Et billigere ESP8266 WiFi -skjold til Arduino og andre mikroer: 6 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Opdatering: 29. oktober 2020

Testet med ESP8266 board -bibliotek V2.7.4 - fungerer

Opdatering: 23. september 2016

Brug ikke Arduino ESP -kortbiblioteket V2.3.0 til dette projekt. V2.2.0 fungerer

Opdatering: 19. maj 2016

Rev 14 i dette projekt reviderer biblioteker og kode til at arbejde med ESP8266.com IDE plug-in V2.2

Opdatering: 17. december 2105

Rev 11 i dette projekt renser andre forsøg på forbindelser, hvis det allerede er tilsluttet. Bruger også den timeout, der er angivet af webkonfigurationen. Rev 10 ignorerede timeout -indstillingen.

Opdatering: 11. november 2015

Dette er Rev 10 af dette projekt. Rev 10 bruger et ikke-blokerende WiFi-bibliotek, pfodESP8266WiFi, der sænker en højere gennemgangssæt især for Windows-klienter. Det giver også mulighed for konfiguration af websider af den serielle baudhastighed.

Opdatering: 23. oktober 2015

Dette er Rev 8 i dette projekt. Rev 8 har forbedret ESP8266 -koden, der er mere pålidelig. BEMÆRK: Hver sendt pakke stopper denne kode, indtil modtageren (klienten) anerkender pakken. Dette kan tage mellem 10mS og 200mS. I løbet af denne tid håndteres de indgående seriedata fra UART ikke. Den indkommende serielle buffer kan buffer 256 bytes. Ved 9600 baud tager det cirka 270 ms at fylde bufferen, så så længe du holder den serielle baudhastighed til 9600 eller mindre, bør du ikke miste udgående data, mens ESP8266 sender den forrige pakke. Dette giver dig en god WiFi -forbindelse. Hvis WiFi-forbindelsen er dårlig, kan en pakke gå tabt og skal transmitteres igen af ESP826, så kan den serielle indgående buffer fylde op, hvis du prøver at sende en masse data, og nogle af dine data går tabt.

Opdatering: 20. september 2015

Dette er Rev 3 i dette projekt. Rev 3 tilføjer en timeout -indstilling for forbindelsen til webkonfigurationen. Hvis der ikke sendes eller modtages data på det tidspunkt, lukker WiFi Shield forbindelsen og venter på en ny. Dette sikrer, at WiFi Shield genopretter fra 'halvt lukkede' forbindelser, hvilket sker, hvis klienten bare forsvinder på grund af dårlig wifi -forbindelse, strømtab på routeren eller tvungen lukning af klienten. Se Detektion af halvåbnede (droppede) TCP/IP-stikforbindelser for flere detaljer.

Denne forbindelsestimeout er som standard 15 sek. men kan ændres efter behov. Hvis du sætter den til 0, betyder det, at der aldrig er timeout. Når du bruger pfodDesigner, skal du angive en menuopdatering, der er mindre end forbindelsestiden.

Introduktion

Dette er Rev 11 af ESP8266-01 WiFi Shield og er et alternativ til det billige/simple Wifi Shield til Arduino og andre mikroer. Hvis du kun laver et Wifi Shield, så er billigt/simpelt Wifi Shield til Arduino og andre mikroprojekter det projekt, der skal bruges, da det er det enkleste at koble op. Men hvis du allerede har et ESP8266-01-modul, kan du bruge disse instruktioner til at oprette et WiFi Shield ved hjælp af det.

Hvis du har et af de andre ESP8266 bare moduler, forudsat at modulet har GPIO0 og GPIO2 til rådighed, kan du bruge disse instruktioner. Hvis modulet gør GPIO15 tilgængelig, SKAL du tilslutte det til GND via en modstand med en værdi mellem 3K3 og 10K

Rev 10 har ikke brug for yderligere I/O på Arduino -kortet, andet end TX/RX og 5V strøm og GND. Rev 10 bruger GPIO0 og GPIO2 som ConfigLink, som beskrevet på denne side, ESP8266-01 Pin Magic. Kodeskitserne, der blev brugt i Rev10, er nu nøjagtig de samme som dem, der blev brugt i Cheap/Simple Wifi Shield til Arduino og andre mikroer. Det erstatter også 5V til 3V strømforsyningens datterkort med 3 diskrete komponenter og bruger et modstandsnetværk til de fem 3K3 modstande. Den første version Rev 1 er her.

Disse instruktioner er også tilgængelige på www.pfod.com.au.

Funktioner

• Bruger det billige og let tilgængelige ESP8266-01-modul:- Andre ESP8266-moduler kan også bruges
• Enkel at bruge:- Det 5V og 3.3V kompatible skjold fungerer som UART til WiFi bridge. Den opretter en server på den IP og port, du konfigurerer, og når den er tilsluttet, sender den bare data til og fra den serielle forbindelse. Ingen biblioteker er nødvendige i den tilsluttende mikro, bare en seriel (UART) forbindelse, så den kan bruges til enhver mikroprocessor, der har en seriel port. Det kan også ændres til at blive konfigureret til at oprette en klientforbindelse (med valgfrit login) til en ekstern server.
• Enkel at konfigurere:- Kortslutning af et link og opstart af skjoldet, sætter det i konfigurationstilstand. I denne tilstand skaber det et sikkert adgangspunkt, som du kan oprette forbindelse til via din mobil eller computer. Derefter åbner https://10.1.1.1 en webside, hvor du kan konfigurere dit netværks navn og adgangskode og den IP- og portnummer, skjoldet skal lytte til for forbindelser. Konfigurationswebsiden bruger HTML5 -validering til at kontrollere brugerens indstillinger.

Trin 1: Deleliste

Dette ESP8266-01 WiFi Shield har brug for følgende dele eller lignende. Priserne vist her er pr. 30. august 2015 og eksklusive forsendelsesomkostninger:-

• WiFi-modul ESP8266-01-~ US $ 2,50 online (tag dine chancer) ELLER for pålideligt produkt SparkFun eller Adafruit ESP8266-01-US $ 6,95
• Uno Protoshield - US $ 1,88 (eller ProtoShield Basic til Arduino fra Jaycar 4,95 $)
• 36-pins header Element14-US $ 0,95 (eller 4 rabatter på loddefri headers-10-pin straight fra SparkFun US $ 1,50 eller 40 Pin Header Terminal Strip fra Jaycar AU $ 0,95)
• LD1117V33 3.3V regulator Element14 - 0,67 $
• 1 rabat på 1N5819 Schottky Diode Element14 - 0,16 $ (eller Jaycar AU $ 0,80) (Enhver Schottky Diode vil gøre)
• BOURNS 4606X-101-332LF RESISTOR NETWORK, 3K3-US $ 0,27 (Disse pull-up modstande kan være enhver værdi i området 3K3 til 10K) du kan også bare bruge 5 x diskrete 3K3 modstande i stedet som i Rev 1 f.eks. 3K3 modstande - Digikey - US $ 0,52 (eller 3K3ohm 1/2 Watt 1% metalfilmmodstande - Pk.8 fra Jaycar AU $ 0,55)

• 1 off 330R modstand Element14 US $ 0,05 ELLER Sparkfun Resistor 330 Ohm 1/6 Watt PTH - 20 pakke US $ 0,95 (eller 330ohm 1/2 Watt 1% metalfilmmodstande - Pk.8 fra Jaycar AU $ 0,55)

• 1 off 0.1uF kondensator Element14 - US $ 0.21 ELLER Sparkfun US $ 0.25
• 1 off 10uF kondensator Element14 - US $ 0,11 ELLER Sparkfun US $ 0,45

Samlede omkostninger ~ $ 6,80 + forsendelse (fra august 2015) ELLER ~ US $ 11,25 ved hjælp af Sparkfun eller Adafruit ESP8266-01 modul

For at programmere skjoldet med trykknapkonfigurationen og UART til WiFi -broprogram, har du også brug for et USB til serielt kabel. Her bruges et SparkFuns USB til TTL seriel kabel (US $ 9,95), fordi det har pænt mærket ender og har driverunderstøttelse til en lang række OS'er, men du kan også bruge Adafruit's USB til TTL seriel kabel - Debug / konsol kabel til Raspberry Pi, som er den samme pris.

Inklusive programmeringskablet er omkostningerne for kun ét WiFi Shield ~ 16,75 US $. En hurtig søgning finder Arduino WiFi Shields, der koster mindst US $ 30 op til over US $ 70. Så selv inklusive engangsomkostningerne ved programmeringskablet er dette skjold billigere end de andre tilgængelige skjolde, samt meget lettere at konfigurere og bruge.

Trin 2: Konstruktion

Ovenstående skematisk (ESP8266_01_WiFi_Shield_R2.pdf) viser arrangementet af de dele, der er nødvendige til dette skjold. Der er kun seks komponenter ud over ESP8266-01-modulet.

1N5819-dioden beskytter ESP8266-01 RX-input fra mikroprocessorens 5V-udgange. 330ohm (R6) modstanden giver beskyttelse mod at kortslutte ESP8266-01 TX-udgangen, hvis mikroprocessorens D1 ved et uheld bliver udsendt. En eller anden form for 3V3 -forsyning er nødvendig. Arduino UNOs 3V3 -pin er ikke stærk nok til at levere ESP2866 -modulet. Her bruges en tre terminal 5V til 3.3V regulator LD1117V33. 10uF -kondensatoren er nødvendig for at stabilisere LD1117V33 -regulatoren, så den er monteret så tæt som muligt på regulatorens udgang.

Her er toppen og bunden af det færdige bord.

Toppen af tavlen ser ren ud. Bunden af brættet er lidt af en rotterede.

Sørg for omhyggeligt at kontrollere ledningerne, når du er færdig, især ledningerne til benene på ESP8266-01 og LD1117V33 tre terminalregulatoren. Det er let at koble til den forkerte stift, når du vender om og kabler fra bunden. Regulatoren er monteret på hovedet for at holde metalfanen, som er elektrisk forbundet til outputstiften, fanen væk fra tavlerne.

Trin 3: Programmering af WiFi Shield

WiFi Shield skal kun programmeres én gang og aldrig igen med websidekonfigurationen og Serial to WiFi Bridge -koden.

Følg trinene på https://github.com/esp8266/arduino under Installation med Boards Manager for at programmere skjoldet. Når du åbner Boards Manager fra menuen Værktøjer → Board, og vælg Type Contributed, og installer esp8266 -platformen. Dette projekt blev kompileret ved hjælp af ESP8266 version 1.6.4-673-g8cd3697. Senere versioner kan godt være bedre, men kan have deres egne fejl, da platformen udvikler sig hurtigt.

Luk og åbn Arduino IDE igen, og du kan nu vælge "Generisk ESP8266-modul" fra Værktøjer → Board-menu.

Du skal også installere den nyeste version af pfodESP2866BufferedClient.zip Dette bibliotek fungerer med ESP8266.com IDE-plug-in V2.2. Hvis du tidligere har installeret pfodESP2866WiFi -biblioteket, skal du slette bibliotekets bibliotek helt.

1. Download denne pfodESP2866BufferedClient.zip -fil til din computer, flyt den til dit skrivebord eller en anden mappe, du nemt kan finde
2. Brug derefter Arduino 1.6.5 IDE -menupunktet Skitse → Importer bibliotek → Tilføj bibliotek for at installere det. (Hvis Arduino ikke lader dig installere det, fordi biblioteket allerede findes, skal du finde og slette den ældre pfodESP8266BufferedClient -mappe og derefter importere denne)
3. Stop og genstart Arduino IDE og under Fil-> Eksempler skal du nu se pfodESP8266BufferedClient.

Indstilling af adgangskoden til konfigurationsadgangspunktet

Når du har installeret pfodESP8266BufferedClient -biblioteket, skal du åbne Arduino IDE og kopiere denne skitse, ESP8266_WifiShield.ino, til IDE. Inden du programmerer skjoldet, skal du indstille din egen adgangskode til konfigurationens adgangspunkt.

I konfigurationstilstand opretter WiFi Shield et sikkert adgangspunkt kaldet pfodWifiWebConfig med en adgangskode indeholdt i en QR -kode, der er knyttet til skjoldet. Denne sikre forbindelse forhindrer nogen i at lytte til din forbindelse, mens du indstiller dit rigtige netværks ssid og adgangskode. Du bør generere din egen adgangskode til dine skjolde. Et SecretKeyGenerator java -program er tilgængeligt her, som genererer tilfældige 128bit nøgler og skriver QR-p.webp

I begge tilfælde skal du opdatere #define nær toppen af skitsen med dit eget kodeord.

// ================ start af pfodWifiWebConfig -indstillinger ================

// opdater denne definition med adgangskoden fra din QR -kode //https://www.forward.com.au/pfod/secureChallengeResponse/keyGenerator/index.html #define pfodWifiWebConfigPASSWORD "b0Ux9akSiwKkwCtcnjTnpWp"

Du kan også angive dit eget konfigurationsadgangspunkt, hvis du ønsker det.

Programmering af skjoldet

For at programmere skjoldet, fjern det fra Arduino -kortet, kortslut FLASH_LINK (vist her med et blåt shorting -link i midten af kortet) og tilslut USB til serielt kabel som vist på billedet. Tjek billedet og dine ledninger.

RX -kablet tilsluttes D0, og TX -kablet tilsluttes D1. VCC (+5V) tilsluttes til 5V pin og GND tilsluttes til GND pin på skjoldet. Kortslut FLASH_LINK som vist ovenfor. Billedet ovenfor er til SparkFun USB til serielt kabel. Hvis du bruger Adafruit -kablet, har terminalerne ikke mærket, men er farvekodet, rød er strøm, sort er jord, grøn er TX og hvid er RX.

Kontroller omhyggeligt VCC- og GND -forbindelserne, da det er let at afbryde USB -strømforsyningen, hvis du er en pin fra

Tilslut derefter USB-kablet til din computer for at tænde ESP8266-01 i programmeringstilstand. Vælg dens COM -port i menuen Værktøjer → Port. Lad CPU -frekvensen, flashstørrelsen og uploadhastigheden være på deres standardindstillinger

Vælg derefter Fil → Upload eller brug højre pil til at kompilere og uploade programmet. To filer uploades. Hvis du får en fejlmeddelelse ved upload, skal du kontrollere, at dine kabelforbindelser er tilsluttet de korrekte ben, og prøv igen. Når programmeringen er afsluttet, fjernes shorting -linket fra FLASH_LINK.

Vedhæftning af konfigurationens QR -kode

Du skal bruge din unikke adgangskode til konfigurationsadgangspunkt hver gang du skal konfigurere skjoldet, så det er praktisk at vedhæfte det som en QR -kode til skjoldet (eller dets etui). Her er Open Office -præsentationsfilen, der blev brugt til at udskrive QR -koden og forbindelsesdetaljer til dette projekt. Udskift QR -koden og kodeordsteksten med din egen unikke for at fuldføre skjoldet.

Trin 4: Konfiguration af WiFi Shield

Enhver WiFi -skjold skal konfigureres med netværksnavnet og adgangskoden til det lokale netværk. Det skal også gives en IP og portnummer for at lytte til forbindelser. Alle andre WiFi -skjolde har IP og port ikke hårdt kodet i skitsen og enten hard kode netværksnavnet og adgangskoden eller brug en proprietær metode med proprietære apps til at oprette forbindelse til det lokale netværk. Dette er meget restriktivt, når du har flere enheder i et miljø, der udvikler sig. Dette WiFi Shield bruger en open source -webside -metode til at konfigurere både netværksnavn og adgangskode samt IP -adresse og portnummer.

ESP8266-01 har et meget begrænset antal tilgængelige output, kun GPIO0 og GPIO2. I dette design kontrollerer koden i ESP2866-01 efter opstart, om GPIO2 er jordforbundet, og hvis det er tilfældet, sætter ESP8266-01 i konfigurationstilstand. Jording af GPIO2-input skal dog forsinkes, indtil ESP8266-01 er færdig med at starte op. Hvis GPIO2 er jordforbundet under opstart, starter ESP8266-01-modulet ikke normalt. Denne forsinkelse i jordforbindelse GPIO2 opnås ved at bruge GPIO0 som jorden. Efter ESP8266-01 starter, gør opsætningskoden () GPIO0 til en output og sætter den LAV. Dette vil derefter jord GPIO2, hvis CONFIG_LINK er blevet kortsluttet.

Den første version af dette projekt (Rev 1) brugte en ekstra Arduino digital I/O til at udføre denne jordforbindelse, hvilket krævede ekstra kode i Arduino -skitsen. Rev 2+, fjerner behovet for enhver ekstra kode i Arduino -skitsen, andet end en kort forsinkelse øverst i opsætningen () for at ignorere ESP8266's fejlfindingsoutput.

For at teste konfigurationen af ESP8266-01 WiFi Shield skal du bare tilslutte det til et Arduino-kort, afslutte CONFIG_LINK (blå shorting-link i venstre på billedet) og tilslutte Arduino-kortet.

I denne konfigurationstilstand opretter ESP8266 -modulet et sikkert adgangspunkt med navnet pfodWifiWebConfig. Dette adgangspunkt vises på din mobil og på din computer. For at oprette forbindelse til dette adgangspunkt skal du indtaste den unikke adgangskode til dit skjold. Du kan indtaste adgangskoden manuelt, men det er lettere og mere pålideligt at scanne den QR -kode, du tidligere har knyttet til dit skjold, ved hjælp af en QR -scanner -app, såsom QR Droid Private

Kopier og indsæt derefter adgangskoden i din mobils WiFi -indstillingsskærm for at forbinde din mobil til konfigurationsadgangspunktet.

Åbn derefter en webbrowser og indtast URL'en https://10.1.1.1 Dette returnerer konfigurationswebsiden.

WiFi Shield udfylder automatisk netværkets SSID med det lokale netværk med den bedste signalstyrke. Hvilket normalt vil være det, du ønsker. Hvis ikke bare overskrive denne post. Du skal indtaste et netværks -SSID og adgangskode og portNr. IP -adressefeltet er valgfrit. Hvis du lader det stå tomt, vil WiFi Shield bruge DHCP til at få sin IP -adresse på dit lokale netværk. Det er ofte lettere at angive en bestemt IP -adresse, så du nemt kan oprette forbindelse til dette skjold.

Rev 10 giver dig også mulighed for at konfigurere den serielle baudhastighed for dette skjold. Standard er 19200, men eksemplerne her bruger 9600, så skift baudhastigheden til 9600

Hvis din browser er HTML5 -kompatibel, validerer websiden input, før den sendes.

Når du klikker på knappen Konfigurer, behandler WiFi Shield resultaterne og gemmer dem i EEPROM og viser derefter en svarside, som den ovenfor, og fortæller dig, at strømcyklussen skal forbindes til dit netværk.

Trin 5: Brug af WiFi Shield

I et komplet projekt ville du montere en kortvarig trykknap på ydersiden af projektets boks, der er forbundet til CONFIG_LINK, og instruere brugeren om at trykke på trykknappen og derefter tænde enheden for at komme i konfigurationstilstand. Koden, du indlæste i ESP8266-01, driver også ESP8266s GPIO0-pin LOW, når modulet er i konfigurationstilstand, så du kan tilslutte en 270ohm modstand og LED mellem 3.3V-skinnen og GPIO0 og montere LED'en på ydersiden af boksen, for at angive for brugeren, at de er i konfigurationstilstand.

Rev 10 giver dig også mulighed for at konfigurere den serielle baudhastighed for dette skjold. Standard er 19200, men eksemplerne her bruger 9600, så skift baudhastigheden til 9600 på konfigurationssiden ovenfor

Som nævnt ovenfor skal enhver skitse, du indlæser i din Arduino eller en anden mikroprocessor, have en kort forsinkelse for at springe fejlfindingsoutput fra ESP8266-modulet over. Bortset fra det, for at modtage og sende data via WiFi, fra din skitse, læser og skriver du bare til din serielle port (forbundet til D0, D1) ved 9600 baud. Så for at ignorere ESP8266's fejlfindingsoutput tilføjer du en kort forsinkelse øverst i setup () -metoden

ugyldig opsætning () {

forsinkelse (1000); // vent her et sekund lad ESP8266 fuldstændig opstart // dette springer også over WiFi Shields fejlfindingsoutput ved opstart // før den serielle forbindelse startes. …. anden opsætningskode her

Eksemplet her bruger en Arduino UNO, men du kan bruge enhver mikroprocessor, enten 5V eller 3.3V baseret, der har en UART. Hvis du bruger en 3,3V mikroprocessor, skal du levere 5V til WiFi Shields strømforsyning. Denne 5V vil også blive tilsluttet skjoldets 5V pin, så du skal kontrollere, at dette er acceptabelt for den mikro, du tilslutter skjoldet til.

Som en test af dette skjold blev pfodApp brugt til at tænde og slukke Unos LED via WiFi. Først blev pfodDesigner brugt til at designe en enkel menu.

BEMÆRK: Den seneste version af pfodApp sender keepAlive -beskeder, så wifi -skjoldet ikke bliver timeout

Derefter blev koden genereret til den serielle forbindelse ved 9600 baud og overført filen til pc'en ved hjælp af wifi -filoverførsel.

Skitsens opsætning () behøvede ikke at tilføje forsinkelsen (1000), fordi pfod -parseren ignorerer eventuelle tegn uden for {}, men det var inkluderet, fordi det anbefales til dette WiFi -kort.

Den komplette skitse, ESP8266_UnoLedControl.ino er her. Bemærk, at der ikke er nogen særlig WiFi -kode, skitsen læser og skriver bare til det serielle output.

Fjern WiFi Shield, vælg Værktøjer → Board → Uno i Arduino IDE og programmer denne skitse i UNO. BEMÆRK: du skal fjerne WiFi -skjoldet for at programmere UNO, fordi USB'en er tilsluttet UNO's TX/RX -ben.

Tilslut WiFi Shield igen, den opretter automatisk forbindelse til dit lokale netværk og starter en server på den port, du har konfigureret. I pfodApp kan du oprette en forbindelse til denne enhed. Se pfodAppForAndroidGettingStarted.pdf for detaljer.

Tilslut derefter for at tænde og slukke Unos LED fra din Android -mobil via wifi.

Så er det færdigt !!

Trin 6: Udvidelser til WiFi Shield og konklusioner

Tilføjelse af kundesupport

Som vist her kan WiFi -skjoldet konfigureres til at køre som en server, der lytter på en bestemt IP og portnummer. PfodWifiConfig yder dog også understøttelse af lagring og hentning af klientindstillinger samt serverindstillinger. Så ved at tilføje disse felter til konfigurationswebsiden og gemme/indlæse klientværdierne, kan du også bruge dette WiFi Shield til at oprette forbindelse til en fjernserver med et klientnavn og adgangskode og uploade data dertil.

Tilføjelse af ekstern konfigurationsknap og LED

Som nævnt ovenfor ville du i en rigtig applikation montere en kortvarig trykknap på ydersiden af projektets boks, der er forbundet til CONFIG_LINK, og instruere brugeren om at trykke på trykknappen og derefter tænde enheden for at komme i konfigurationstilstand. Koden, du indlæste i ESP8266-01, driver GPIO0-stiften LAVT, når modulet er i konfigurationstilstand, så du kan tilslutte en 270ohm modstand og LED mellem 3.3V-skinnen og GPIO0 og montere lysdioden på ydersiden af boksen, til angive for brugeren, at de er i konfigurationstilstand.

Konklusion

Denne Rev 2 i ESP8266-01 WiFi Shield bruger det billige og let tilgængelige ESP8266-01-modul. Andre ESP8266 moduler kan også bruges.

Når den er programmeret, behøver du aldrig at programmere den igen for at indstille eller ændre netværksindstillingerne. De kan alle indstilles via en webside på et sikkert midlertidigt WiFi -netværk.

Det er enkelt at interface til enhver mikro, der har en UART og fungerer med både 5V eller 3.3V mikroprocessorer.

Der kræves ingen biblioteker for at oprette forbindelse til dette skjold. Det kører som en simpel seriel til WiFi -bro.