Возможности подключения Wi-Fi модуля esp8266 к arduino

В этой статье вы узнаете, как создать систему, которая может включать и выключать нагрузки постоянного тока с помощью мобильного приложения. Вы также узнаете, как выполнить эту задачу мгновенно или по таймерам, заранее установленным для включения и выключения нагрузок.

Обзор проекта

Вы можете реализовать эту систему там, где вам нужно включать нагрузку постоянного тока на определенное время. В этом вам поможет наше Android приложение, не требуя аппаратного интерфейса, клавиатуры и LCD дисплея.

Комплектующие

Сборка макетной платы ESP8266

ESP8266 - недорогой SoC-чип со встроенным микроконтроллером и полным стеком протоколов TCP/IP, что означает, что он может напрямую обращаться к вашей Wi-Fi сети.

Поскольку у этого чипа есть свой микроконтроллер, вы можете поместить в него код своего приложения или можете использовать модуль просто как Wi-Fi приемопередатчик, что мы и собираемся сделать в данном проекте. Более эффективно было бы использовать этот модуль и как приемопередатчик, и как контроллер, но в целях обучения мы будем взаимодействовать с модулем, используя Arduino.

Чип ESP8266 поставляется в разных модулях. Мы будем использовать модуль ESP-01. Конечно, вы можете использовать любой другой модуль.

Во-первых, вы должны знать, что модуль работает с напряжением 3,3 В, и напряжение высокого логического уровня от Arduino должно быть таким же, чтобы не повредить наш модуль. Для этого требуется преобразователь уровня напряжения между платой Arduino (которая работает на 5 В) и модулем. Хорошей новостью является то, что в преобразователе будет нуждаться только вывод для передачи на Arduino, поскольку приемный вывод обычно распознает логические сигналы с напряжением 3,3 В от ESP8266.

Одним из простейших способов выполнения этого преобразования является схема от Sparkfun. Вы можете заказать готовый модуль .

Преобразователь уровня 5В → 3,3В

На рисунке ниже показана распиновка нашего модуля на ESP8266:

Я использовал LM317, настраиваемый линейный регулятор напряжения с выходным током до 1,5 А, для обеспечения модуля подходящим источником питания 3,3 В.

Примечание: Не используйте вывод 3,3 В от Arduino, так как стабилизатор напряжения 3,3 В на плате Arduino не может обеспечить необходимую для модуля величину тока, особенно при пиковом потреблении энергии во время передачи.

Я использовал BS170 (вместо BSS138) для преобразователя логических уровней; оба работают хорошо.

Теперь вы можете подключить свой модуль к компьютеру, используя USB-TTL преобразователь, и испытать его.

Сборка макетной платы реле

Для управления реле я использовал биполярный NPN транзистор BC337 с резистором 1 кОм на базе. Для защиты от обратного напряжения катушки я использовал диод 1n4007.

Нормально замкнутый (NC) контакт реле я решил подключить к земле.

Код Arduino

Теперь мы сталкиваемся с проблемой. ESP8266 использует UART в качестве интерфейса для AT-команд, а Arduino Uno (которая использует Atmega328) имеет только один порт UART. Этот порт уже подключен к мосту USB-TTL, а также к выводам 0 и 1.

В качестве решения вы можете использовать эмулятор для UART порта на другом цифровом выводе Arduino с помощью библиотек AltSoftSerial или SoftwareSerial. Это позволит вам по-прежнему иметь аппаратный порт UART для отладки и печати сообщений в консоли, а программный порт - для связи с модулем.

Многие люди (включая меня) сообщают о проблемах с программным последовательным портом при высоких скоростях передачи - как на тех, что мы будем использовать с esp8266, 115200 бит/с. Я могу сказать, что у вас 50% принятых от модуля данных будет повреждено, если вы используете программный UART, а из переданных от Arduino к модулю данных почти 100% будет корректно. Я получил эти результаты после отслеживания сигналов на линиях RX и TX.

В качестве решения я добавил в код несколько директив define , чтобы облегчить вам выбор между аппаратным и программным UART портами. Имейте в виду, что вы не можете использовать один и тот же порт для отладки и общения с модулем, поэтому вам нужно выбирать между ними.

//раскомментируйте Serial.*** , если хотите для связи с ESP использовать аппаратный последовательный порт (выводы 0,1) //раскомментируйте esp8266.*** , если хотите для связи с ESP использовать программный последовательный порт (выводы 2,3) #define esp8266_Available() Serial.available() //esp8266.available() #define esp8266_Find(ARG) Serial.find(ARG) //esp8266.find(ARG) #define esp8266_Read() Serial.read() //esp8266.read() #define esp8266_Write(ARG1,ARG2) Serial.write(ARG1,ARG2) //esp8266.write(ARG1,ARG2) #define esp8266_Print(ARG) Serial.print(ARG) //esp8266.print(ARG)

В исходнике вы найдете часть кода, которая устанавливает модуля с вашим роутером:

SendCommand("AT+RST\r\n", 2000, DEBUG); // перезапустить модуль sendCommand("AT+CWMODE=1\r\n", 1000, DEBUG); // настроить как точку доступа sendCommand("AT+CWJAP=\"tur\",\"341983#tur\"\r\n", 3000, DEBUG); //**** ИЗМЕНИТЬ SSID и ПАРОЛЬ В СООТВЕТСТВИИ С ВАШЕЙ СЕТЬЮ ******// delay(10000); sendCommand("AT+CIFSR\r\n", 1000, DEBUG); // получить ip адрес sendCommand("AT+CIPMUX=1\r\n", 1000, DEBUG); // настроить для нескольких соединений sendCommand("AT+CIPSERVER=1,1337\r\n", 1000, DEBUG); // включить сервер на порту 1337

Цикл скетча ожидает команды, которые должны прийти через Wi-Fi соединение. В настоящее время поддерживаются следующие команды:

• ‘con’ для получения состояния выводов, высокий или низкий логический уровень;
• ‘on=’ включить соответствующий вывод;
• ‘of=’ выключить соответствующий вывод;
• ‘Tm=n/fS’ установить таймер включения (n) или выключения (f) соответствующего вывода.

Все команды имеют отклик подтверждения.

Примечания:

• некоторые части скетча основаны на ;
• если вы используете модули со старым SDK, у вас могут быть такие же ошибки, как и у меня. Единственным решением в этом случае является обновление вашей прошивки до последней версии. Посмотрите , для получения помощи в обновлении прошивки модуля на ESP8266. Я обновил прошивку с версии 1.3 до 1.5.4.

Полный код программы:

#include #define DEBUG 0 // если вы для связи с ESP используете аппаратный последовательный порт, измените значение на 0 #define ESPBaudRate 115200 #define HWSBaudRate 115200 #define OUTPUT1 11 #define OUTPUT2 12 #define OUTPUT3 13 //раскомментируйте Serial.*** , если для связи с ESP хотите использовать аппаратный последовательный порт (выводы 0,1) //раскомментируйте esp8266.*** , если для связи с ESP хотите использовать программный последовательный порт (выводы 2,3) #define esp8266_Available() Serial.available() //esp8266.available() #define esp8266_Find(ARG) Serial.find(ARG) //esp8266.find(ARG) #define esp8266_Read() Serial.read() //esp8266.read() #define esp8266_Write(ARG1,ARG2) Serial.write(ARG1,ARG2) //esp8266.write(ARG1,ARG2) #define esp8266_Print(ARG) Serial.print(ARG) //esp8266.print(ARG) // Делает RX линию Arduino выводом 2, а TX линию Arduino выводом 3. // Это означает, что вам необходимо подключить TX линию от ESP к выводу 2 Arduino, // а RX линию от ESP к выводу 3 Arduino. SoftwareSerial esp8266(2, 3); /*************/ byte OUTPUTstate; byte OUTPUTTMRIsSet ; byte OUTPUTTMRState ; long OUTPUTTimer; /*************/ /***Commands**/ String GETSTATE = "con"; // Строка запроса от мобильного приложения, чтобы узнать состояние каждого выхода String SETON = "on="; // Строка запроса от мобильного приложения, чтобы включить выход String SETOFF = "of="; // Строка запроса от мобильного приложения, чтобы выключить выход String TIMER = "tm="; // Строка запроса от мобильного приложения, чтобы задать таймер для выхода /*************/ void setup() { Serial.begin(HWSBaudRate); // Последовательный порт для отправки сообщений от Arduino на компьютер esp8266.begin(ESPBaudRate); // Программный последовательный порт для отправки сообщений от Arduino на ESP8266 pinMode(OUTPUT1, OUTPUT); digitalWrite(OUTPUT1, LOW); pinMode(OUTPUT2, OUTPUT); digitalWrite(OUTPUT2, LOW); pinMode(OUTPUT3, OUTPUT); digitalWrite(OUTPUT3, LOW); // перезапустить модуль sendCommand("AT+RST\r\n", 2000, DEBUG); // настроить как точку доступа sendCommand("AT+CWMODE=1\r\n", 1000, DEBUG); //**** ИЗМЕНИТЬ SSID и ПАРОЛЬ В СООТВЕТСТВИИ С ВАШЕЙ СЕТЬЮ ******// sendCommand("AT+CWJAP=\"tur\",\"341983#tur\"\r\n", 3000, DEBUG); delay(10000); // получить ip адрес sendCommand("AT+CIFSR\r\n", 1000, DEBUG); // настроить для нескольких соединений sendCommand("AT+CIPMUX=1\r\n", 1000, DEBUG); // включить сервер на порту 1337 sendCommand("AT+CIPSERVER=1,1337\r\n", 1000, DEBUG); if (DEBUG == true) Serial.println("Server Ready"); } void loop() { if (esp8266_Available()) // проверить, послал ли esp сообщение { if (esp8266_Find("+IPD,")) { // ждать, когда последовательный буфер заполнится (прочитаются все последовательные данные) delay(1000); // получить id подключения, чтобы мы могли отключиться int connectionId = esp8266_Read() - 48; // вычитаем 48 потому, что функция read() возвращает // десятичное значение в ASCII, а 0 (первое десятичное число) начинается с 48 String closeCommand = "AT+CIPCLOSE="; // создание команды закрытия подключения closeCommand += connectionId; // добавить id подключения closeCommand += "\r\n"; esp8266_Find("?"); // Этот символ определяет начало команды теле нашего сообщения String InStream; InStream = (char) esp8266_Read(); InStream += (char) esp8266_Read(); InStream += (char) esp8266_Read(); if (DEBUG == true) Serial.println(InStream); if (InStream.equals(GETSTATE)) { // отклик на команду Status=<состояние_выхода_1><состояние_выхода_2><состояние_выхода_3> String response = "Status="; response += OUTPUTstate; response += OUTPUTstate; response += OUTPUTstate; sendHTTPResponse(connectionId, response); sendCommand(closeCommand, 1000, DEBUG); // закрыть подключение } else if (InStream.equals(SETON)) { int pinNumber = (esp8266_Read() - 48); // получить первую цифру, т.е., если вывод 13, то 1-ая цифра равна 1 int secondNumber = (esp8266_Read() - 48); if (secondNumber >= 0 && secondNumber <= 9) { pinNumber *= 10; pinNumber += secondNumber; // получить вторую цифру, т.е., если вывод 13, то 2-ая цифра равна 3, // и добавить ее к первой цифре } if (pinNumber == OUTPUT1) OUTPUTstate = 1; else if (pinNumber == OUTPUT2) OUTPUTstate = 1; else if (pinNumber == OUTPUT3) OUTPUTstate = 1; digitalWrite(pinNumber, 1); String response = "Confg="; // Отклик на команду Confg=<номер_вывода> response += pinNumber; sendHTTPResponse(connectionId, response); sendCommand(closeCommand, 1000, DEBUG); // закрыть подключение } else if (InStream.equals(SETOFF)) { int pinNumber = (esp8266_Read() - 48); // получить первую цифру, т.е., если вывод 13, то 1-ая цифра равна 1 int secondNumber = (esp8266_Read() - 48); if (secondNumber >= 0 && secondNumber <= 9) { pinNumber *= 10; pinNumber += secondNumber; // получить вторую цифру, т.е., если вывод 13, то 2-ая цифра равна 3, // и добавить ее к первой цифре } if (pinNumber == OUTPUT1) OUTPUTstate = 0; else if (pinNumber == OUTPUT2) OUTPUTstate = 0; else if (pinNumber == OUTPUT3) OUTPUTstate = 0; digitalWrite(pinNumber, 0); // изменить состояние вывода String response = "Confg="; // Отклик на команду Confg=<номер_вывода> response += pinNumber; sendHTTPResponse(connectionId, response); sendCommand(closeCommand, 1000, DEBUG); // закрыть подключение } else if (InStream.equals(TIMER)) { int pinNumber = (esp8266_Read() - 48); // получить первую цифру, т.е., если вывод 13, то 1-ая цифра равна 1 int secondNumber = (esp8266_Read() - 48); if (secondNumber >= 0 && secondNumber <= 9) { pinNumber *= 10; pinNumber += secondNumber; // получить вторую цифру, т.е., если вывод 13, то 2-ая цифра равна 3, // и добавить ее к первой цифре } if (esp8266_Read() == "n") { if (DEBUG == true) Serial.println("on"); if (pinNumber == OUTPUT1) OUTPUTTMRState = 1; else if (pinNumber == OUTPUT2) OUTPUTTMRState = 1; else if (pinNumber == OUTPUT3) OUTPUTTMRState = 1; } else { if (DEBUG == true) Serial.println("off"); if (pinNumber == OUTPUT1) OUTPUTTMRState = 0; else if (pinNumber == OUTPUT2) OUTPUTTMRState = 0; else if (pinNumber == OUTPUT3) OUTPUTTMRState = 0; } int j = 0; byte Atime; // Таймер может настроен на максимальное значение в 1 сутки // поэтому программа может принять 5 цифр, так как 1 сутки равны 86400 секундам long Time; // Прочитать секунды, значение имеет переменное количество цифр, поэтому читать, пока не получим "s", // что является символом завершения в теле моего сообщения от мобильного телефона while (1) { Time = esp8266_Read(); if (Time == "s") break; Atime[j] = Time - 48 ; j++; } switch (j) // секунды... { case 1: // одна цифра Time = Atime; break; case 2: // две цифры Time = Atime * 10 + Atime; break; case 3: // три цифры Time = Atime * 100 + Atime * 10 + Atime; break; case 4: // четыре цифры Time = Atime * 1000 + Atime * 100 + Atime * 10 + Atime; break; case 5: // пять цифр Time = Atime * 10000 + Atime * 1000 + Atime * 100 + Atime * 10 + Atime[j]; break; } if (DEBUG == true) { Serial.println("Timer:"); Serial.println(Time); } Time = Time * 1000 + millis(); if (DEBUG == true) { Serial.println("Pin:"); Serial.println(pinNumber); } if (pinNumber == OUTPUT1) { OUTPUTTMRIsSet = 1; OUTPUTTimer = Time; } else if (pinNumber == OUTPUT2) { OUTPUTTMRIsSet = 1; OUTPUTTimer = Time; } else if (pinNumber == OUTPUT3) { OUTPUTTMRIsSet = 1; OUTPUTTimer = Time; } String response = "tConfg="; // Отклик на команду tConfg=<номер_вывода> response += pinNumber; sendHTTPResponse(connectionId, response); sendCommand(closeCommand, 1000, DEBUG); // закрыть подключение } else // принята неподдерживаемая команда { String response = "ERROR"; sendHTTPResponse(connectionId, response); sendCommand(closeCommand, 1000, DEBUG); // закрыть подключение } } } /*****Проверить таймер для каждого выхода******/ if (OUTPUTTMRIsSet != 0 && (OUTPUTTimer < millis())) { digitalWrite(OUTPUT1, OUTPUTTMRState); OUTPUTstate = OUTPUTTMRState; OUTPUTTMRIsSet = 0; } if (OUTPUTTMRIsSet != 0 && (OUTPUTTimer < millis())) { digitalWrite(OUTPUT2, OUTPUTTMRState); OUTPUTstate = OUTPUTTMRState; OUTPUTTMRIsSet = 0; } if (OUTPUTTMRIsSet != 0 && (OUTPUTTimer < millis())) { digitalWrite(OUTPUT3, OUTPUTTMRState); OUTPUTstate = OUTPUTTMRState; OUTPUTTMRIsSet = 0; } /***************************************/ } /* Name: sendData Description: Функция, используемая для отправки данных на ESP8266. Params: command - данные/команда для отправки; timeout - время ожидания отклика; debug - печатать в консоль?(true = да, false = нет) Returns: Отклик от esp8266 (если есть отклик) */ String sendData(String command, const int timeout, boolean debug) { String response = ""; int dataSize = command.length(); char data; command.toCharArray(data, dataSize); esp8266_Write(data, dataSize); // передача символов на esp8266 if (debug) { Serial.println("\r\n====== HTTP Response From Arduino ======"); Serial.write(data, dataSize); Serial.println("\r\n========================================"); } long int time = millis(); while ((time + timeout) > millis()) { while (esp8266_Available()) { // У esp есть данные, поэтому вывести их в консоль char c = esp8266_Read(); // прочитать следующий символ. response += c; } } if (debug) { Serial.print(response); } return response; } /* Name: sendHTTPResponse Description: Функция, которая посылает HTTP 200, HTML UTF-8 отклик */ void sendHTTPResponse(int connectionId, String content) { // создать HTTP отклик String httpResponse; String httpHeader; // HTTP заголовок httpHeader = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html; charset=UTF-8\r\n"; httpHeader += "Content-Length: "; httpHeader += content.length(); httpHeader += "\r\n"; httpHeader += "Connection: close\r\n\r\n"; httpResponse = httpHeader + content + " "; // Здесь в коде баг: последний символ в "content" не посылается, поэтому я добавил дополнительный пробел sendCIPData(connectionId, httpResponse); } /* Name: sendCIPDATA Description: посылает команду CIPSEND=,<данные> */ void sendCIPData(int connectionId, String data) { String cipSend = "AT+CIPSEND="; cipSend += connectionId; cipSend += ","; cipSend += data.length(); cipSend += "\r\n"; sendCommand(cipSend, 1000, DEBUG); sendData(data, 1000, DEBUG); } /* Name: sendCommand Description: Функция, используемая для отправки данных на ESP8266. Params: command - данные/команда для отправки; timeout - время ожидания отклика; debug - печатать в консоль?(true = да, false = нет) Returns: Отклик от esp8266 (если есть отклик) */ String sendCommand(String command, const int timeout, boolean debug) { String response = ""; esp8266_Print(command); // передача символов на esp8266 long int time = millis(); while ((time + timeout) > millis()) { while (esp8266_Available()) { // У esp есть данные, поэтому вывести их в консоль char c = esp8266_Read(); // прочитать следующий символ. response += c; } } if (debug) { Serial.print(response); } return response; }

Android приложение

Чтобы управлять всеми выше перечисленными аппаратными компонентами, мы будем использовать простое приложение для Android. Это приложение позволит нам включать или выключать выход напрямую или через определенный период времени.

Примечание: Приложение требует Android 4.0 (IceCreamSandwich) или выше.

• Прежде всего, вы должны знать IP адрес своего модуля. Если вы использовали программный последовательный порт, IP адрес будет напечатан в консоли. Если вы использовали аппаратный последовательный порт, то вы должны использовать кабель для отслеживания данных на линиях RX и TX, чтобы увидеть IP адрес. Вам также нужно знать номер порта, который был указан в скетче для Arduino. После этого нажмите "connect", чтобы получить состояние всех трех выходов. Вам нужно убедиться, что ваш Wi-Fi роутер включен, и вы подключены к локальной сети.
• Теперь нажмите на любой переключатель, который вы хотите включить/выключить. Всякий раз, когда захотите, вы можете нажать "refresh", чтобы обновить состояние всех выходов.
• На вкладке "Timers" вы можете установить любой из этих трех выходов для включения/выключения через определенный промежуток времени (от 0 до 24 часов).
• После любого действия вы получите сообщение с подтверждением о том, выполнилась ли команда успешно, или возникла какая-то ошибка.

Демонстрационное видео

Вот и всё! Надеюсь, статья оказалась полезной. Оставляйте комментарии!

Нижеприведенные инструкции и схемы не являются «правильными» с точки зрения схемотехники и не должны применяться в реальных конечных устройствах. Это упрощенные инструкции для быстрого старта, чтобы вы могли с минимальным набором компонентов запустить свой модуль ESP8266. При этом все эти упрощенные схемы реально работают и проверены автором лично на различных модулях ESP8266. Как проверить ESP8266

Для проверки ESP8266, который вы только что приобрели, потребуется источник стабилизированного напряжения на 3,3 вольта.

Внимание! Допустимый диапазон напряжения питания модуля ESP8266 от 3,0 до 3,6 вольт. Подача повышенного напряжения питания на модуль гарантированно приведет к выходу ESP8266 из строя.

Чтобы проверить ESP8266 ESP-01 достаточно подключить три пина: VCC и CH_PD (chip enable) к питанию 3,3 вольт, а GND к земле. Если у вас не ESP-01, а другой модуль и на нем выведен GPIO15, то дополнительно еще потребуется подключить GPIO15 к земле.

При успешном старте заводской прошивки на модуле ESP8266 загорится красный светодиод (индикатор питания, на некоторых версиях модуля, например ESP-12, может отсутствовать) и пару раз мигнет синий (это индикатор передачи данных от модуля к терминалу по линии TX-RX, может иметь другой цвет) и в вашей беспроводной сети должна появится новая точка доступа с именем «ESPXXXX», которую вы сможете увидеть с любого WiFi устройства. название точки доступа зависит от производителя прошивки и может быть другим, например AI-THINKER AXXXXC. Если точка доступа появилась, то можно продолжить эксперименты далее, если нет, то еще раз проверьте питание, CH_PD, GND и если все подключено правильно то, скорее всего, у вас неисправный модуль, но есть надежда, что прошивка в модуле с нестандартными настройками и, возможно, вам поможет перепрошивка. Как быстро подключить ESP8266

В минимальный набор для подключения и прошивки модуля ESP8266 входит:

Беспаечная макетная плата

Набор проводов папа-мама для макетной платы или DUPONT M-F кабель

USB-TTL конвертер (ищите с переключателем на 5 и 3,3 вольт, либо версия на 3,3 вольта) на базе FTDI, PL2303 или аналогичном чипе. Идеальным будет вариант, когда на USB-TTL адаптере будут выведены DTR и RTS - это позволит быстро загружать прошивку из Arduino IDE, UDK, Sming без ручного переключения GPIO0 на землю.

В случае если у вас USB-TTL конвертер на 5 вольт, то вам дополнительно потребуется стабилизатор питания на чипе 1117 или аналогичном (ток не менее 300 мА, желательно с конденсаторной обвязкой в виде готового модуля, но сойдет и просто микросхема) и источник питания (для 1117 отлично подойдет пятивольтовая зарядка от смартфона). Вообще, лучше не питать ESP8266 от USB-TTL конвертера или Arduino, а использовать отдельный источник питания - это избавит вас от множества проблем.

В расширенный набор для постоянной и комфортной работы с модулем ESP8266 вам дополнительно потребуются разъемы питания, DIP переключатели, резисторы и светодиоды. Я также использую недорогой USB монитор (Charger Doctor - листайте список дальше, ищите в белом корпусе), который позволяет видеть потребляемый ток (с китайской точностью) и немного защищает шину USB от короткого замыкания по питанию (при КЗ дисплей монитора начинает мигать)

Модулей ESP8266 достаточно много и первое, что вам потребуется, это идентифицировать ваш модуль и определить его распиновку. На нашем сайте есть замечательная таблица с фотографиями модулей и их распиновкой. Далее в этом кратком пособии для начинающих, мы будем подразумевать, что работаем с модулем ESP8266 ESP-01 V090. Если у вас другой модуль (например, ESP-07 или ESP-12) и на нем выведен пин GPIO15 (MTDO, HSPICS), то этот пин необходимо притянуть к земле как для обычного старта модуля, так и для режима прошивки.

Убедиться два раза, что питающее напряжение для модуля составляет 3,3 вольта.

Внимание! Допустимый диапазон напряжения питания модуля ESP8266 от 3,0 до 3,6 вольт. Подача повышенного напряжения питания на модуль гарантированно приведет к выходу ESP8266 из строя. Питающее напряжение может быть и существенно ниже 3 вольт, заявленных в документации

Если вы счастливый обладатель USB-TTL конвертера на 3,3 вольта то подключите модуль, как на рисунке ниже (левая часть). Если у вас только пятивольтовый USB-TTL, то используйте в качестве инструкции правую часть рисунка.

На первый взгляд схема справа может показаться «лучше» из-за использования отдельного источника питания, но это не совсем так - при использовании USB-TTL конвертера на 5 вольт желательно добавить делитель на резисторах для согласования пятивольтовых и трехвольтовых уровней логики либо модуль преобразования уровней.

Внимание! На правом рисунке подключение UTXD (TX) и URXD (RX) модуля ESP8266 к пятивольтовой TTL логике вы осуществляете на свой страх и риск! Документация на SoC ESP8266 сообщает, что модуль толерантен только к 3.3 вольтовой логике. В большинстве случаев подключение ESP8266 к пятивольтовой логике НЕ ПРИВОДИТ к выходу из строя ESP8266, однако именно вашему модулю может не повезти. Для исключение риска выхода модуля ESP8266 из строя рекомендуется использовать USB-TTL конвертер на 3,3 вольта, либо TTL 5v-3.3v конвертеры либо делитель на резисторах (на рисунке не показан). Более подробно о согласовании логических уровней можете прочитать здесь. Рисковые гики, вроде меня, подключают ESP8266 к пятивольтовой TTL логике напрямую и не заморачиваются.

Внимание! На правом рисунке показано подключение стабилизатора питания 1117 без дополнительной обвязки. Это работает, но все же, мы рекомендуем использовать схему подключения 1117 с конденсаторной обвязкой - сверьте схему подключения с даташитом на ваш стабилизатор либо используйте готовый модуль на базе 1117.

Красный - питание 3,3в

Черный - GND

Желтый - на стороне ESP8266 - RX, на стороне USB-TTL - TX

Зеленый - на стороне ESP8266 - TX, на стороне USB-TTL - RX

Оранжевый - CH_PD (CHIP ENABLE) - должен быть всегда подтянут к питанию

Синий - GPIO0 - подключен через выключатель к земле для включения режима перепрошивки модуля. Для обычного старта модуля GPIO0 можно оставить никуда не подключенным.

Розовый на правой схеме - нестабилизированное питание 5-8 вольт

4. Для старта модуля разорвите цепь GPIO0 - GND и можете подавать питание (причем именно в таком порядке: сначала убеждаемся, что GPIO0 «висит в воздухе», затем подаем питание на VCC и CH_PD)

Внимание! В вышеприведенных, реально работающих, примерах подключения ESP8266 используется подключение выводов ESP8266 «напрямую» к земле и питанию, либо «висячее в воздухе», как у нас никуда не подключен RESET, что является абсолютно неправильным и пригодно только для пары первых экспериментов, хотя и вполне работоспособно на подавляющем большинстве модулей. «Напрямую» к питанию подключается только вывод VCC, остальные выводы: CH_PD, RESET, GPIO0, GPIO2, должны быть подтянуты (pullup) к питанию (VCC) через резистор от 4,7 до 50 кОм. «Напрямую», к минусу (общему проводу) питания подключаем только GND, а GPIO0 подтягиваем (pulldown) тоже через резистор до 10k к GND для перевода модуль в режим загрузки прошивки. Если вы планируете и дальше экспериментировать с ESP8266, то сделайте грамотное подключение, впрочем так же как и для любых других микроконтроллеров. Детальное описание pullup и pulldown выходит за рамки данной статьи, но вы сможете легко нагуглить описание правильного подключения портов ввода-вывода. «Правильное» подключение позволит вам избежать множества «чудес» и проблем и будет неизбежно необходимым при возникновении затруднений с запуском или перепрошивкой модуля ESP8266. Как правильно подключить ESP8266

Если вы планируете заниматься с ESP8266 больше, чем один вечер, то вам потребуется вариант подключения, обеспечивающий более высокую стабильность. Ниже приводятся две схемы подключения: с поддержкой автозагрузки прошивки из Arduino IDE, UDK, Sming и без нее.

Схема подключения ESP8266 (без автозагрузки прошивки, прошиваемся предварительно установив перемычку BURN и перезагрузив модуль)

Схема подключения с поддержкой автозагрузки прошивки из Arduino IDE, UDK, Sming. Для Flash Download Tool и XTCOM_UTIL, возможно, потребуется отключение RTS/DTR. Если RTS и DTR вам отключать неудобно, то можно добавить в схему перемычки

На этих схемах не показано подключение ADC и свободных GPIO - их подключение будет зависеть от того, что вы захотите реализовать, но если хотите стабильности, то не забудьте притянуть все GPIO к питанию (pullup), а ADC к земле (pulldown) через подтягивающие резисторы.

Резисторы на 10k могут заменены на другие от 4,7k до 50k, за исключением GPIO15 - его номинал должен быть до 10k. Номинал конденсатора, который сглаживает высокочастотные пульсации, может быть другим.

Соединение RESET и GPIO16 через резистор deep sleep на 470 Ом вам потребуется, если вы будете использовать режим deep sleep: для выхода из режима глубокого сна модуль перезагружает сам себя, подавая низкий уровень на GPIO16. Без этого соединения глубокий сон будет вечным для вашего модуля.

На первый взгляд на этих схемах кажется, что GPIO0, GPIO2, GPIO15, GPIO1 (TX), GPIO3 (RX) заняты и вы не можете их использовать для своих целей, но это не так. Высокий уровень на GPIO0 и GPIO2, низкий на GPIO15 требуются только для старта модуля, а в последующем вы можете использовать их по своему усмотрению, только не забудьте обеспечить требуемые уровни до перезагрузки модуля.

Можно использовать и TX, RX как GPIO1 и GPIO3 соответственно, не забывая о том, что при старте модуля любая прошивка будет дергать TX, отправляя отладочную информацию в UART0 на скорости 74480, но после успешной загрузки вы можете использовать их не только как UART0 для обмена данными с другим устройством, но и как обычные GPIO.

Для модулей, имеющих меньшее количество разведенных пинов, как например, ESP-01 подключение неразведенных пинов не требуется, т.е. на ESP-01 разведены только: VCC, GND, GPIO0, GPIO2, CH_PD и RESET - вот только их и подтягиваете. Нет никакой необходимости припаиваться прямо к микросхеме ESP8266EX и притягивать неразведенные пины, только если вам это действительно необходимо.

Данные схемы подключения родились после множества экспериментов, проведенных нашими форумчанами и собраны по крупицам из разрозненной и недоступной изначально документации нашим сообществом, я всего лишь постарался объединить эти знания в одном месте. Множество советов по подключению вы найдете на нашем форуме. Там же вы сможете задать интересующие вас вопросы или найти помощь в решении проблем. Если вы увидели ошибку, неточность в этой статье или вам есть что добавить, то сообщите мне об этом в специальной теме на нашем форуме.

Внимание! Даже эти схемы нельзя назвать «идеальными». Совершенству нет предела: удобно подключить второй USB-TTL к UART1 (c ESP8266 можно взять только GND и UTXD1, т.е. GPIO2) для подключения отладочного терминала (потребуется второй USB-TTL конвертер) - тогда можно будет прошивать модуль ESP8266 через UART0 без отключения терминала отладки на UART1. Неплохо будет подключить резисторы малого номинала к выводам обоих UART, поставить диод в линию RTS, добавить конденсатор в линию питания для гашения низкочастотных импульсов и т.д. Очень удобно, например, сделано в этой отладочной плате: на все GPIO подключены светодиоды, на ADC подключен фоторезистор, но жаль, что нет кнопки RESET и перемычка только одна на GPIO0.

Правильным будет сказать вам, что не существует идеальной и в тоже время универсальной схемы подключения ESP8266. Все дело в том, что очень многое зависит от прошивки, которую вы собираетесь туда залить. Вышеприведенные схемы рассчитаны на новичков, которые только начинают осваивать ESP8266, для экспериментов. Для реальных проектов, возможно, вам придется немного изменить схему. Например, для прошивки TCP2UART нужно подключить RTS к GPIO15, а CTS к GPIO13. Также в реальных проектах рекомендую уделить особое внимание питанию.

Подключение ESP8266 через Arduino

Если у вас под рукой не оказалось USB-TTL конвертера на 3,3в, но есть Arduino со встроенным USB-TTL конвертером, то можно использовать такую схему подключения

На что обратить внимание:

Arduino Reset подключен к GND (синий провод) чтобы не запускался микроконтроллер на Arduino, в данном виде мы используем Arduino как прозрачный USB-TTL конвертер

RX и TX подключены не «на перекрест», а прямо - RX - RX (зеленый), TX - TX (желтый)

Все остальное подключено так же, как и в предыдущих примерах

Внимание! В этой схеме также требуется согласовывать уровни TTL 5 вольт Arduino и 3.3 вольта на ESP8266, однако неплохо работает и так.

Внимание! На Arduino может быть установлен стабилизатор питания, который не выдержит ток, требуемый для ESP8266, поэтому прежде, чем производить подключение сверьтесь с даташитом на тот стабилизатор, который установлен именно у вас. Не подключайте другие энергопотребляющие компоненты одновременно с ESP8266 в связи с риском выхода из строя встроенного в Arduino стабилизатора питания.

Существует и другая схема подключения Arduino и ESP8266 с использованием SoftSerial. В виду того, что для библиотеки SoftSerial скорость порта в 115200 является слишком большой и не гарантирует стабильную работу, мы не рекомендуем использовать такой способ подключения, хотя есть люди, у которых все стабильно работает (правда только на скорости 9600). Скетч для такой схемы подключения (спасибо nec3540A) Подключение ESP8266 через RaspberryPi

Да, можно и «из пушки по воробьям», если под рукой нет вообще никакого USB-TTL конвертера. Подключение через малинку аналогично Arduino, но не такое удобное, т.к. дополнительно потребуется стабилизатор питания на 3,3 вольта. RX, TX, GND малинки подключаем к ESP8266, VCC и GND берем со стабилизированного источника питания на 3,3 вольта. Обратите внимание на то, что необходимо соединить GND всех устройств: малинки, стабилизатора и ESP8266. Брать 3,3 вольта питания с малинки для ESP8266 я лично не пробовал, поэтому вам предлагать такой вариант не буду. Если встроенный в вашу версию малины стабилизатор держит до 300 миллиампер дополнительной нагрузки, то подключение ESP8266 вполне возможно. Если сами захотите рискнуть - пожалуйста.

Настройка ESP8266

Итак, ESP8266 модуль к USB порту мы подключили (через USB-TTL или Arduino) теперь нужно убедится, что драйвера к вашим USB-TTL или Arduino встали корректно и в системе появился новый виртуальный последовательный порт. Вам понадобится программа - терминал последовательного порта. Можете использовать любую на ваш вкус, но она должна удовлетворять следующему требованию: каждая команда, которую вы отправляете с компьютера в последовательный порт должна завершаться символами CR+LF.

Большой популярностью пользуется программа CoolTerm (есть версии для Win/MAC/Linux).

Ваш покорный слуга является автором open-source программы ESPlorer, получившей международное признание. ESPlorer позволит вам не вводить AT команды вручную и легко работать с lua скриптами под NodeMCU (об этом в другой раз) и вы вполне можете использовать ее и как обычный терминал. Обсуждение ESPlorer на нашем форуме и на esp826.com

С подключением к последовательному порту придется немного поколдовать: в связи с разнообразием прошивок для ESP8266, подключение может осуществляться на разных скоростях. Нужную скорость можно определить путем простого перебора трех вариантов: 9600, 57600 и 115200. Как осуществить перебор? Подключаетесь в терминальной программе к вашему виртуальному последовательному порту выставив следующие параметры: 9600 8N1, затем перезагружаете модуль, отключив CHPD (chip enable) от питания (USB-TTL при этом остается подключенным к USB) и снова включаете (т.е. просто передергиваете CH PD, почему не передергиваем питание - читаем здесь, также можно кратковременно замкнуть RESET на землю для перезагрузки модуля) и наблюдаете данные в терминале. Во-первых, светодиоды на ESP8266 должны гореть как описано в начале статьи в разделе Проверка ESP8266. Во-вторых, в терминале вы должны увидеть «мусор» из разных символов, оканчивающийся строкой «ready». Если «ready» мы не видим, то переподключаемся терминалом на другой скорости и снова перезагружаем модуль.

На одном из вариантов скорости «ready» вы все-таки увидите - поздравляем, ваш модуль готов к работе. Если нет, то добро пожаловать к нам на форум - мы постараемся помочь, но предварительно почитайте эту тему.

Немного подробнее о «мусоре». Дело в том, что при старте прошивки, UART модуля ESP8266 переключается на скорость передачи 74 880 (вот такие забавные эти китайцы) выдает в UART отладочную информацию, затем переключает скорость порта на 115200 (ну или на 9600 или 57600 в зависимости от версии прошивки), так вот эта отладочная информация и видится нам как мусор, т.к. мы подключаемся к модулю на другой скорости. Можете подключится к ESP8266 на скорости 74 880 (ESPlorer поддерживает эту скорость) и вы эту отладочную информацию увидите, будет что-то вроде этого:

Wdt reset load 0x40100000, len 25052, room 16 tail 12 chksum 0x0b ho 0 tail 12 room 4 load 0x3ffe8000, len 3312, room 12 tail 4 chksum 0x53 load 0x3ffe8cf0, len 6576, room 4 tail 12 chksum 0x0d csum 0x0d

НО! не увидите «ready» и не сможете управлять модулем, пока не переподключитесь на ту скорость, на которой работает прошивка.

Что делать дальше

Если у вас новый модуль, то, скорее всего, в нем прошита одна из старых кастомных AT прошивок. Скорее всего это какой-нибудь AI-THINKER AT v0.16 SDK v0.9.2. Проверить версию прошивку вы можете командой «AT+GMR», т.е. прямо в терминальной программе набираете AT+GMR без кавычек и жмете Enter. Модуль должен ответить «OK» и выдать версию прошивки (например, «0016000092» - в разных версиях AT прошивок формат вывода версии отличается). Управление модулем ESP8266 AT командами заслуживает отдельной статьи, однако вы легко сможете разобраться с этим и сами, воспользовавшись одним из наших справочников по AT командам:

На момент написания этой статьи актуальная версия прошивки для ESP8266:

версия AT команд v0.21, версия SDK v0.9.5 Обновление прошивки ESP8266

Модуль ESP8266 замечателен тем, что не требует специального программатора - обновление прошивки производится на том же железе, на котором вы подключаете модуль ESP8266 к компьютеру, т.е. тоже через USB-TTL конвертер (ну или Arduino или RPi). Для обновление прошивки на модуле ESP8266 проделайте следующее:

Скачайте новую версию прошивки с нашего сайта из раздела ESP8266 прошивки (вот ссылка на последнюю версию прошивки AT 0.21 SDK 0.9.5 на момент написания этой статьи)

Скачайте одну из утилит для прошивки ESP8266 в зависимости от вашей операционной системы из раздела ESP8266 Утилиты с нашего сайта

для Win систем подойдет XTCOM UTIL (удобно работать, если прошивка состоит из одного файла), мультиплатформенный esptool (требуется python, нужно указывать параметры в командной строке), FLASH DOWNLOAD TOOL (много настроек, удобно прошивать прошивки, состоящие из нескольких файлов, позволяет «собрать» прошивку в один файл из нескольких). Также вы найдете и другие программы для прошивки ESP8266 - попробуйте разные и пользуйтесь той, которая вам больше понравится.

Отключите от последовательного порта вашу терминальную программу

Отключите CHPD от питания, подключите GPIO0 модуля к GND, подключите обратно CH PD модуля.

Запускайте программу для прошивки модуля и загружайте новую прошивку в модуль ESP8266.

Загрузка прошивки в модуль обычно осуществляется на скорости 115200, но режим прошивки модуля поддерживает автоопределение скорости и прошивка может быть осуществлена на скорости от 9600 и выше. Максимальная скорость зависит от многих факторов (вашего USB-TTL конвертера, длины проводов и прочего) и может быть определена экспериментально на конфигурации именно вашего оборудования.

Все последние версии прошивок загружаются с нулевого адреса (0x00000).

Обсуждение этой статьи на нашем форуме

Обсуждение проблем при подключении ESP8266 на нашем форуме

В статье Обновление прошивки ESP8266 подробно описана загрузки прошивки в модуль с помощью программы XTCOM_UTIL.

Часть 1

Последовательный WIFI модуль для Arduino

Это первая из трех инструкций, которая поможет вам использовать ESP8266 с Arduino. В этом первом руководстве вы узнаете, как установить и протестировать работу модуля, подсоединенного к Arduino.

ESP8266 – это, наверное, самый универсальный модуль с последовательным интерфейсом для соединения различных физических предметов («вещей») с интернетом, поэтому он так популярен в сфере «Интернета вещей». Это законченный модуль, который состоит из микропроцессора, доступного для программирования напрямую через ArduinoIDE (C++), или в любой другой среде программирования (обычно используется язык высокого уровня “LUA”).

Для управления «вещами» не нужна сама плата Arduino в качестве интерфейса, потому что ESP8266 уже имеет 2 GPIO (Интерфейс ввода/вывода общего назначения). Множество дополнительной важной информации вы сможете найти на форуме, посвященном ESP8266.

Характеристики:

• 802.11 b / g / n
• Wi-FiDirect (P2P), программная точка доступа soft-AP
• Интегрированный стек протоколов TCP / IP
• Интегрированный TR свитч, балун, LNA, усилитель мощности и согласующая сеть (matchingnetwork)
• Интегрированные PLL, регуляторы, DCXO и системы управления мощностью
• + 19.5 дБ выходная мощность в режиме 802.11b
• Отключение при превышении утечки тока <10uA
• 1MB флэш память
• Интегрированный 32-битный центральный процессор с низким энергопотреблением, может быть использован как процессор приложений
• SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART STBC, 1 × 1 MIMO, MIMO 2 × 1
• A-MPDU и A-MSDU агрегирование, 0.4 мс пустой промежуток
• Wakeup пакеты и передача <2мс
• Потребление энергии в режиме ожидания <1.0мВт (DTIM3)

Вышеуказанные данные включают в себя много технической информации, которая вам не понадобится в большинстве ваших проектов, однако лучше, чтобы она была под рукой, на всякий случай.

До сих пор я изучал только ESP8266 в соединении с Arduino, заменяя необходимость в более дорогих WiFi шилдах. (Шилд – это печатная плата, которую вы устанавливаете на Arduino для увеличения его функциональности).

Шаг 1: ESP 8266 характеристики и пины

Итак, сначала необходимо протестировать модуль AT командами, которые являются стандартными. Как правило, модуль поставляется от производителя с установленными настройками скорости передачи данных в 115200 бодов. Иногда это создает неудобства, например, в случае с ArduinoUNO, только однажды HWSerial “0” (пины 0 и 1) мог работать на такой скорости. Проблема в том, что программа SerialMonitor для PC также использует этот последовательный порт. («PC» используется здесь как усредненный термин, надеюсь, мой Macне слышит меня;) Решение для ArduinoUNO нашлось в виде использования библиотеки "SoftwareSerial", чтобы заставить два других универсальных пина (GPIO) работать в режиме последовательного порта (SW). Это хорошо работает тогда, когда скорость передачи данных не превышает 19200 бодов. Отлично! Но что делать, если ESP8266 изначально запрограммирован на работу с более высокой скоростью? Решением может быть перепрограммирование. Но не все прошивки, которые загружены в устройство на заводе, поддерживают перепрограммирование модуля. Таким образом, сначала нужно обновить прошивку. В некоторых постах в интернете описывается, как это сделать. Я не буду загружать вас перепрошивкой, скоростью и т.д., для упрощения процесса будет использована плата ArduinoMEGA, на которой есть 4 аппаратных последовательных порта (4 HWserialports) .

Порты на плате MEGA:

• TX0 / RX0 ==> Pin 1, 0 (то же, что UNO) ==> "Serial 0"
• TX1 / RX1 ==> Pin 18, 19 ==> "Serial1"
• TX2 / RX2 ==> Pin 16, 17 ==> "Serial2"
• TX3 / RX3 ==> Pin 14, 15 ==> "Serial3"

Для моих тестов я буду использовать последовательный порт 2 (Serial 2) (пины 16 и 17).

Давайте подробнее рассмотрим модуль:

• Питание: 3.3 В. Это важно, т.к. модуль не работает с напряжением в 5 В, и может сгореть. Входные пины также не поддерживают напряжение 5 В, поэтому при получении сигнала Arduino важно использовать конвертер уровня напряжения (как раньше их называли «делитель напряжения»). Другая важная вещь – это иметь независимый источник питания на 3.3 В, т.к. не всегда Arduino выдает требуемый ток для корректной работы модуля.
• Модуль имеет 6 пинов:
  • TX: он будет подсоединен к RX2 на плате MEGA (может быть соединен напрямую, т.к. MEGA интерпретирует 3.3 В как HIGH)
  • RX: TX2 подсоединен к MEGA через конвертер уровня напряжения
  • VCC: 3.3В
  • GND: Земля. Важно помнить, что необходимо подсоединять GND платы ESP8266 к GND на плате MEGA.
  • CH_PD (*) : подсоединен к пину 4 последовательного порта на плате MEGA, сброс для начала обмена данными
  • RST: Сброс, обычно подсоединяется к VCC
  • GPIO0: свободно (Интерфейс ввода/вывода общего назначения)
  • GPIO2: свободно (Интерфейс ввода/вывода общего назначения)

(*)На некоторых сайтах в интернете показано, что этот пин напрямую подсоединен к VCC. В моем случае без «сброса» по последовательному порту SW (устанавливает пин в значение LOW) ESP8266 не работает.

Продаются адаптеры для включения модуля в макетную плату, т.к. физически расстояние между пинами ESP8266 не совпадает с отверстиями на макетной плате. Для соединения я использовал обычный кабель «мама/папа» типа FTDI (см. ниже). Цвета совпадают с диаграммой соединений.

Шаг 2: Цепь, которая будет использована в тестах

Ничего особенного в диаграмме аппаратных последовательных соединений (HW). Красная пластина – это независимый источник питания 3.3 В, смонтированный на макетной плате. Обратите внимание, что желтый провод соединен с TX2 на Arduino, проходит через делитель напряжения (1K и 2.2K резисторы), таким образом TX2 – это HIGH (5В), ESP8266 получает примерно 3.3В (для него это HIGH).

Шаг 3: Тестирование ESP8266 с помощью AT-команд

Идея этого скетча состоит в тестировании и настройке модуля, который позволяет вводить AT-команды и видеть вывод в программе SerialMonitor.

В части «комментарии» перечислены основные AT-команды. В начале загрузки программы после имени модуля вы увидите много ненужного для нас текста в окне SerialMonitor, затем слово «ready». С этого момента вы можете вводить AT-команды.

Начните с простого «АТ», модуль должен ответить «ОК», протестируйте другие команды.

Картинка показывает, что должно появляться в окне SerialMonitor после того, как вы ввели различные команды.

• AT для тестовых примеров:
  • AT =====> ESP8266 возвращает OK
  • AT + RST =====> ESP8266 рестарт и возврат OK
  • AT + GMR =====> ESP8266 возвращает версию AT; SDK version; id; OK
  • AT + CWMODE? => ESP8266 возвращает режим работы
  • AT + CWLAP ===> ESP8266 возвращает обнаруженные точки доступа
  • AT + CIFSR ===> ESP8266 возвращает установленный IP
  • AT + CIPMUX = 1 ==> Устанавливает плате ESP8266 режим работы с несколькими соединениями
  • AT + CIOBAUD = 9600 ==> Изменить скорость обмена данными ==> ESP8266 возвращает OK
  • AT + CIPSERVER = 1.80 ==> Устанавливает режим SERVER порт: 4040
  • AT + CWMODE = 3 ==> Работа ESP8266 в комбинированном режиме (точка доступа (2) и сервер (1))
  • AT + CWSAP = "Acc_Point_name", "password", wifi_Channel, cript # ==> j.
  • AT + CWSAP = "ESP_8266_AP," 1234 ", 3.0
  • AT + CWJAP = "SSID", "password" ==> Подключается к сети WiFi
  • * = AT + CWJAP "ROVAI TIMECAP", "-1 mjr747"

****************************************************************** /