Et billigere ESP8266 WiFi -skjerm for Arduino og andre mikroer: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Oppdatering: 29. oktober 2020

Testet med ESP8266 bordbibliotek V2.7.4 - fungerer

Oppdatering: 23. september 2016

Ikke bruk Arduino ESP -kortbiblioteket V2.3.0 til dette prosjektet. V2.2.0 fungerer

Oppdatering: 19. mai 2016

Rev 14 i dette prosjektet reviderer biblioteker og kode for å fungere med ESP8266.com IDE plug-in V2.2

Oppdatering: 17. desember 2105

Rev 11 i dette prosjektet rydder opp i andre tilkoblingsforsøk hvis det allerede er tilkoblet. Bruker også tidsavbrudd som er angitt av webkonfigurasjonen. Rev 10 ignorerte timeout -innstillingen.

Oppdatering: 11. november 2015

Dette er Rev 10 av dette prosjektet. Rev 10 bruker et ikke-blokkerende WiFi-bibliotek, pfodESP8266WiFi, som går ned for høyere gjennomgang, spesielt for Windows-klienter. Det tillater også konfigurasjon av websider for den serielle overføringshastigheten.

Oppdatering: 23. oktober 2015

Dette er Rev 8 i dette prosjektet. Rev 8 har forbedret ESP8266 -koden som er mer pålitelig. MERK: Hver sendt pakke stopper denne koden til mottakeren (klienten) bekrefter pakken. Dette kan ta mellom 10 og 200 ms. I løpet av den tiden håndteres ikke innkommende seriedata fra UART. Den innkommende serielle bufferen kan buffer 256 byte. Ved 9600 baud tar det omtrent 270 ms å fylle bufferen, så så lenge du holder den serielle overføringshastigheten til 9600 eller mindre, bør du ikke miste utgående data mens ESP8266 sender den forrige pakken. Dette gir deg en god WiFi -tilkobling. Hvis WiFi-tilkoblingen er dårlig, kan en pakke gå tapt og må overføres på nytt av ESP826, da kan den serielle innkommende bufferen fylles opp hvis du prøver å sende mye data, og noen av dataene mine går tapt.

Oppdatering: 20. september 2015

Dette er Rev 3 av dette prosjektet. Rev 3 legger til en timeout -innstilling for tilkobling til nettsidekonfigurasjonen. Hvis det ikke sendes eller mottas data på den tiden, stenger WiFi Shield tilkoblingen og venter på en ny. Dette sikrer at WiFi Shield gjenoppretter fra "halvt lukkede" tilkoblinger, noe som skjer hvis klienten bare forsvinner på grunn av dårlig wifi -tilkobling, strømtap på ruteren eller tvungen nedleggelse av klienten. Se Deteksjon av halvåpne (droppet) TCP/IP-kontaktforbindelser for mer informasjon.

Denne tidsavbruddet for tilkobling er som standard 15 sekunder. men kan endres etter behov. Hvis du setter den til 0 betyr det aldri timeout. Når du bruker pfodDesigner, angir du en menyoppdatering som er mindre enn tilkoblingstiden.

Introduksjon

Dette er Rev 11 av ESP8266-01 WiFi Shield og er et alternativ til Cheap/Simple Wifi Shield for Arduino og andre mikro. Hvis du bare lager ett Wifi Shield, er Cheap/Simple Wifi Shield for Arduino og andre mikroer prosjektet å bruke, da det er det enkleste å koble til. Men hvis du allerede har en ESP8266-01-modul, kan du bruke disse instruksjonene til å lage et WiFi Shield som bruker det.

Hvis du har en av de andre ESP8266 bare modulene, forutsatt at modulen har GPIO0 og GPIO2 tilgjengelig, kan du bruke disse instruksjonene. Hvis modulen gjør GPIO15 tilgjengelig MÅ du koble den til GND via en motstand med en verdi mellom 3K3 og 10K

Rev 10 trenger ingen ekstra I/O på Arduino -kortet, annet enn TX/RX og 5V strøm og GND. Rev 10 bruker GPIO0 og GPIO2 som ConfigLink, som beskrevet på denne siden, ESP8266-01 Pin Magic. Kodeskissene som ble brukt i Rev10 er nå nøyaktig de samme som de som ble brukt i Cheap/Simple Wifi Shield for Arduino og andre mikro. Det erstatter også 5V til 3V strømforsyningens datterkort med 3 diskrete komponenter og bruker et motstandsnettverk for de fem 3K3 -motstandene. Den første versjonen Rev 1 er her.

Disse instruksjonene er også tilgjengelig på www.pfod.com.au.

Funksjoner

• Bruker den rimelige og lett tilgjengelige ESP8266-01-modulen:- Andre ESP8266-moduler kan også brukes
• Enkel å bruke:- Det 5V og 3.3V kompatible skjoldet fungerer som UART til WiFi-bro. Den setter opp en server på IP -en og porten du konfigurerer, og når den først er tilkoblet, sender den bare data til og fra den serielle tilkoblingen. Ingen biblioteker er nødvendige i den tilkoblede mikroen, bare en seriell (UART) tilkobling, så den kan brukes til alle mikroprosessorer som har en seriell port. Det kan også modifiseres for å bli konfigurert til å opprette en klientforbindelse (med valgfri pålogging) til en ekstern server.
• Enkel å konfigurere:- Kortslutte en lenke og slå på skjoldet, setter den i konfigurasjonsmodus. I denne modusen skaper det et sikkert tilgangspunkt som du kan koble til via mobilen eller datamaskinen. Deretter åpner https://10.1.1.1 en nettside der du kan konfigurere nettverkets navn og passord og IP- og portnummeret skjermen skal lytte til for tilkoblinger. Konfigurasjonssiden bruker HTML5 -validering for å kontrollere brukerens innstillinger.

Trinn 1: Deleliste

Dette ESP8266-01 WiFi Shield trenger følgende deler eller lignende. Prisene som vises her er per 30. august 2015 og inkluderer ikke fraktkostnader:-

• WiFi-modul ESP8266-01-~ 2,50 dollar online (ta sjansen) ELLER for pålitelig produkt SparkFun eller Adafruit ESP8266-01-6,95 dollar
• Uno Protoshield - 1,88 dollar (eller ProtoShield Basic for Arduino fra Jaycar 4,95 dollar)
• 36-pins header Element14-US $ 0,95 (eller 4 rabatter på loddfrie overskrifter-10-pins rett fra SparkFun US $ 1,50 eller 40 Pin Header Terminal Strip fra Jaycar AU $ 0,95)
• LD1117V33 3.3V regulator Element14 - 0,67 dollar
• 1 av 1N5819 Schottky Diode Element14 - 0,16 dollar (eller Jaycar AU $ 0,80) (enhver Schottky -diode vil gjøre)
• BOURNS 4606X-101-332LF RESISTOR NETWORK, 3K3-US $ 0.27 (Disse pull-up motstandene kan være hvilken som helst verdi i området 3K3 til 10K) du kan også bare bruke 5 x diskrete 3K3 motstander i stedet som i Rev 1 f.eks. 3K3 motstander - Digikey - US $ 0,52 (eller 3K3ohm 1/2 Watt 1% metallfilmresistorer - Pk.8 fra Jaycar AU $ 0,55)

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

• 1 av 0.1uF kondensator Element14 - 0,21 dollar eller Sparkfun 0,25 dollar
• 1 av 10uF kondensator Element14 - 0,11 dollar eller Sparkfun 0,45 dollar

Totalkostnad ~ 6,80 dollar + frakt (fra august 2015) ELLER 11,25 dollar ved bruk av Sparkfun eller Adafruit ESP8266-01-modulen

For å programmere skjoldet med trykknappkonfigurasjonen og UART til WiFi -broprogram, trenger du også en USB til seriell kabel. Her brukes en SparkFuns USB til TTL seriekabel (9,95 dollar) fordi den har pent merkede ender og har driverstøtte for et bredt spekter av operativsystemer, men du kan også bruke Adafruits USB til TTL seriekabel - Debug / konsollkabel for Raspberry Pi som er samme pris.

Inkludert programmeringskabelen er kostnaden for bare ett WiFi -skjerm ~ 16,75 dollar. Et raskt søk finner Arduino WiFi Shields som koster minst 30 dollar opp til over 70 dollar. Så selv inkludert engangskostnaden for programmeringskabelen er dette skjoldet billigere enn de andre tilgjengelige skjoldene, i tillegg til at det er mye lettere å konfigurere og bruke.

Trinn 2: Konstruksjon

Ovenstående skjematisk (ESP8266_01_WiFi_Shield_R2.pdf) viser arrangementet av delene som trengs for dette skjoldet. Det er bare seks komponenter, i tillegg til ESP8266-01-modulen.

1N5819-dioden beskytter ESP8266-01 RX-inngangen fra mikroprosessorens 5V-utganger. 330ohm (R6) -motstanden gir beskyttelse mot å koble ut ESP8266-01 TX-utgangen, hvis mikroprosessorens D1 ved et uhell blir utsendt. En slags 3V3 -forsyning er nødvendig. Arduino UNOs 3V3 -pinne er ikke sterk nok til å forsyne ESP2866 -modulen. Her brukes en tre terminal 5V til 3.3V regulator LD1117V33. 10uF -kondensatoren er nødvendig for å stabilisere LD1117V33 -regulatoren, så den er montert så nær regulatorens utgang som mulig.

Her er topp- og undersiden av det ferdige brettet.

Toppen av brettet ser ren ut. Bunnen av brettet er litt av et rottereder.

Sørg for å kontrollere ledningene nøye når du er ferdig, spesielt ledningene til pinnene på ESP8266-01 og LD1117V33 treterminalregulatoren. Det er lett å koble til feil pinne når du snur og kabler fra bunnen. Regulatoren er montert opp ned for å holde metallfliken, som er elektrisk koblet til utgangsstiften, borte fra tappene.

Trinn 3: Programmering av WiFi Shield

WiFi Shield må programmeres en gang, bare, og aldri igjen, med konfigurasjonen av websiden og serienummeret til WiFi Bridge.

For å programmere skjoldet, følg trinnene på https://github.com/esp8266/arduino under Installing With Boards Manager. Når du åpner Boards Manager fra Verktøy → Board -menyen og velger Type Contributed og installer esp8266 -plattformen. Dette prosjektet ble kompilert ved bruk av ESP8266 versjon 1.6.4-673-g8cd3697. Senere versjoner kan være bedre, men kan ha sine egne feil siden plattformen utvikler seg raskt.

Lukk og åpne Arduino IDE igjen, og du kan nå velge “Generic ESP8266 Module” fra Verktøy → Brett-meny.

Du må også installere den nyeste versjonen av pfodESP2866BufferedClient.zip Dette biblioteket fungerer med ESP8266.com IDE plug-in V2.2. Hvis du tidligere har installert pfodESP2866WiFi -biblioteket, må du slette bibliotekskatalogen helt.

1. Last ned denne pfodESP2866BufferedClient.zip -filen til datamaskinen din, flytt den til skrivebordet eller en annen mappe du enkelt kan finne
2. Bruk deretter Arduino 1.6.5 IDE -menyalternativet Skisse → Importer bibliotek → Legg til bibliotek for å installere det. (Hvis Arduino ikke lar deg installere det fordi biblioteket allerede finnes, finn og slett den eldre pfodESP8266BufferedClient -mappen, og importer deretter denne)
3. Stopp og start Arduino IDE på nytt, og under Fil-> Eksempler bør du nå se pfodESP8266BufferedClient.

Angi passordet for konfigurasjonstilgangspunkt

Etter at du har installert pfodESP8266BufferedClient -biblioteket, åpner du Arduino IDE og kopierer denne skissen, ESP8266_WifiShield.ino, til IDE. Før du programmerer skjoldet, må du angi ditt eget passord for konfigurasjonstilgangspunktet.

I konfigurasjonsmodus setter WiFi Shield opp et sikkert tilgangspunkt kalt pfodWifiWebConfig med et passord i en QR -kode festet til skjoldet. Denne sikre tilkoblingen forhindrer at noen lytter til tilkoblingen din mens du angir ssid og passord for ditt virkelige nettverk. Du bør generere ditt eget passord for skjoldene dine. Et SecretKeyGenerator java -program er tilgjengelig her som genererer tilfeldige 128 -biters nøkler og skriver ut QR-p.webp

I begge tilfeller må du oppdatere #define nær toppen av skissen med ditt eget passord.

// ================ start av pfodWifiWebConfig -innstillinger ================

// oppdater denne definisjonen med passordet fra QR -koden din //https://www.forward.com.au/pfod/secureChallengeResponse/keyGenerator/index.html #define pfodWifiWebConfigPASSWORD "b0Ux9akSiwKkwCtcnjTnpWp"

Du kan også angi ditt eget konfigurasjonspunkt for tilgangspunkt, hvis du ønsker det.

Programmering av skjoldet

For å programmere skjoldet, fjern det fra Arduino -kortet, kort ut FLASH_LINK (vist her med en blå kortslutningslink i midten av brettet) og koble USB til seriell kabel som vist på bildet. Sjekk bildet og ledningene dine.

RX -ledningen kobles til D0 og TX -ledningen kobles til D1. VCC (+5V) kobles til 5V -pinnen og GND kobles til GND -pinnen på skjermen. Kort ut FLASH_LINK som vist ovenfor. Bildet ovenfor er for SparkFun USB til seriell kabel. Hvis du bruker Adafruit -kabelen, har den ikke merket terminalene, men er fargekodet, rød er strøm, svart er bakken, grønn er TX og hvit er RX.

Kontroller VCC- og GND -tilkoblingene nøye, ettersom det er lett å koble fra USB -strømforsyningen hvis du er en knapp unna

Koble deretter USB-kabelen til datamaskinen for å slå på ESP8266-01 i programmeringsmodus. Velg COM -porten i Verktøy → Port -menyen. La CPU -frekvensen, blitsstørrelsen og opplastingshastigheten stå på standardinnstillingene

Velg deretter Fil → Last opp eller bruk høyre pil -knappen for å kompilere og laste opp programmet. To filer lastes opp. Hvis du får en feilmelding ved opplasting, må du kontrollere at kabeltilkoblingene er plugget inn i riktige pinner, og prøv igjen. Når programmeringen er fullført, fjerner du koblingen fra FLASH_LINK.

Legger til konfigurasjonens QR -kode

Du trenger ditt unike passord for konfigureringstilgangspunkt hver gang du trenger å konfigurere skjoldet, så det er praktisk å feste det som en QR -kode til skjoldet (eller etuiet). Her er Open Office -presentasjonsfilen som ble brukt til å skrive ut QR -koden og tilkoblingsdetaljer for dette prosjektet. Erstatt QR -koden og passordteksten med din egen unike for å fullføre skjoldet.

Trinn 4: Konfigurering av WiFi Shield

Ethvert WiFi -skjold må konfigureres med nettverksnavnet og passordet til det lokale nettverket. Det må også gis en IP- og portnummer for å lytte til tilkoblinger. Alle andre WiFi -skjold har IP -en og porten ikke hardkodet i skissen, og enten hardkoder nettverksnavnet og passordet eller bruker en proprietær metode med proprietære apper for å koble til det lokale nettverket. Dette er veldig restriktivt når du har flere enheter i et miljø som utvikler seg. Dette WiFi -skjoldet bruker en åpen kildekode -metode for å konfigurere både nettverksnavn og passord, og IP -adressen og portnummeret.

ESP8266-01 har et svært begrenset antall tilgjengelige utganger, bare GPIO0 og GPIO2. I denne designen, etter oppstart, sjekker koden i ESP2866-01 om GPIO2 er jordet, og setter i så fall ESP8266-01 i konfigurasjonsmodus. Jordingen av GPIO2-inngangen må imidlertid forsinkes til etter at ESP8266-01 er ferdig. Hvis GPIO2 er jordet under oppstart, starter ikke ESP8266-01-modulen normalt. Denne forsinkelsen i jording av GPIO2 oppnås ved å bruke GPIO0 som bakken. Etter at ESP8266-01 starter, gjør setup () -koden GPIO0 til en utgang og setter den LAV. Dette vil da føre til GPIO2 hvis CONFIG_LINK er kortsluttet.

Den første versjonen av dette prosjektet (Rev 1) brukte en ekstra Arduino digital I/O for å gjøre denne jording, noe som krevde ekstra kode i Arduino -skissen. Rev 2+, fjerner behovet for ekstra kode i Arduino -skissen, annet enn en kort forsinkelse øverst i oppsettet () for å ignorere ESP8266s feilsøkingsutgang.

For å teste konfigurering av ESP8266-01 WiFi Shield, bare koble den til et Arduino-kort, kort CONFIG_LINK (blå shorting-lenke til venstre på bildet) og koble til Arduino-kortet.

I denne konfigurasjonsmodusen setter ESP8266 -modulen opp et sikkert tilgangspunkt med navnet pfodWifiWebConfig. Dette tilgangspunktet vises på mobilen din og på datamaskinen din. For å koble til dette tilgangspunktet må du skrive inn det unike passordet for skjoldet ditt. Du kan skrive inn passordet for hånd, men det er lettere og mer pålitelig å skanne QR -koden du tidligere festet til skjoldet ditt, ved hjelp av en QR -skanner -app, for eksempel QR Droid Private

Deretter kopierer og limer du inn passordet i mobilens WiFi -innstillingsskjerm for å koble mobilen til konfigurasjonstilgangspunktet.

Åpne deretter en nettleser og skriv inn URL -adressen https://10.1.1.1 Dette vil returnere konfigurasjonssiden.

WiFi Shield fyller automatisk ut nettverks -SSID med det lokale nettverket med den beste signalstyrken. Som vanligvis vil være den du vil ha. Hvis ikke bare overskrive den oppføringen. Du må angi en nettverks -SSID og passord og portNr. IP -adressefeltet er valgfritt. Hvis du lar det stå tomt, bruker WiFi Shield DHCP for å få sin IP -adresse på ditt lokale nettverk. Det er ofte lettere å spesifisere en bestemt IP -adresse, slik at du enkelt kan koble deg til dette skjoldet.

Rev 10 lar deg også konfigurere den serielle overføringshastigheten for dette skjoldet. Standard er 19200, men eksemplene her bruker 9600, så endre overføringshastigheten til 9600

Hvis nettleseren din er HTML5 -kompatibel, vil websiden validere inngangen før den sendes.

Når du klikker på Konfigurer -knappen, vil WiFi -skjoldet behandle resultatene og lagre dem i EEPROM og deretter vise en svarside, som den ovenfor, og fortelle deg om å slå av og på for å koble til nettverket.

Trinn 5: Bruke WiFi Shield

I et komplett prosjekt ville du montere en kortvarig trykknapp på utsiden av prosjektboksen som er koblet til CONFIG_LINK, og instruere brukeren om å trykke på trykknappen og deretter slå på enheten for å komme i konfigurasjonsmodus. Koden du lastet inn i ESP8266-01 driver også ESP8266s GPIO0-pin LOW når modulen er i konfigurasjonsmodus, slik at du kan koble til en 270ohm motstand og LED mellom 3.3V-skinnen og GPIO0 og montere LED-en på utsiden av esken, for å indikere for brukeren at de er i konfigurasjonsmodus.

Rev 10 lar deg også konfigurere den serielle overføringshastigheten for dette skjoldet. Standard er 19200, men eksemplene her bruker 9600, så endre overføringshastigheten til 9600 på konfigurasjonssiden ovenfor

Som nevnt ovenfor må enhver skisse du laster inn i Arduino eller en annen mikroprosessor, en kort forsinkelse for å hoppe over feilsøkingsutgangen fra ESP8266-modulen. Annet enn det, for å motta og sende data via WiFi, fra skissen din, leser og skriver du bare til din serielle port (koblet til D0, D1) på 9600 baud. Så for å ignorere ESP8266s feilsøkingsutgang legger du til en kort forsinkelse på toppen av setup () -metoden

ugyldig oppsett () {

forsinkelse (1000); // vent her et sekund la ESP8266 fullføre oppstart // dette hopper også over WiFi Shields feilsøkingsutgang ved oppstart // før du starter seriell tilkobling. …. annen oppsettskode her

Eksemplet her bruker en Arduino UNO, men du kan bruke hvilken som helst mikroprosessor, enten 5V eller 3.3V basert som har en UART. Hvis du bruker en 3,3V mikroprosessor, må du levere 5V til WiFi Shields strømforsyning. Denne 5V vil også bli koblet til skjoldets 5V -pin, så du må sjekke at dette er akseptabelt for mikroen du kobler skjermen til.

Som en test av dette skjoldet ble pfodApp brukt til å slå Unos LED på og av via WiFi. Først ble pfodDesigner brukt til å designe en enkel meny.

MERK: Den siste versjonen av pfodApp sender keepAlive -meldinger slik at wifi -skjoldet ikke blir tidsavbrutt

Deretter ble koden generert for den serielle tilkoblingen på 9600 baud og overført filen til PC -en ved hjelp av wifi -filoverføring.

Skisseens oppsett () trengte ikke å ha lagt til forsinkelsen (1000) fordi pfod -parseren ignorerer tegn utenfor {}, men det var inkludert fordi det er anbefalt for dette WiFi -kortet.

Hele skissen, ESP8266_UnoLedControl.ino er her. Vær oppmerksom på at det ikke er noen spesiell WiFi -kode, skissen leser og skriver bare til serieutgangen.

Fjern WiFi Shield, velg Tools → Board → Uno i Arduino IDE og programmer denne skissen i UNO. MERK: Du må fjerne WiFi -skjoldet for å programmere UNO fordi USB er koblet til UNOs TX/RX -pinner.

Koble WiFi Shield til igjen, den kobles automatisk til ditt lokale nettverk og starter en server på porten du konfigurerte. I pfodApp kan du konfigurere en tilkobling for denne enheten. Se pfodAppForAndroidGettingStarted.pdf for detaljer.

Koble deretter til for å slå Unos LED på og av fra Android -mobilen din via wifi.

Da er det ferdig !!

Trinn 6: Utvidelser for WiFi Shield og konklusjoner

Legger til klientstøtte

Som vist her kan WiFi -skjoldet konfigureres til å kjøre som en server som lytter på en spesifisert IP og portnummer. PfodWifiConfig gir imidlertid også støtte for lagring og henting av klientinnstillinger samt serverinnstillinger. Så ved å legge til disse feltene på konfigurasjonssiden og lagre/laste inn klientverdiene, kan du også bruke dette WiFi Shield til å koble til en ekstern server, med et klientnavn og passord, og laste opp data der.

Legger til ekstern konfigurasjonsknapp og LED

Som nevnt ovenfor vil du i en ekte applikasjon montere en kortvarig trykknapp på utsiden av prosjektboksen som er koblet til CONFIG_LINK, og instruere brukeren om å trykke på trykknappen og deretter slå på enheten for å komme i konfigurasjonsmodus. Koden du lastet inn i ESP8266-01 driver GPIO0-pinnen LOW når modulen er i konfigurasjonsmodus, slik at du kan koble en 270ohm motstand og LED mellom 3.3V-skinnen og GPIO0 og montere lysdioden på utsiden av esken, til angi for brukeren at de er i konfigurasjonsmodus.

Konklusjon

Denne Rev 2 i ESP8266-01 WiFi Shield bruker den billige og lett tilgjengelige ESP8266-01-modulen. Andre ESP8266 -moduler kan også brukes.

Når den er programmert trenger du aldri å programmere den igjen for å angi eller endre nettverksinnstillingene. De kan alle settes via en webside på et sikkert midlertidig WiFi -nettverk.

Det er enkelt å koble til hvilken som helst mikro som har en UART og fungerer med både 5V eller 3.3V mikroprosessorer.

Ingen biblioteker kreves for å koble til dette skjoldet. Den kjører som en enkel serie til WiFi -bro.