STM32应用开发教程进阶--Wi-Fi通信(ESP8266模块:STA、AP、STA+AP)

实现目标

1、熟悉Wi-F、ESP8266模块

2、掌握ESP8266模块共3种工作模式:STA、AP、STA+AP的配置

3、具体实现目标:(1)AT固件烧录;(2)ESP8266模块STA、AP、STA+AP的配置


一、Wi-Fi概述

1、Wi-Fi定义

        Wi-Fi是无线保真的缩写,英文全称为Wireless Fidelity,在无线局域网才对范畴是指“无线兼容性认证”,实质上是一种商业认证,同时也是一种无线联网技术,与蓝牙技术一样,同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。同蓝牙技术相比,它具备更高的传输速率,更远的传播距离,已经广泛应用于笔记本、手机、汽车等广大领域中。

    Wi-Fi是无线局域网(WLAN)的一个标准,最早的无线局域网可以追溯到上个世纪70年代,基于ALOHA协议的UHF无线网络连接了夏威夷岛,是现在无线局域网的一个最初版本。发展历程如下:

2、Wi-Fi的组网结构

Wi-Fi有两种组网结构:一对多(Infrastructure模式)和点对点(Ad-hoc模式,也叫IBSS模式)。最常用的Wi-Fi是一对多结构的。一个AP(接入点),多个接入设备,无线路由器是其实就是路由器+AP。Wi-Fi还可以点对点结构,比如两个笔记本可以用Wi-Fi直接连接起来不经过无线路由器。

3、Wi-Fi的频道

        2.4G的Wi-Fi划为14个频道,每个频道带宽20-22Mhz,不同的调制方式带宽稍微不同。每个频道的间隔为5M,很明显,相邻的多个频道是有干扰的,相互没有干扰的只有1,6,11,14或者1,5,9,13,如下图所示。这也是为什么在有多个Wi-Fi热点的地方会上不了网,或者非常慢。现在无线路由器都有手动设置频道的功能,如果在家使用无线路由器最好设置到一个和附近的其他Wi-Fi信号不同的最好是间隔比较远的频道。

4、Wi-Fi的安全性

        常用的Wi-Fi加密有WEP,WPA,WPA2。WEP安全性太差基本上被淘汰了。目前WPA2是被业界认为最安全的加密方式。WPA加密是WEP加密的改进版,包含两种方式:预共享密钥(PSK)和Radius密钥。其中预共享密钥(PSK)有两种密码方式:TKIP和AES,相比TKIP,AES具有更好的安全系数。WPA2加密是WPA加密的升级版,建议优先选用WPA2-PSK AES模式。WPA/WPA2加Radius密钥是一种最安全的加密类型,不过由于此加密类型需要安装Radius服务器,一般用户不容易用到。

二、无线通信技术对比

1、Wi-Fi与其他无线通信技术的覆盖范围数据率对比

2、Wi-Fi与ZigBee、蓝牙对比

三、Wi-Fi模组

1、模组介绍

 ESP8266是一款低成本、高性能的Wi-Fi模块,由Espressif Systems开发。它集成了Wi-Fi功能和TCP/IP协议栈,并可通过串口与主控制器进行通信。ESP8266广泛应用于物联网设备和DIY项目中。下图为深圳安信可 ESP-12F模块。

ESP-12F模块:

  • 内置 1 路 10 bit 高精度 ADC
  • 集成 Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA
  • 串口速率最高可达 4Mbps
  • 支持 STA/AP/STA+AP 工作模式
  • 通用 AT 指令可快速上手
  • 内置 Tensilica L106 超低功耗 32 位微型 MCU,主频支持80 MHz 和160 MHz,支持 RTOS

2、工作模式

ESP8266模块共支持3种工作模式:STA、AP、STA+AP

(1)STA模式
       在此模式下,模块可连接其他设备提供的无线网络,例如通过 WIFI 连接至路由器,从而可以访问互联网,进而实现手机或电脑通过互联网实现对设备的远程控制。   
      简单来说,此模式下,该模块相当于一个用户,需要链接外部的WIFI(或自己的热点),通过链接的WIFI进行与其他设备的通信;
(2)AP 
        AP 模式为默认的模式,在此模式下,模块将作为热点供其他设备连接, 从而让手机或电脑直接与模块进行通讯,实现局域网的无线控制。
        简单来说,此模式下,该模块相当于提供一个热点,创建一个小范围的局域网,凡是连接上的设备就能与其进行通信;
(3)STA+AP
       该模式为 STA 模式与 AP 模式共存的一种模式,模块既能连接至其他 设备提供的无线网络,又能作为热点,供其他设备连接,以实现广域网与局域网的无缝切换, 方便操作使用。

3、AT指令简介 

        AT 指令是以 AT 开头、回车(<CR>)结尾的特定字符串,AT 后面紧跟的字母和数字表明AT 指令的具体功能。几乎所有的 AT 指令(除了“A/”及“+++”两个指令外)都以一个特定的命令前缀开始,以一个命令结束标志符结束。命令前缀一般由 AT 两个字符组成,命令结束符通常为回车( <CR>)。模块的响应通常紧随其后,格式为: <回车><换行><响应内容><回车><换行>。

     ESP8266模块使用AT 指令配置使用:通过串口将AT指令传输到ESP8266,ESP8266便依指令工作;也可以通过单片机串口发送AT指令到模块,模块依照AT指令工作。

四、硬件连接

1、开发板ESP8266模块原理图

说明:P7为USART1、USART2和WIFI功能短接端子。本实验中,用两个短接帽分别接上P7(3与5)、P7(4与6)。我们通过PC串口助手、USB转串口(CH340)给WIFI模块烧写固件。

五、AT固件烧录

         打开 PC 端的flash_download_tool软件,选择ESP8266 DownloadTool,选择待烧录固件 Ai-Thinker_ESP8266_DOUT_32Mbit_v1.5.4.1-a_20171130.bin 文件,并设置好 bin 文件烧录至芯片的地址信息和其他的一些信息。

烧写步骤:

1、先按住开发板上KIO0和WRST两个按键,再点击软件左下方的“START”按钮,再依次松开WRST、KIO0两个按键。

2、验证

打开串口助手,串口参数:115200,1,8,无发送AT+回车 

六、AP模式实验

AP模式相当于提供一个热点,创建一个小范围的局域网,凡是连接上的设备就能与其进行通信;

指令集:

AT+CWMODE=2//设置AP模式

AT+RST//重启生效

AT+CWSAP="ATK-MW8266D", "12345678",1,4//设置 AP 参数。SSID 为 ATK-MW8266D(WIFI名称)、密码为 12345678、 通道为 1、加密方式为 WPA_WPA2_PSK

AT+CIPMUX=1//开启多连接

AT+CIPSERVER=1,8086//开启 SERVER 模式,端口号为 8086

注:AT 指令必须大写,且每条指令都需以回车换行符结尾     

七、STA模式

STA模式为:该模块相当于一个用户,需要连接外部的WIFI,通过连接的WIFI进行与其他设备的通信;

指令集:

AT+CWMODE=1//设置为 STA 模式

AT+RST//重启生效

AT+CWLJP//查看周围AP(WIFI热点)

AT+CWJAP=”ATK-MW8266D”, ”12345678”//加入 WiFi 热点。SSID:ATK-MW8266D、密码:12345678

AT+CIPMUX=1//开启多连接

AT+CIPSERVER=1,8086//开启 SERVER 模式,端口号为 8086

AT+CIPSEND=0,5//向 ID0 发送 5 字节数据包


总结

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