Levnější štít ESP8266 WiFi pro Arduino a další mikroskopy: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Aktualizace: 29. října 2020

Testováno s knihovnou desek ESP8266 V2.7.4 - funguje

Aktualizace: 23. září 2016

Pro tento projekt nepoužívejte knihovnu desek Arduino ESP V2.3.0. V2.2.0 funguje

Aktualizace: 19. května 2016

Rev 14 tohoto projektu reviduje knihovny a kód tak, aby fungovaly s ESP8266.com IDE plug-in V2.2

Aktualizace: 17. prosince 2105

Rev 11 tohoto projektu vyčistí další pokus o připojení, pokud je již připojen. Také používá časový limit nastavený webovou konfigurací. Rev 10 ignoroval nastavení časového limitu.

Aktualizace: 11. listopadu 2015

Toto je Rev 10 tohoto projektu. Rev 10 používá neblokující knihovnu WiFi, pfodESP8266WiFi, která se snižuje pro vyšší propustnost, zejména pro klienty Windows. Umožňuje také konfiguraci webové stránky sériové přenosové rychlosti.

Aktualizace: 23. října 2015

Toto je Rev 8 tohoto projektu. Rev 8 vylepšil spolehlivější kód ESP8266. UPOZORNĚNÍ: Každý odeslaný paket zastaví tento kód, dokud příjemce (klient) paket nepotvrdí. To může trvat 10 mS až 200 mS. Během této doby nejsou zpracovávána příchozí sériová data z UART. Příchozí sériová vyrovnávací paměť může ukládat do vyrovnávací paměti 256 bajtů. Při 9600 baudech trvá naplnění vyrovnávací paměti přibližně 270 mS, takže pokud udržíte sériovou přenosovou rychlost na 9600 nebo méně, neměli byste ztratit žádná odchozí data, zatímco ESP8266 odesílá předchozí paket. To vám zajistí dobré WiFi připojení. Pokud je připojení WiFi špatné, paket může být ztracen a musí být znovu odeslán pomocí ESP826, pak se vyrovnávací paměť pro sériový příchozí server může zaplnit, pokud se pokoušíte odeslat velké množství dat a část vašich dat může být ztracena.

Aktualizace: 20. září 2015

Toto je Rev 3 tohoto projektu. Rev 3 přidává do konfigurace webové stránky nastavení časového limitu připojení. Pokud do té doby nedojde k odesílání ani přijímání dat, WiFi Shield ukončí připojení a čeká na nové. To zajišťuje, že se WiFi Shield zotaví z „napůl zavřených“připojení, ke kterým došlo, když klient prostě zmizí kvůli špatnému připojení WiFi, ztrátě napájení na routeru nebo nucenému vypnutí klienta. Další podrobnosti viz Detekce pootevřených (upuštěných) připojení soketů TCP/IP.

Výchozí časový limit tohoto připojení je 15 sekund. ale lze jej podle potřeby změnit. Nastavení na 0 znamená, že nikdy nevyprší časový limit. Při používání pfodDesigner nastavte aktualizaci nabídky kratší než časový limit připojení.

Úvod

Toto je Rev 11 WiFi štítu ESP8266-01 a je alternativou k levnému/jednoduchému WiFi štítu pro Arduino a další mikroskopy. Pokud vyrábíte pouze jeden Wifi štít, pak je projekt použitelný levný/jednoduchý štít Wifi pro Arduino a další mikroskopy, protože je nejjednodušší se připojit. Pokud však již máte modul ESP8266-01, můžete pomocí těchto pokynů vytvořit štít WiFi pomocí něj.

Pokud máte jeden z dalších holých modulů ESP8266 za předpokladu, že modul má k dispozici GPIO0 a GPIO2, můžete použít tyto pokyny. Pokud modul zpřístupňuje GPIO15, MUSÍTE jej připojit k GND přes odpor s hodnotou mezi 3K3 a 10K

Rev 10 nepotřebuje žádné další I/O na desce Arduino, jiné než TX/RX a 5V napájení a GND. Rev 10 používá GPIO0 a GPIO2 jako ConfigLink, jak je popsáno na této stránce, ESP8266-01 Pin Magic. Také náčrtky kódu použité v Rev10 jsou nyní úplně stejné jako ty, které se používají v Cheap/Simple Wifi Shield pro Arduino a další mikro. Nahrazuje také dceřinou desku napájecího zdroje 5 V až 3 V se 3 diskrétními součástmi a pro pět rezistorů 3K3 používá síť odporů. První verze Rev 1 je zde.

Tyto pokyny jsou také k dispozici na www.pfod.com.au.

Funkce

• Využívá levný a snadno dostupný modul ESP8266-01:- Lze použít i jiné moduly ESP8266
• Jednoduché použití:- Štít kompatibilní s 5V a 3,3V funguje jako most UART k WiFi. Nastaví server na IP a portu, který konfigurujete, a po připojení pouze předává data do a ze sériového připojení. V připojovacím mikroprocesoru nejsou potřeba žádné knihovny, pouze sériové (UART) připojení, takže jej lze použít pro jakýkoli mikroprocesor, který má sériový port. Lze jej také upravit tak, aby byl konfigurován tak, aby prováděl připojení klienta (s volitelným přihlášením) ke vzdálenému serveru.
• Jednoduchá konfigurace:- Zkratováním odkazu a napájením štítu jej uvedete do konfiguračního režimu. V tomto režimu vytvoří zabezpečený přístupový bod, ke kterému se můžete připojit pomocí mobilního telefonu nebo počítače. Poté otevření https://10.1.1.1 představuje webovou stránku, kde můžete nakonfigurovat název a heslo vaší sítě a IP a číslo portu, na kterém by měl štít naslouchat při připojení. Konfigurační webová stránka používá ke kontrole uživatelských nastavení ověření HTML5.

Krok 1: Seznam dílů

Tento WiFi štít ESP8266-01 potřebuje následující součásti nebo podobné. Zde uvedené ceny jsou k 30. srpnu 2015 a nezahrnují náklady na dopravu:-

• WiFi modul ESP8266-01-~ 2,50 USD online (využijte své šance) NEBO pro spolehlivý produkt SparkFun nebo Adafruit ESP8266-01-6,95 USD
• Uno Protoshield - 1,88 USD (nebo ProtoShield Basic pro Arduino od Jaycar 4,95 USD)
• 36kolíkový konektor Element14-0,95 USD (nebo 4 off pájecí hlavičky-10pinový přímo ze SparkFun 1,50 USD nebo 40 pinový konektorový konektor od Jaycaru 0,95 USD)
• Regulátor LD1117V33 3,3 V Element14 - 0,67 USD
• 1 off 1N5819 Schottky Diode Element14 - 0,16 USD (nebo Jaycar AU 0,80 $) (postačí jakákoli Schottkyho dioda)
• BOURNS 4606X-101-332LF RESISTOR NETWORK, 3K3-0,27 USD (Tyto výsuvné odpory mohou mít libovolnou hodnotu v rozsahu 3K3 až 10K), místo toho můžete také použít 5 x diskrétní odpory 3K3 jako v Rev 1 např. Rezistory 3K3 - Digikey - 0,52 USD (nebo 3K3ohm 1/2 Watt 1% kovové filmové rezistory - Pk.8 od Jaycar AU 0,55 $)

• 1 off odpor 330R Element14 US $ 0,05 NEBO zapalovací rezistor 330 Ohm 1/6 W PTH - 20 US $ 0,95 (nebo 330 ohmů 1/2 W 1% kovové filmové rezistory - Pk.8 od Jaycar AU 0,55 $)

• 1 off 0,1uF kondenzátor Element14 - 0,21 USD NEBO Sparkfun 0,25 USD
• 1 off 10uF kondenzátor Element14 - 0,11 USD NEBO Sparkfun 0,45 USD

Celkové náklady ~ 6,80 $ + poštovné (k srpnu 2015) NEBO ~ 11,25 USD pomocí modulu Sparkfun nebo Adafruit ESP8266-01

K programování štítu pomocí konfigurace tlačítka a programu UART na WiFi bridge potřebujete také kabel USB na sériový port. Zde se používá sériový kabel SparkFun USB na TTL (9,95 USD), protože má pěkně označené konce a má podporu ovladačů pro širokou škálu operačních systémů, ale můžete také použít sériový kabel Adafruit USB na TTL - Debug / Console Cable pro Raspberry Pi, který je stejná cena.

Včetně programovacího kabelu je cena pouze za jeden WiFi štít ~ 16,75 USD. Rychlé vyhledávání zjistí, že WiFi štíty Arduino stojí minimálně 30 USD až přes 70 USD. Takže dokonce včetně jednorázových nákladů na programovací kabel je tento štít levnější než ostatní dostupné štíty a je také mnohem snazší konfigurovat a používat.

Krok 2: Konstrukce

Výše uvedené schéma (ESP8266_01_WiFi_Shield_R2.pdf) ukazuje uspořádání částí potřebných pro tento štít. Kromě modulu ESP8266-01 existuje pouze šest komponent.

Dioda 1N5819 chrání vstup ESP8266-01 RX před 5V výstupy mikroprocesoru. Rezistor 330 ohmů (R6) poskytuje ochranu před zkratem výstupu ESP8266-01 TX, pokud je omylem výstupem D1 mikroprocesoru. Je zapotřebí nějaký druh napájení 3V3. Pin 3V3 Arduino UNO není dostatečně silný, aby mohl napájet modul ESP2866. Zde se používá třívodičový 5V až 3,3V regulátor LD1117V33. Kondenzátor 10uF potřebuje stabilizovat regulátor LD1117V33, takže je namontován co nejblíže výstupu regulátoru.

Zde jsou pohledy shora a zdola na dokončenou desku.

Horní část desky vypadá čistě. Spodní část desky je trochu krysího hnízda.

Po dokončení pečlivě zkontrolujte zapojení, zejména kabeláž ke kolíkům ESP8266-01 a regulátoru tří svorek LD1117V33. Je snadné připojit kabel na špatný kolík, když otočíte a zapojíte zespodu. Regulátor je namontován vzhůru nohama, aby kovový jazýček, který je elektricky připojen k výstupnímu kolíku, držel mimo kolíky desky.

Krok 3: Programování štítu WiFi

WiFi Shield je třeba naprogramovat jednou, pouze a nikdy více, s konfigurací webové stránky a kódem Serial to WiFi Bridge.

Chcete -li štít naprogramovat, postupujte podle pokynů na stránce https://github.com/esp8266/arduino v části Instalace pomocí Správce desek. Při otevírání Správce desek z nabídky Nástroje → Deska vyberte Typ přispěl a nainstalujte platformu esp8266. Tento projekt byl sestaven pomocí ESP8266 verze 1.6.4-673-g8cd3697. Pozdější verze mohou být lepší, ale mohou mít své vlastní chyby, protože se platforma rychle vyvíjí.

Zavřete a znovu otevřete Arduino IDE a nyní můžete vybrat „Obecný modul ESP8266“z nabídky Nástroje → Deska.

Musíte také nainstalovat nejnovější verzi pfodESP2866BufferedClient.zip Tato knihovna funguje s doplňkem ESP8266.com IDE V2.2. Pokud jste dříve nainstalovali knihovnu pfodESP2866WiFi, zcela odstraňte tento adresář knihovny.

1. Stáhněte si tento soubor pfodESP2866BufferedClient.zip do počítače, přesuňte jej na plochu nebo do jiné složky, kterou můžete snadno najít
2. Poté nainstalujte pomocí nabídky Arduino 1.6.5 IDE Skica → Importovat knihovnu → Přidat knihovnu. (Pokud vám Arduino nedovolí instalaci, protože knihovna již existuje, najděte a odstraňte starší složku pfodESP8266BufferedClient a poté importujte tuto)
3. Zastavte a restartujte Arduino IDE a v části Soubor-> Příklady byste nyní měli vidět pfodESP8266BufferedClient.

Nastavení hesla konfiguračního přístupového bodu

Jakmile nainstalujete knihovnu pfodESP8266BufferedClient, otevřete Arduino IDE a zkopírujte tuto skicu, ESP8266_WifiShield.ino, do IDE. Před programováním štítu musíte nastavit vlastní heslo pro přístupový bod konfigurace.

V konfiguračním režimu WiFi Shield nastaví zabezpečený přístupový bod s názvem pfodWifiWebConfig s heslem obsaženým v QR kódu připojeném ke štítu. Toto zabezpečené připojení brání tomu, aby kdokoli naslouchal vašemu připojení, zatímco nastavujete ssid a heslo vaší skutečné sítě. Pro své štíty byste si měli vygenerovat vlastní heslo. Zde je k dispozici java program SecretKeyGenerator, který generuje náhodné 128bitové klíče a zapisuje soubory QR.png. Další alternativou je použít QR Droid Private (z Google Play) k vytvoření QR kódu pro vámi zvolené heslo.

V obou případech je třeba aktualizovat #define v horní části náčrtu pomocí vlastního hesla.

// ================ začátek nastavení pfodWifiWebConfig ===============

// aktualizujte tuto definici heslem z vašeho QR kódu //https://www.forward.com.au/pfod/secureChallengeResponse/keyGenerator/index.html #define pfodWifiWebConfigPASSWORD "b0Ux9akSiwKkwCtcnjTnpWp"

Pokud si přejete, můžete také nastavit vlastní konfiguraci názvu přístupového bodu.

Programování štítu

Chcete -li štít naprogramovat, sejměte jej z desky Arduino, zkratujte FLASH_LINK (zde zobrazeno s modrým zkratovacím odkazem uprostřed desky) a připojte kabel USB k sériovému kabelu, jak je znázorněno na fotografii. Zkontrolujte fotografii a vaše zapojení.

Kabel RX se připojuje k D0 a kabel TX se připojuje k D1. VCC (+5V) se připojuje ke kolíku 5V a GND se připojuje ke kolíku GND na stínění. Zkratujte FLASH_LINK, jak je uvedeno výše. Výše uvedená fotografie je pro kabel SparkFun USB to Serial. Pokud používáte kabel Adafruit, není označen vývody, ale je barevně označen, červená je napájení, černá je uzemněna, zelená je TX a bílá je RX.

Pečlivě zkontrolujte připojení VCC a GND, protože je snadné zkratovat napájecí zdroj USB, pokud jste na jeden pin

Poté zapojte kabel USB do počítače a zapněte ESP8266-01 v režimu programování. Vyberte jeho port COM v nabídce Nástroje → Port. Nechte frekvenci CPU, velikost Flash a rychlost odesílání na výchozím nastavení

Poté vyberte Soubor → Nahrát nebo pomocí tlačítka Šipka vpravo program zkompilujte a nahrajte. Nahrají se dva soubory. Pokud se vám při nahrávání zobrazí chybová zpráva, zkontrolujte, zda jsou vaše kabelová připojení zapojena do správných kolíků, a zkuste to znovu. Jakmile je programování dokončeno, odstraňte zkratovací odkaz z FLASH_LINK.

Připojení konfiguračního QR kódu

Vaše jedinečné heslo přístupového bodu konfigurace budete potřebovat pokaždé, když potřebujete konfigurovat štít, takže je vhodné jej připojit jako QR kód na štít (nebo jeho pouzdro). Zde je soubor prezentace Open Office, který byl použit k vytištění QR kódu a podrobností o připojení pro tento projekt. Nahraďte štít kódem QR a textem hesla svým vlastním unikátním.

Krok 4: Konfigurace štítu WiFi

Jakýkoli štít WiFi je třeba nakonfigurovat pomocí názvu sítě a hesla místní sítě. Také je třeba mu přidělit IP a číslo portu, aby bylo možné naslouchat připojení. Všechny ostatní štíty WiFi nemají v náčrtu pevně zakódováno IP a port a buď pevně naprogramujte název sítě a heslo, nebo použijte proprietární metodu s proprietárními aplikacemi pro připojení k místní síti. To je velmi omezující, pokud máte více zařízení v vyvíjejícím se prostředí. Tento štít WiFi používá webovou stránku s otevřeným zdrojovým kódem ke konfiguraci názvu sítě a hesla, IP adresy a čísla portu.

ESP8266-01 má velmi omezený počet dostupných výstupů, pouze GPIO0 a GPIO2. V tomto provedení po zapnutí kód v ESP2866-01 zkontroluje, zda je GPIO2 uzemněn, a pokud ano, nastaví ESP8266-01 v konfiguračním režimu. Uzemnění vstupu GPIO2 však musí být odloženo, dokud se napájení ESP8266-01 nedokončí. Pokud je GPIO2 během napájení uzemněn, modul ESP8266-01 se nespustí normálně. Toto zpoždění při uzemnění GPIO2 je dosaženo použitím GPIO0 jako uzemnění. Po spuštění ESP8266-01 kód setup () udělá z GPIO0 výstup a nastaví ho na LOW. Pokud dojde ke zkratu CONFIG_LINK, pak se uzemní GPIO2.

První verze tohoto projektu (Rev.1) používala k tomuto uzemnění další digitální I/O Arduino, což vyžadovalo další kód v náčrtu Arduino. Rev 2+, odstraňuje potřebu dalšího kódu v náčrtu Arduino, kromě krátkého zpoždění v horní části setup () ignoruje ladicí výstup ESP8266.

Chcete-li vyzkoušet konfiguraci WiFi štítu ESP8266-01, stačí jej připojit k desce Arduino, zkratovat CONFIG_LINK (modrý zkratovací odkaz v levé části obrázku) a připojit desku Arduino k napájení.

V tomto konfiguračním režimu modul ESP8266 nastaví zabezpečený přístupový bod s názvem pfodWifiWebConfig. Tento přístupový bod se zobrazí na vašem mobilu a na vašem počítači. K připojení k tomuto přístupovému bodu budete muset zadat jedinečné heslo pro váš štít. Heslo můžete zadat ručně, ale je snazší a spolehlivější naskenovat QR kód, který jste dříve připojili ke svému štítu, pomocí aplikace skeneru QR, jako je QR Droid Private

Poté zkopírujte a vložte heslo na obrazovku nastavení WiFi vašeho mobilního telefonu a připojte svůj mobil k přístupovému bodu konfigurace.

Poté otevřete webový prohlížeč a zadejte URL https://10.1.1.1. Tím se vrátí konfigurační webová stránka.

WiFi Shield automaticky vyplní SSID sítě místní sítí s nejlepší silou signálu. Který obvykle bude ten, který chcete. Pokud ne, přepište tento záznam. Musíte zadat SSID sítě, heslo a číslo portu. Pole IP adresa je volitelné. Pokud ponecháte pole prázdné, bude štít WiFi používat k získání IP adresy ve vaší místní síti DHCP. Často je snazší určit konkrétní IP adresu, abyste se k tomuto štítu mohli snadno připojit.

Rev 10 vám také umožňuje konfigurovat sériovou přenosovou rychlost pro tento štít. Výchozí hodnota je 19200, ale zde uvedené příklady používají 9600, takže změňte přenosovou rychlost na 9600

Pokud je váš prohlížeč kompatibilní s HTML5, webová stránka ověří zadání před odesláním.

Když kliknete na tlačítko Konfigurovat, WiFi štít zpracuje výsledky a uloží je do EEPROM a poté zobrazí stránku s odpovědí, jako je ta výše, která vám řekne, abyste se připojili k vaší síti.

Krok 5: Použití štítu WiFi

V kompletním projektu byste na vnější stranu krabice svého projektu připojeného k CONFIG_LINK připojili chvilkové tlačítko a dali uživateli pokyn, aby stiskl tlačítko a poté zařízení zapnul, aby se dostal do konfiguračního režimu. Kód, který jste nahráli do ESP8266-01, také řídí pin ESIO ESP8266 GPIO0 LOW, když je modul v konfiguračním režimu, takže mezi kolej 3,3 V a GPIO0 můžete připojit odpor 270 LED a LED a namontovat LED na vnější stranu krabice, aby uživateli naznačil, že jsou v konfiguračním režimu.

Rev 10 vám také umožňuje konfigurovat sériovou přenosovou rychlost pro tento štít. Výchozí hodnota je 19200, ale zde uvedené příklady používají 9600, takže změňte přenosovou rychlost na 9600 na konfigurační webové stránce výše

Jak bylo uvedeno výše, každá skica, kterou načtete do svého Arduina nebo jiného mikroprocesoru, potřebuje krátké zpoždění, aby přeskočil ladicí výstup z modulu ESP8266. Kromě toho pro příjem a odesílání dat přes WiFi z vaší skici stačí číst a zapisovat na váš sériový port (připojený k D0, D1) rychlostí 9600 baudů. Chcete -li ignorovat ladicí výstup ESP8266, přidejte krátké zpoždění v horní části metody setup ()

neplatné nastavení () {

zpoždění (1000); // zde chvíli počkejte, než se ESP8266 úplně zapne // tím se také přeskočí ladicí výstup WiFi Shieldu při zapnutí // před spuštěním sériového připojení. …. další instalační kód zde

Zde uvedený příklad používá Arduino UNO, ale můžete použít jakýkoli mikroprocesor na bázi 5 V nebo 3,3 V s UART. Pokud používáte 3,3V mikroprocesor, budete muset na zdroj WiFi Shield dodat 5V. Tento 5V bude také připojen k 5V pinu štítu, takže musíte zkontrolovat, zda je to přijatelné pro mikro, do kterého zapojujete štít.

Jako test tohoto štítu byl pfodApp použit k zapnutí a vypnutí LED Uno přes WiFi. Nejprve byl pfodDesigner použit k návrhu jednoduchého menu.

POZNÁMKA: Nejnovější verze aplikace pfodApp odesílá zprávy keepAlive, aby časový štít wifi nevypršel

Poté byl kód vygenerován pro sériové připojení rychlostí 9600 baudů a přenesen soubor do počítače pomocí přenosu souborů wifi.

Nastavení skici () nepotřebovalo přidat zpoždění (1000), protože analyzátor pfod ignoruje všechny znaky mimo {}, ale bylo zahrnuto, protože je doporučeno pro tuto desku WiFi.

Kompletní skica ESP8266_UnoLedControl.ino je zde. Všimněte si, že neexistuje žádný speciální WiFi kód, skica jen čte a zapisuje do sériového výstupu.

Odstraňte WiFi štít, v Arduino IDE vyberte Nástroje → Deska → Uno a naprogramujte tuto skicu do UNO. POZNÁMKA: Pro naprogramování UNO musíte odstranit WiFi štít, protože USB je připojeno k pinům UNO TX/RX.

Připojte WiFi štít zpět, automaticky se připojí k vaší místní síti a spustí server na konfigurovaném portu. V pfodApp můžete nastavit připojení pro toto zařízení. Podrobnosti najdete na pfodAppForAndroidGettingStarted.pdf.

Poté se připojte a zapněte a vypněte LED diodu Uno ze svého mobilního zařízení Android přes wifi.

Tím to skončilo !!

Krok 6: Rozšíření pro WiFi štít a závěry

Přidání podpory klienta

Jak je zde uvedeno, štít WiFi lze nakonfigurovat tak, aby běžel jako server naslouchající na zadané adrese IP a portu č. PfodWifiConfig však také poskytuje podporu pro ukládání a načítání nastavení klienta a nastavení serveru. Když tedy přidáte tato pole na konfigurační webovou stránku a uložíte/načtete hodnoty klienta, můžete se pomocí tohoto štítu WiFi připojit také ke vzdálenému serveru pomocí uživatelského jména a hesla klienta a odeslat na něj data.

Přidání externího konfiguračního tlačítka a LED

Jak již bylo uvedeno výše, ve skutečné aplikaci byste na vnější stranu krabice svého projektu připojeného k CONFIG_LINK připojili momentální tlačítko a dali uživateli pokyn, aby stiskl tlačítko a poté zařízení zapnul, aby se dostal do konfiguračního režimu. Kód, který jste nahráli do ESP8266-01, řídí pin GPIO0 LOW, když je modul v konfiguračním režimu, takže mezi kolej 3,3 V a GPIO0 můžete připojit 270ohmový odpor a LED a namontovat LED na vnější stranu krabice, aby indikují uživateli, že jsou v konfiguračním režimu.

Závěr

Tento Rev 2 WiFi štítu ESP8266-01 využívá levný a snadno dostupný modul ESP8266-01. Lze použít i jiné moduly ESP8266.

Po naprogramování již nikdy nebudete muset programovat znovu, abyste nastavili nebo změnili nastavení sítě. Všechny je lze nastavit prostřednictvím webové stránky na zabezpečené dočasné síti WiFi.

Rozhraní je jednoduché propojit s jakýmkoli mikrořadičem, který má UART a pracuje s mikroprocesory 5 V nebo 3,3 V.

K připojení k tomuto štítu nejsou nutné žádné knihovny. Funguje jako jednoduchý most mezi sériovými a WiFi.