кажется, темы IoT(интернет вещей).

Микросхема ESP8266 – один из самых популярных инструментов для организации беспроводной связи в проектах умного дома. С помощью беспроводного контроллера можно организовывать связь по интерфейсу WiFi, обеспечивая проектам Arduino выход в интернет и возможность дистанционного управления и сбора данных. На основе ESP8266 созданы такие популярные платы как WeMos и NodeMcu, а также огромное количество самодельных проектов. В этой статье, мы узнаем, что из себя представляет ESP82266, какие бывают ее разновидности, как работать с ESP8266 в среде Arduino IDE.

Описание ESP8266

ESP8266 – микроконтроллер с интерфейсом WiFi, который имеет возможность исполнять программы из флеш-памяти. Устройство было выпущено в 2014 году китайской фирмой Espressif и практически сразу же стало популярным.

Контроллер недорогой, обладает небольшим количеством внешних элементов и имеет следующие технические параметры:

Поддерживает Wi-Fi протоколы 802.11 b/g/n с WEP, WPA, WPA2;
Обладает 14 портами ввода и вывода, SPI, I2C, UART, 10-бит АЦП;
Поддерживает внешнюю память до 16 МБ;
Необходимое питание от 2,2 до 3,6 В, потребляемый ток до 300 мА в зависимости от выбранного режима.

Важной особенностью является отсутствие пользовательской энергонезависимой памяти на кристалле. Программа выполняется от внешней SPI ПЗУ при помощи динамической загрузки необходимых элементов программы. Доступ к внутренней периферии можно получить не из документации, а из API набора библиотек. Производителем указывается приблизительное количество ОЗУ – 50 кБ.

Особенности платы ESP8266:

Удобное подключение к компьютеру – через USB кабель, питание от него же;
Наличие встроенного преобразователя напряжения 3,3В;
Наличие 4 Мб флеш-памяти;
Встроенные кнопки для перезагрузки и перепрошивки;
Все порты выведены на плату на две гребенки с шагом 2,5 мм.

Сферы применения модуля ESP8266

Автоматизация;
Различные системы для умного дома: Беспроводное управление, беспроводные розетки, управление температурой, дополнение к сигнализационным системам;
Мобильная электроника;
ID метки;
Детские игрушки;
Mesh-сети.

Распиновка esp8266

Существует огромное количество разновидностей модуля ESP8266. На рисунке представлены некоторые из них. Наиболее популярным вариантом является ESP 01.

Исполнение программы требуется задавать состоянием портов GPIO0, GPIO2 и GPIO15, когда заканчивается подача питания. Можно выделить 2 важных режима – когда код исполняется из UART (GPIO0 = 0, GPIO2 = 1 и GPIO15 = 0) для перепрошивки флеш-карты и когда исполняется из внешней ПЗУ (GPIO0 = 1, GPIO2 = 1 и GPIO15 = 0) в штатном режиме.

Распиновка для ESP01 изображена на картинке.

Описание контактов:

1 – земля, 8 – питание. По документации напряжение подается до 3,6 В – это важно учесть при работе с Ардуино, на которую обычно подают 5 В.
6 – RST, нужна для перезагрузки микроконтроллера при подаче на него низкого логического уровня.
4 – CP_PD, также используется для перевода устройства в энергосберегающий режим.
7 и 0 – RXD0 и TXD0, это аппаратный UART, необходимый для перепрошивки модуля.
2 – TXD0, к этому контакту подключается светодиод, который загорается при низком логическом уровне на GPIO1 и при передаче данных по UART.
5 – GPIO0, порт ввода и вывода, также позволяет перевести устройство в режим программирования (при подключении порта к низкому логическому уровню и подачи напряжения) .
3 – GPIO2, порт ввода и вывода.

Распиновка ESP-12

Что такое Ардуино? Это свобода для изобретателя

Основные отличия Ардуино от ESP8266

ESP8266 имеет больший объем флеш-памяти, при этом у ESP8266 отсутствует энергонезависимая память;
Процессор ESP8266 быстрее, чем у Ардуино;
Наличие Wi-Fi у ESP8266;
ESP8266 потребляеn больше тока, чем для Ардуино;

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.

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:

ОБОРУДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ

Подключение USB-TTL к USB и к ESP.
Запуск Arduino IDE.
Выбрать в меню инструменты нужный порт, плату, частоту и размер flash-памяти.
Файл — Примеры — ESP8266WiFi — WiFiWebServer.
Записать в скетче SSID и пароль сети Wi-Fi.
Начать компиляцию и загрузку кода.
Дождаться окончания процесса прошивки, отсоединить GPIO0 от земли.
Поставить скорость 115200.
Произойдет подключение, будет записан адрес IP.
Открыть браузер, ввести в адресной строке номер IP/gpio/1
Посмотреть монитор порта, если к выходу GPIO2 подключен светодиод, он должен загореться.

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.

WeMos на базе esp8266

WeMos – еще один вид платформы, основанный на базе микроконтроллера esp8266. Соответственно, имеется Wi-Fi модуль, поддерживается Arduino IDE, имеется разъем для внешней антенны. Плата имеет 11 цифровых входов/выходов, которые (кроме D0) поддерживают interrupt/pwm/I2C/one-wire. Максимальное напряжение питания достигает 3,3 В. Также на платформе присутствует USB разъем. Аналоговый вход 1 с максимальным напряжением 3,2В.

Для работы с модулем нужно установить драйвер CH340 и настроить Ардуино IDE под ESP8266. Для этого нужно в меню настройки в строке «дополнительная ссылка для менеджера плат» добавить адрес http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json.

После этого требуется найти пакет esp8266 by ESP8266 и установить его. Затем нужно выбрать в меню инструменты микроконтроллер Wemos D1 R2 и записать нужный скетч.

Выводы по ESP8266

С помощью плат на основе микросхемы ESP8266 вы можете добавить в свои проекты возможности “большого интернета”, сделав их гораздо более интеллектуальными. Дистанционное управление, сбор и анализ данных на сервере, обработка голоса и работа с изображением – все это становится доступным, когда мы подключаем наш проект по WiFi к интернету. В следующих статьях мы подробно рассмотрим то, как можно программировать устройства на базе esp8266, а также уделим внимание таким популярным платам как WeMos и NodeMcu.

ESP8266 — китайский микроконтроллер (далее МК) от производителя Espressif с поддержкой WiFi-интерфейса. Часто этот МК позиционируют только как WiFi-модуль, который работает в связке с другими МК. Однако встроенных возможностей МК серии ESP достаточно для реализации большого количества проектов.

В большинстве случаев этот МК применяют в системах автоматизации быта и IoT (Internet of Things — Интернете вещей). Управлять всем этим можно не только с браузера, но и из приложений на Android/iOS/Desktop, хотя первый вариант имеет больше «кроссплатформенности», т. к. сейчас браузер есть почти на всём — от часов до телевизоров. Если МК будет применяться там, куда не достаёт WiFi-сеть, либо её там попросту и не должно быть (дачи, теплицы), то ESP8266 может работать в режиме точки доступа. У этого МК уже существует более мощный и продвинутый брат — ESP32.

Знакомимся с ESP32, часть 1: установка в Arduino IDE

Примечание В этой статье не будут рассмотрены практические примеры применения ESP8266. Речь пойдёт об основных преимуществах и возможностях этого МК.

У этого МК нет встроенной flash-памяти, поэтому он работает с внешней flash-памятью по интерфейсу SPI. В большинстве популярных версий МК её объём варьируется от 512 Кбайт до 4 Мбайт. При желании и умении микросхему памяти можно будет перепаять на версию до 32 Мбайт.

Разновидности МК серии ESP и их плат

Существует около полутора десятка версий МК серии ESP и огромное количество плат с ними. Рассмотрим самые популярные из них.

Микроконтроллеры

ESP-01

Микроконтроллер ESP-01. Источник

Считается самым популярным из серии. Имеет 8 разведённых контактов (VCC, GND, UTXD, URXD, CH_PD, GPIO0, GPIO2, GPIO6) и PCB-антенну (печатный проводник на самой плате). Из разведённых выводов тут присутствуют только 3 GPIO, но не стоит видеть в этом одни минусы. Если нужно будет управлять одним реле или получать данные с датчика температуры, вам не понадобятся все выводы МК, достаточно будет лишь пары. К тому же, существуют платы и шилды с возможностью простой коммутации именно к этой версии МК. Например такая:

Плата WiFi-реле. Источник

ESP-03

Плата ESP-03. Источник

Здесь появляется керамическая антенна. Она считается немного эффективней своего печатного собрата. Также на плате разведены все доступные выводы GPIO. В этой статье описана разница между типами антенн.

ESP-07

Плата ESP-07. Источник

В этой версии в глаза сразу бросается металлический экран (который перед этим появляется на ESP-06). На борту керамическая антенна и разъём для внешней антенны.

ESP-12

Разные варианты микроконтроллера ESP-12. Источник

В свою очередь, существует несколько вариантов этой версии: ESP-12S, ESP-12F, ESP-12E. Вторая и третья версии имеют на торце дополнительно 6 разведённых контактов.

Платы

WeMos D1 mini

Плата WeMos D1 mini. Источник

Имеет распайку девяти GPIO-контактов. На плате имеется небезызвестный мост CH34x (такие часто ставят на клоны Arduino). Установлен МК с 4 Мбайт flash-памяти. Недостаток для некоторых — придётся самому паять контакты на плату (идут в комплекте). Конструкционно совместима с различными выпускаемыми шилдами реле/датчиками.

NodeMCU v0.9/v1

Плата NodeMCU v0.9. Источник

Первое поколение плат серии NodeMCU. На ней распаяны все 11 GPIO-портов. Некоторые из них обладают дополнительными функциями (UART, I2C, SPI, PWM, ADC). Хотя на плате впаяны контакты, она занимает всю ширину беспаечной макетной платы, что затрудняет работу на ней. МК имеет 4 Мбайт flash-памяти. Также имеется мост CH340.

NodeMCU v3

Плата NodeMCU v3. Источник

Финальная версия платы этой серии. Существует и v2 «Amica», которая меньше по габаритам. v3 носит название «LoLin» и отличается от предыдущей версии только размерами и незначительными деталями (например дополнительной распайкой шины питания). Кроме традиционного моста CH340/CH341 на платы ставят чип CP2102, так что внимательней с выбором драйвера на них.

Характеристики

Все эти (и не только эти) микроконтроллеры выполнены на чипсете ESP8266EX, а следовательно, характеристики у них одинаковые:

Протоколы: 802.11 b/g/n/e/i.
Диапазон частот: 2.4 ГГц – 2.5 ГГц.
Процессорное ядро: Tensilica L106 32 разряда.
Диапазон напряжений питания: 2.5 В – 3.6 В.
Среднее потребление тока: 80 мA.
Режимы WiFi: Station/SoftAP/SoftAP+Station.
Безопасность: WPA/WPA2.
Шифрование: WEP/TKIP/AES.
Обновление прошивки: через UART, по радиоканалу (OTA — Other The Air).
Сетевые протоколы: IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP.
Поддержка WiFi Direct (P2P), P2P Discovery, P2P GO (Group Owner) mode, GC (Group Client) mode, P2P Power Management.
Встроенные аппаратные ускорители: CCMP (CBC-MAC, режим счётчика), TKIP (MIC, RC4), WAPI (SMS4), WEP (RC4), CRC.
Поддержка LUA-скриптов.

Как работать с ESP8266?

Есть два способа работы с ним: управление через AT-команды и автономная работа со своей прошивкой. В первом случае ESP8266 работает только в паре с другими МК, во втором — может работать независимо (хотя никто не запрещает присоединить её к другому МК).

Конференция C++ Russia 2020 Moscow

27–28 апреля, Москва и онлайн, 10 750–138 000 ₽

tproger.ruСобытия и курсы на tproger.ru

«Из коробки» МК поставляется с прошивкой для работы через AT-команды. Для этого ESP8266 подключается к любому другому МК по UART-интерфейсу. Для демонстрации работы AT-команд ESP8266 можно подключить к компьютеру через USB-UART переходник и запустить монитор последовательного порта (например из Arduino IDE). Про то, как работать с этими командами, можно прочитать в этой статье.

Прошивка

В большинстве случаев намного удобней прошивать МК и работать с ним со своей прошивкой. Однако тут тоже есть свои нюансы. Вот 3 варианта событий:

У вас «голый» ESP8266, например ESP-01. Вам потребуется USB-UART переходник, который нужно подключить к МК. Этот переходник обязательно должен быть на 3-вольтовой логике, т. к. иначе можно легко отправить ваш МК в кибер-Вальхаллу. Про процесс подключения можно прочитать здесь.
Второй случай идентичен первому, кроме того, что вместо переходника можно использовать любую плату Arduino. Достаточно специальным образом подключить ESP8266 к UART-контактам Arduino, а её саму «отключить», замкнув контакт аппаратного сброса (RESET) на землю. Естественно, питать ESP8266 нужно будет от шины питания 3.3 В. В этом случае в качестве переходника USB-UART будет выступать мост (чаще всего CH340) на самой плате Arduino. Этот процесс также описан в статье выше.
Лучший вариант — это плата с USB-UART мостом на борту (как NodeMCU, WeMos и прочие). В этом случае ничего дополнительного делать не нужно — просто подключайте плату через USB.

В чём прошивается?

Существует несколько софтов для прошивки МК. Например NodeMCU Flasher (которая подходит не только для плат NodeMCU) или ESPTool (необходим Python).

Однако в этой статье работа с МК и процесс прошивки будут рассмотрены в Arduino IDE.

Изначально среда Arduino IDE не предназначена для работы с МК серии ESP. Чтобы это исправить, идём в Файл → Настройки и в поле Дополнительные ссылки для Менеджера плат вставляем эту ссылку:

http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Потом открываем Инструменты → Плата → Менеджерплат и в открывшемся списке в самом низу находим плату «esp8266 by ESP8266 Community» (если с этим возникли трудности — используем поиск вверху окна). Устанавливаем последнюю версию платы (около 150 Мбайт).

После установки в списке плат появится немалое количество плат. Если не нашли свою плату или не знаете её названия — выбирайте Generic ESP8266 Module. Теперь можно выбрать свой МК в списке COM-портов.

Теперь что касается скорости передачи. У ESP8266 две скорости передачи: основная — её вы указываете при инициализации последовательного порта, и скорость, на которой передаётся отладочная информация. Она передаётся сразу после подачи питания на МК. Обычно это скорости 115200 бод и 74800 бод 0 соответственно.

Основы

Если вы не владеете базовыми знаниями работы с платформой Arduino, наверстать упущенное можно здесь:

Arduino: выбор платы, подключение и первая программаtproger.ru

После скачивания платы ESP8266 с помощью менеджера, в примерах появится большое количество скетчей. Рассмотрим один из них (Файл → Примеры → ESP8266WebServer → HelloServer):

#include <esp8n>   #include <wificlient> <esp8266webserver>      "........"; // Указываем имя существующей точки доступа  const char* password = "........"; // Указываем пароль существующей точки доступа    ESP8266WebServer server(80);    void handleRoot() { // Обработчик запроса клиента по корневому адресу    // Отправляем клиенту    server.send(200, "text/plain", "Привет от ESP8266!");  }    void handleNotFound() { // Обрабатываем небезызвестную ошибку 404    String message = "File Not Foundnn";    message += "URI: ";    message += server.uri();    message += "nMethod: ";    message += (server.method() == HTTP_GET) ? "GET" : "POST";    message += "nArguments: ";    message += server.args();    message += "n";    for (uint8_t i = 0; i < server.args(); i++) {      message += " " + server.argName(i) + ": " + server.arg(i) + "n";    }    server.send(404, "text/plain", message);  }    void setup(void) {    Serial.begin(115200);      WiFi.mode(WIFI_STA); // Устанавливаем Wi-Fi модуль в режим клиента (STA)    WiFi.begin(ssid, password); // Устанавливаем ssid и пароль от сети, подключаемся        while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { // Ожидаем подключения к Wi-Fi      delay(500);      Serial.print(".");    }        // Выводим информацию о подключении    Serial.println("");    Serial.print("Подключено к ");    Serial.println(ssid);    Serial.print("IP адрес: ");    Serial.println(WiFi.localIP());      // Устанавливаем обработчики. Можно сделать двумя способами:    server.on("/", handleRoot);      server.on("/inline", []() {      server.send(200, "text/plain", "Отличная работа!");    });      server.onNotFound(handleNotFound); // Вызывается, когда обработчик не назначен      // Запускаем сервер    server.begin();    Serial.println("HTTP-сервер запущен");  }    void loop(void) {    server.handleClient();  }  </esp8n>

Что делает этот скетч? МК подключается к вашей WiFi-сети и запускает сервер. В монитор последовательного порта выведется локальный IP-адрес (к примеру, 192.168.0.105). Вбиваем этот IP в адресную строку браузера, после чего в нём должна отобразиться строка «Привет от ESP8266!». Таким же образом можно проверить адрес /inline.

Ознакомиться с API МК можно в их официальном репозитории.

Распределение памяти

Как уже говорилось — встроенной памяти чипсет не имеет, а поэтому используется внешняя — от 512 Кбайт до 4 Мбайт. Эта память распределена на следующие разделы:

скетчи (память для прошивки);
файловая система SPIFFS;
OTA-Update (прошивка, переданная «по воздуху»);
EEPROM (да-да, её у МК тоже нет, поэтому она имитируется на flash-памяти);
конфигурация WiFi.

Файловая система SPIFFS

Во внешней flash-памяти явно есть свои «плюшки». Одна из них — файловая система. Как это ни странно, в неё можно с лёгкостью записать файлы (как на какой-нибудь накопитель). На аппаратном уровне это можно было бы реализовать подключив к МК модуль SD-карт. Однако это решение требует свободных портов (которых иногда может не быть). Поэтому SPIFFS является очень полезным в данном плане.

Для чего? На МК часто заливаются веб-странички, медиа-файлы и прочее. Если HTML-страницу в 20 строк ещё приемлемо хранить в коде, то что делать с большими сайтами? При каждом изменении менять в коде? А с изображениями как? Сериализовать (бывает и такое) и тоже вставлять в код? Вот в таких случаях и спасает файловая система.

Размер файловой системы (от 32 Кбайт до 15 Мбайт) зависит от самого объема flash-памяти и от конфигурации, выставленной в Инстурменты → Flash size. Например, конфигурация 4M (2M SPIFFS) предназначена для МК с общим объёмом flash-памяти 4 Мбайт, 2 Мбайт из которых будут выделены под файловую систему.

SPIFFS не работает с папками — она содержит только список файлов. Соответственно, если загрузить в неё папку style, в которой будет файл header.css, то в файловую систему систему запишется файл с именем /style/header.css. Об этом стоит помнить, потому что длина файлового имени не должна превышать 31 символ (читается 32, но символ с кодом 0 отведён под завершение строки). В этот 31 символ, естественно, входят все слэши, точки перед расширением и само расширение. Поэтому придётся воздержаться от многоуровневых структур и длинных имён файлов/папок.

Для загрузки файлов в файловую систему МК потребуется инструмент ESP8266FS, который интегрируется в Arduino IDE. Инструкция по установке:

Качаем инструмент по ссылке выше.
В папке Arduino IDE создайте папку tools (если её там ещё нет).
В папку tools распакуйте скачанный архив. Должно быть так:…/Arduino/tools/ESP8266FS/tool/esp8266fs.jar.
После запуска среды в папке скетча (Скетч → Показать папку скетча) нужно создать папку data. Её содержимое будет непосредственно загружаться в файловую систему.
После кликаем в Инструменты → ESP8266 Sketch Data Upload, чтобы загрузить данные в файловую систему. После успешной загрузки в панели статуса высветится «SPIFFS Image Uploaded». Перед процессом загрузки в файловую систему обратите внимание: если открыт монитор последовательного порта — закрываем его.

Как работать с SPIFFS и файлами в ней, можно узнать в этой статье.

Энергонезависимая память EEPROM

Уже упоминалось, что сам чипсет не имеет энергонезависимой памяти, поэтому она имитируется через внешнюю flash-память. Из-за этого работа с ней немного отличается от стандартной. Перед считыванием или записью данных нужно инициализировать EEPROM, указав при этом выделяемую под неё память (от 4 до 4096 байт) функцией EEPROM.begin(size). Привычная функция EEPROM.write(addr, value) записывает данные не на саму энергонезависимую память, а в оперативную. Чтобы внесённые данные записались в память, нужна функция EEPROM.commit() (или же EEPROM.end(), чтобы заодно очистить данные из оперативной памяти). Метод EEPROM.read(addr) возвращает байт из памяти по адресу.

Прошивка «по воздуху» OTA-Update

ESP8266 имеет возможность обновления прошивки по сети WiFi. Это удобно, если МК находится в труднодоступном месте. Кроме того, прошивки «по воздуху» чаще всего быстрее, чем по проводу.

Вам потребуется установленный Python.

Потом в скетч нужно добавить файл: #include <arduinoota>. Инициализинастраиваем OTA следующими строками:

ArduinoOTA.setHostname("Host-ESP");// Имя хоста  ArduinoOTA.setPassword((const char *)"password");// Пароль для подключения к хосту. Если не нужен — комментируем эту строку  ArduinoOTA.begin();// Инициализация

После этого достаточно в метод loop() добавить строку: ArduinoOTA.handle().

Прошиваем МК по проводу. В случае успешной загрузки в списке портов появится новый хост с именем «esp8266-xxxxxx», где esp8266 — указанное выше имя хоста, а xxxxxx — локальный IP-адрес МК. Выбираем его. Теперь МК можно прошивать «по воздуху».

Используемые источники: