Как подключить Wifi модуль к Ардуино — прошивка и настройка
ESP8266 — это популярный контроллер, способный организовать беспроводную связь при проектировании системы «Умный дом». Его «строение» позволяет ему обеспечивать обмен данными по стандартам Wifi. Это обеспечивает проектам, созданным на Arduino, доступ в интернет для дистанционного сбора и обмена информацией. На основе этого чипа созданы такие популярнейшие платы, как WeMos и NodeMcu, а также самодельные технологии. В этом материале будет разобрано, что такое Arduino Wifi ESP8266, как настроить Ардуино вайфай модуль и его взаимодействие с другими средствами.
Содержание
Описание ESP8266
ESP8266 — это контроллер, работающий со стандартом беспроводной связи Wifi и способный исполнять код программ из встроенной flash-памяти. Чип был разработан и выпущен китайской компанией Espressif и моментально стал одним из популярнейших для данных целей.
Сам вай фай модуль для Ардуино Wifi достаточно дешев и содержит небольшое количество внешних элементов, имея следующие технические характеристики:
- Поддержка протоколов стандарта Wifi b/g/n с алгоритмами шифрования и защиты данных WEP, WPA, WPA2;
- Четырнадцать портов ввода и вывода, последовательного периферийного интерфейса SPI, I2C, UART и 10-битовый аналого-цифровой преобразователь;
- Поддержка внешней памяти до 16 Мб;
- Достаточное для питания напряжение от 2.2 до 3.6 Вольт и потребление тока до 300 мА, которое зависит от режима работы.
Особенности платы
Контроллер обладает следующими особенностями:
- Удобство подключения к ПК через интерфейс порта USB. Через него же выполняется и питание;
- Встроенный преобразователь напряжения на 3.3 Вольта;
- 4 Мб flash-памяти;
- Наличие кнопок перезагрузки и перепрошивки;
- Порты выведены на контроллер в два ряда с шагом в 2.5 мм.
Сферы применения
Модуль часто применяют в различных проектах в связке с другими устройствами для:
- Автоматизации процессов;
- Создания систем «Умный дом» своими руками, которые включают управление условиями в доме (температура и свет), сигнализации и видеокамеры, беспроводное управление приборами;
- Мобильных приборов;
- Метки с помощью идентификаторов ID;
- Игрушек для детей;
- Сети Mesh типа.
Распиновка
Важно понять, что вариаций модуля существует немало. На рисунке в конце предыдущего подраздела представлены лишь некоторые из них. Особую популярность обрел контроллер ESP-01. Исполнение кода программы задается состоянием портов GPIO0, GPIO2 и GPIO15: включением и выключением подачи питания на них. Существует два важных режима работы:
- Код выполняется из универсального асинхронного приёмопередатчика (UART) с комбинацией GPIO0 = 0, GPIO2 = 1 и GPIO15 = 0. Эти действия выполняются для перепрошивки flash-накопителя;
- Код выполняется из внешнего ПЗУ с комбинацией GPIO0 = 1, GPIO2 = 1 и GPIO15 = 0 для работы в штатном режиме.
Приводится официальное описание всех контактов:
- 1 — заземление, а 8 — питание платы. Напряжение необходимо подавать до 3.6 В в отличие от Ардуино, в который подают 5В;
- 6 — кнопка Reset, необходимая для перезагрузки чипа;
- 4 — CP_PD — переводит чип в режим энергосбережения;
- 7 или 0 — RXD0 и TXD0 аппаратные пины для универсального асинхронного приёмопередатчика, необходимые для перепрошивки;
- 2 — TDX0, к которому подключают светодиод, срабатывающий в случае передачи данных по УАПП или при подключении на низком логическом уровне;
- 5 — GPI0, позволяющий осуществлять вход и вывод, а также переводить контроллер в режим программирования;
- 3 — GPIO2 — стандартный порт ввода/вывода.
Основные отличия Ардуино от ESP8266
От не менее популярного Arduino Wifi модуль ESP отличается следующими чертами:
- Наличием большего объема flash-памяти и отсутствием энергонезависимой памяти;
- Более быстрым процессором;
- Наличием Wifi модуля;
- Потреблением большей силы тока, чем Ардуино
Программирование ESP8266 в Arduino IDE
Для удобства программирования на микроконтроллере в комплекте идут:
- Компилятор кода программы типа GNU;
- Библиотеки для работы со стандартами Wifi и TCP/IP;
- Программные средства для загрузки данных в память чипа;
- Интегрированная среда разработки программ.
Программирование также возможно из среды разработки для Arduino. Она позволяет не только легко писать программы, но и загружать их в контроллер, прошивать его. Самое главное, что для этого не нужна сама плата Ардуино.
Функции, поддерживаемые микроконтроллером:
- Большинство функций языка программирования Wiring;
- Управление таймингом и delay’ем, позволяющие передать время, прошедшее со старта запуска чипа, завершить или приостановить выполнение кода;
- Функции Serial, Serial1, которые аналогично Ардуино работают с данными и блокируют их запись или чтение по необходимости;
- PROGMEM-макрос, позволяющий перемещать данные для чтения во flash-память;
- I2C шина, которую нужно выбирать с помощью функции Wire.pins(int sda, int scl);
- SPI и OneWire библиотеки.
Использование ESP8266 для радиосвязи Ардуино по WiFi
С помощью ESP можно устроить подключение Arduino или реле к Wifi. Важный момент связи состоит в том, что напряжение, подаваемое для этих микроконтроллеров, разное, и их соединение должно происходить через резистивные делители. Общая схема подключения выглядит так: пин на 3.3 Вольта от Ардуино подключается к CH_PD на ESP, а заземление с Ардуино подключается к заземлению на ЕSP. 0 на ТХ, а 1 на RХ.
Дальнейшее подключение выполняется по инструкции:
- Подключение USB-TTL к USB порту и ESP;
- Запуск среды разработки Arduino;
- Выбор в настройках необходимых параметров для памяти, порта и платы;
- Переход в Файл — Примеры — ESP — WifiServer;
- Запись SSID и защитного кода беспроводной сети;
- Запуск компиляции и загрузки;
- Ожидание завершения прошивки и отсоединение контакта GPI0 от заземления;
- Установка скорости в районе 115 200;
- Подключение и получение нового IP-адреса;
- Далее нужно открыть интернет-браузер и ввести в поиске строку Номер IP/gpio/1;
- Промониторить порт и проверить, загорелся ли светодиод, если он подключен.
NodeMCU на базе esp8266
NodeMCU — одна из наиболее популярных платформ, основанных на чипе ESP. Она чаще всего используется, чтобы управлять схемами на расстоянии с помощью беспроводной связи Wifi. Сама плата стоит недорого, весит мало и имеет порт USB. По бокам от него расположены кнопки для перезагрузки и отладки платформы. Питание лучше всего подавать до 12 В, но не менее 10.
WeMos на базе ESP8266
Второе популярное решение на базе ESP — WeMos. Он также поддерживает связь по WiFi, разработку на Arduino IDE и даже содержит разъем для внешней Wifi антенны. Максимальное напряжение составляет 3.3 В. На плате расположено 11 портов для ввода и вывода, поддерживающие стандартные для ESP и Arduino технологии. Как и в NodeMCU, в WeMos есть USB-порт. Чтобы работать c платформой, необходимо установить драйвер CH340 и настроить IDE от Ардуино на работу с ESP.
Примеры использования и передачи данных с AArduino на AArduino или ПК по Wifi
В качестве примера можно привести создание программы для NodeMCU в среде Ардуино. Для этого на ПК устанавливается ПО для модуля Arduino Wi fi, которое настраивается на работу с ESP8266.
Далее, например, плата NodeMCU подключается к аналоговому фоторезистору и отправляет данные на сервер по протоколу MQTT. Схема соединения представлена ниже.
Чтобы написать и запустить код, потребуется библиотека pubsubclient. Скачав ее, нужно поместить файлы из архива в папку библиотек IDE и открыть в среде скетч _2.ino. Чтобы все работало как надо, необходимо внести в код следующие изменения (SSID и пароль):
const char* ssid = «your_wifi_hotspot»;
const char* password = «your_wifi_password»;
Далее происходит загрузка программы на плату, открывается монитор последовательного порта и мониторится результат на картинке.
После всего этого плата подключится по Wifi к MQTT и он будет отображать данные фоторезистора.
Wifi сервер на Ардуино на базе ESP организовывается аналогичным образом. Для него можно использовать язык скриптов LUA. Скрипт, представленный ниже, создает простейший сервер, который отображает информацию при обращении устройств к плате:
serverport = 80
server=net.createServer(net.TCP)
server:listen(serverport,
function(connection)
connection:send(«HTTP/1.1 200 OK\nContent-Type: text/html\nRefresh: 10\n\n» ..
«<!DOCTYPE HTML>» .
«<html><body>» ..
«<b>Server </b></br>» ..
» ChipID : » .. node.chipid() .. «<br>» ..
» MAC : » .. wifi.sta.getmac() .. «<br>» ..
» Heap : » .. node.heap() .. «<br>» ..
» Timer Ticks : » .. tmr.now() .. «<br>» ..
«</html></body>»)
connection:on(«sent»,function(connection) connection:close() end)
end
)
Код сохраняется в файле server1.lua, после чего запускается. Чтобы проверить работу, можно подключиться к точке доступа и набрать в браузере IP-адрес http://192.168.4.1:
Элементы платы
Подробнее о функциях и составе контроллера было написано выше. Обобщенно модуль содержит следующие элементы:
- Сам чип WiFi ESP;
- Флэш-память;
- Кварцевый резонатор;
- Светодиодные индикаторы;
- Антенну для ловли Wifi.
В завершении можно сказать, что ESP, пожалуй, лучший Wifi модуль для Ардуино. Подключение Ардуино к Wifi процесс не самый простой, но и ничего сверхъестественного там нет. Современные платы и контроллеры позволяют Arduino выполнять передачу данных по Wifi без каких-либо проблем.
