物联网中的ESP8266该这么用！

秋名山码神

发布于 2023-11-03 09:04:41

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1. 前言

在学习物联网的过程中，大家首先想到的通信应该就是蓝牙和wifi了，而wifi中又属esp8266比较出名，包括esp32的快速崛起也离不开起本身内置wife和蓝牙，这个模块本身可以连接路由器，也可以作为热点让你的手机来连接他。本文主要从以下几个方面来进行讲解：

简单概述esp8266
搞定其AT指令集
MQTT协议的概述
示例

2. 概述esp8266

ESP8266是一款以太网控制器芯片，由乐鑫科技（Espressif Systems）推出。它是一种低成本、高性能的Wi-Fi模块，广泛应用于物联网和嵌入式系统领域。

完整的WIFE网络解决方案，可独立运行，也可作为模块从动装置搭载到其他soc
ESP8266模块内部集成了Wi-Fi无线通信功能，支持802.11b/g/n标准，可以连接到无线网络并进行数据传输。它通过串口与主控设备通信，并提供了AT指令集，简化了与主控设备的交互
可以采用Arduino IDE、MicroPython、NodeMCU等多种开发环境
ESP8266具有良好的可扩展性，可以通过外部Flash存储器扩展其储存容量，支持OTA（Over-The-Air）固件升级
ESP8266 RTOS SDK，支持FreeRTOS操作系统

具体参数：

硬件接口介绍：

UART接口：UART（通用异步收发传输器）接口是ESP8266与其他设备进行串行通信的主要接口，它可通过RX和TX引脚连接到其他设备。通过UART接口，可以实现与计算机、传感器、其他微控制器等设备的数据收发和控制。
GPIO口：ESP8266具有多个GPIO（通用输入/输出）口，用于与其他外围设备进行交互。GPIO口支持数字输入输出和PWM功能，可以通过编程来控制各种外设，如LED灯、继电器、开关等。
I2C接口：I2C（Inter-Integrated Circuit）接口是一种串行通信接口，可以连接多个设备，使用两根线（SDA和SCL）实现数据传输。ESP8266通过I2C接口可以与其他I2C设备通信，如传感器、显示屏等。
SPI接口：SPI（Serial Peripheral Interface）接口也是一种串行通信接口，可以连接多个设备，使用四根线（MISO、MOSI、SCK和SS）实现数据传输。ESP8266通过SPI接口可以与其他SPI设备通信，如Flash存储器、LCD显示屏等。
ADC接口：ESP8266内部集成了一个ADC（模数转换器），用于将模拟信号转换为数字信号。ADC接口可以连接到传感器等模拟设备，读取模拟值并将其转换为数字数据。
PWM接口：ESP8266的GPIO口支持PWM（脉冲宽度调制）功能，可用于控制电机、灯光等外设的亮度和速度。
SDIO接口：SDIO（Secure Digital Input Output）接口是一种高速的串行数据接口，常用于SD卡和MMC卡的读写操作。ESP8266通过SDIO接口可以连接到SD卡或MMC卡，实现数据存储和读取。

3. AT命令来控制模块

esp8266按照乐鑫官方的指令有上百条，但是常用的就10来条，下面我列举一些，其他的读者若需要可以下载乐鑫的用户手册查看。

AT：测试ESP8266模块是否在线，并返回“OK”表示模块正常工作。
AT+RST：重置ESP8266模块，并返回“ready”表示模块已经准备好。
AT+CWMODE=：设置ESP8266的工作模式，其中参数取值为1、2或3，分别对应STA模式、AP模式和STA+AP模式。
AT+CWJAP=,：连接到指定的Wi-Fi网络，其中和分别为需要连接的Wi-Fi网络名称和密码。该指令执行成功后，ESP8266会自动获取IP地址。
AT+CIFSR：获取ESP8266当前IP地址。
AT+CIPMUX=：设置ESP8266的多连接模式，其中参数取值为0或1，分别表示单连接模式和多连接模式。
AT+CIPSTART=,,：建立TCP或UDP连接，其中参数为“TCP”或“UDP”，参数为连接目标IP地址，参数为连接目标端口号。
AT+CIPSEND=：设置ESP8266发送数据的长度，其中参数为待发送数据的长度，发送数据时需先执行该指令。
AT+CIPCLOSE：关闭ESP8266当前连接。

记得把端口打开：Windows打开特定端口

使用的调试助手为野火多功能调试助手

AT参考

4. MQTT协议的概述

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的、基于发布/订阅模型的消息传输协议，适用于物联网和移动应用等场景，他们之间的关系大概就像下面这张图一样：

具体协议介绍，后续有机会，单独开一篇来讲解。

5. 示例

代码取自野火，完整代码在野火论坛，公开资料

通用代码：

初始化函数

void ESP8266_Init ( void )
{
	ESP8266_GPIO_Config (); 
	
	ESP8266_USART_Config (); 
	
	
	macESP8266_RST_HIGH_LEVEL();

	macESP8266_CH_ENABLE();
	
	
}

初始化GPIO

static void ESP8266_GPIO_Config ( void )
{
	/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;


	/* 配置 CH_PD 引脚*/
	macESP8266_CH_PD_APBxClock_FUN ( macESP8266_CH_PD_CLK, ENABLE ); 
											   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macESP8266_CH_PD_PIN;	

	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   
   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 

	GPIO_Init ( macESP8266_CH_PD_PORT, & GPIO_InitStructure );	 

	
	/* 配置 RST 引脚*/
	macESP8266_RST_APBxClock_FUN ( macESP8266_RST_CLK, ENABLE ); 
											   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macESP8266_RST_PIN;	

	GPIO_Init ( macESP8266_RST_PORT, & GPIO_InitStructure );	 


}

初始化串口

static void ESP8266_USART_Config ( void )
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	
	
	/* config USART clock */
	macESP8266_USART_APBxClock_FUN ( macESP8266_USART_CLK, ENABLE );
	macESP8266_USART_GPIO_APBxClock_FUN ( macESP8266_USART_GPIO_CLK, ENABLE );
	
	/* USART GPIO config */
	/* Configure USART Tx as alternate function push-pull */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  macESP8266_USART_TX_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(macESP8266_USART_TX_PORT, &GPIO_InitStructure);  
  
	/* Configure USART Rx as input floating */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = macESP8266_USART_RX_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(macESP8266_USART_RX_PORT, &GPIO_InitStructure);
	
	/* USART1 mode config */
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = macESP8266_USART_BAUD_RATE;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
	USART_Init(macESP8266_USARTx, &USART_InitStructure);
	
	
	/* 中断配置 */
	USART_ITConfig ( macESP8266_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE ); //使能串口接收中断 
	USART_ITConfig ( macESP8266_USARTx, USART_IT_IDLE, ENABLE ); //使能串口总线空闲中断 	

	ESP8266_USART_NVIC_Configuration ();
	
	
	USART_Cmd(macESP8266_USARTx, ENABLE);
	
	
}

配置中断

static void ESP8266_USART_NVIC_Configuration ( void )
{
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; 
	
	
	/* Configure the NVIC Preemption Priority Bits */  
	NVIC_PriorityGroupConfig ( macNVIC_PriorityGroup_x );

	/* Enable the USART2 Interrupt */
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = macESP8266_USART_IRQ;	 
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

常规的结束，接下来就是移植代码，ESP8266，接收发送模块化代码

/*
 * 函数名：ESP8266_Rst
 * 描述  ：重启WF-ESP8266模块
 * 输入  ：无
 * 返回  : 无
 * 调用  ：被 ESP8266_AT_Test 调用
 */
void ESP8266_Rst ( void )
{
	#if 0
	 ESP8266_Cmd ( "AT+RST", "OK", "ready", 2500 );   	
	
	#else
	 macESP8266_RST_LOW_LEVEL();
	 Delay_ms ( 500 ); 
	 macESP8266_RST_HIGH_LEVEL();
	#endif

}


/*
 * 函数名：ESP8266_Cmd
 * 描述  ：对WF-ESP8266模块发送AT指令
 * 输入  ：cmd，待发送的指令
 *         reply1，reply2，期待的响应，为NULL表不需响应，两者为或逻辑关系
 *         waittime，等待响应的时间
 * 返回  : 1，指令发送成功
 *         0，指令发送失败
 * 调用  ：被外部调用
 */
bool ESP8266_Cmd ( char * cmd, char * reply1, char * reply2, u32 waittime )
{    
	strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength = 0;               //从新开始接收新的数据包

	macESP8266_Usart ( "%s\r\n", cmd );

	if ( ( reply1 == 0 ) && ( reply2 == 0 ) )                      //不需要接收数据
		return true;
	
	Delay_ms ( waittime );                 //延时
	
	strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF [ strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength ]  = '\0';

	macPC_Usart ( "%s", strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF );
  
	if ( ( reply1 != 0 ) && ( reply2 != 0 ) )
		return ( ( bool ) strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, reply1 ) || 
						 ( bool ) strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, reply2 ) ); 
 	
	else if ( reply1 != 0 )
		return ( ( bool ) strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, reply1 ) );
	
	else
		return ( ( bool ) strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, reply2 ) );
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_AT_Test
 * 描述  ：对WF-ESP8266模块进行AT测试启动
 * 输入  ：无
 * 返回  : 无
 * 调用  ：被外部调用
 */
//void ESP8266_AT_Test ( void )
//{
//	macESP8266_RST_HIGH_LEVEL();
//	
//	Delay_ms ( 1000 ); 
//	
//	while ( ! ESP8266_Cmd ( "AT", "OK", NULL, 500 ) ) ESP8266_Rst ();  	

//}
void ESP8266_AT_Test ( void )
{
	char count=0;
	
	macESP8266_RST_HIGH_LEVEL();	
	Delay_ms ( 1000 );
	while ( count < 10 )
	{
		if( ESP8266_Cmd ( "AT", "OK", NULL, 500 ) ) return;
		ESP8266_Rst();
		++ count;
	}
}


/*
 * 函数名：ESP8266_Net_Mode_Choose
 * 描述  ：选择WF-ESP8266模块的工作模式
 * 输入  ：enumMode，工作模式
 * 返回  : 1，选择成功
 *         0，选择失败
 * 调用  ：被外部调用
 */
bool ESP8266_Net_Mode_Choose ( ENUM_Net_ModeTypeDef enumMode )
{
	switch ( enumMode )
	{
		case STA:
			return ESP8266_Cmd ( "AT+CWMODE=1", "OK", "no change", 2500 ); 
		
	  case AP:
		  return ESP8266_Cmd ( "AT+CWMODE=2", "OK", "no change", 2500 ); 
		
		case STA_AP:
		  return ESP8266_Cmd ( "AT+CWMODE=3", "OK", "no change", 2500 ); 
		
	  default:
		  return false;
  }
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_JoinAP
 * 描述  ：WF-ESP8266模块连接外部WiFi
 * 输入  ：pSSID，WiFi名称字符串
 *       ：pPassWord，WiFi密码字符串
 * 返回  : 1，连接成功
 *         0，连接失败
 * 调用  ：被外部调用
 */
bool ESP8266_JoinAP ( char * pSSID, char * pPassWord )
{
	char cCmd [120];

	sprintf ( cCmd, "AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"", pSSID, pPassWord );
	
	return ESP8266_Cmd ( cCmd, "OK", NULL, 5000 );
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_BuildAP
 * 描述  ：WF-ESP8266模块创建WiFi热点
 * 输入  ：pSSID，WiFi名称字符串
 *       ：pPassWord，WiFi密码字符串
 *       ：enunPsdMode，WiFi加密方式代号字符串
 * 返回  : 1，创建成功
 *         0，创建失败
 * 调用  ：被外部调用
 */
bool ESP8266_BuildAP ( char * pSSID, char * pPassWord, ENUM_AP_PsdMode_TypeDef enunPsdMode )
{
	char cCmd [120];

	sprintf ( cCmd, "AT+CWSAP=\"%s\",\"%s\",1,%d", pSSID, pPassWord, enunPsdMode );
	
	return ESP8266_Cmd ( cCmd, "OK", 0, 1000 );
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_Enable_MultipleId
 * 描述  ：WF-ESP8266模块启动多连接
 * 输入  ：enumEnUnvarnishTx，配置是否多连接
 * 返回  : 1，配置成功
 *         0，配置失败
 * 调用  ：被外部调用
 */
bool ESP8266_Enable_MultipleId ( FunctionalState enumEnUnvarnishTx )
{
	char cStr [20];
	
	sprintf ( cStr, "AT+CIPMUX=%d", ( enumEnUnvarnishTx ? 1 : 0 ) );
	
	return ESP8266_Cmd ( cStr, "OK", 0, 500 );
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_Link_Server
 * 描述  ：WF-ESP8266模块连接外部服务器
 * 输入  ：enumE，网络协议
 *       ：ip，服务器IP字符串
 *       ：ComNum，服务器端口字符串
 *       ：id，模块连接服务器的ID
 * 返回  : 1，连接成功
 *         0，连接失败
 * 调用  ：被外部调用
 */
bool ESP8266_Link_Server ( ENUM_NetPro_TypeDef enumE, char * ip, char * ComNum, ENUM_ID_NO_TypeDef id)
{
	char cStr [100] = { 0 }, cCmd [120];

  switch (  enumE )
  {
		case enumTCP:
		  sprintf ( cStr, "\"%s\",\"%s\",%s", "TCP", ip, ComNum );
		  break;
		
		case enumUDP:
		  sprintf ( cStr, "\"%s\",\"%s\",%s", "UDP", ip, ComNum );
		  break;
		
		default:
			break;
  }

  if ( id < 5 )
    sprintf ( cCmd, "AT+CIPSTART=%d,%s", id, cStr);

  else
	  sprintf ( cCmd, "AT+CIPSTART=%s", cStr );

	return ESP8266_Cmd ( cCmd, "OK", "ALREAY CONNECT", 4000 );
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_StartOrShutServer
 * 描述  ：WF-ESP8266模块开启或关闭服务器模式
 * 输入  ：enumMode，开启/关闭
 *       ：pPortNum，服务器端口号字符串
 *       ：pTimeOver，服务器超时时间字符串，单位：秒
 * 返回  : 1，操作成功
 *         0，操作失败
 * 调用  ：被外部调用
 */
bool ESP8266_StartOrShutServer ( FunctionalState enumMode, char * pPortNum, char * pTimeOver )
{
	char cCmd1 [120], cCmd2 [120];

	if ( enumMode )
	{
		sprintf ( cCmd1, "AT+CIPSERVER=%d,%s", 1, pPortNum );
		
		sprintf ( cCmd2, "AT+CIPSTO=%s", pTimeOver );

		return ( ESP8266_Cmd ( cCmd1, "OK", 0, 500 ) &&
						 ESP8266_Cmd ( cCmd2, "OK", 0, 500 ) );
	}
	
	else
	{
		sprintf ( cCmd1, "AT+CIPSERVER=%d,%s", 0, pPortNum );

		return ESP8266_Cmd ( cCmd1, "OK", 0, 500 );
	}
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_Get_LinkStatus
 * 描述  ：获取 WF-ESP8266 的连接状态，较适合单端口时使用
 * 输入  ：无
 * 返回  : 2，获得ip
 *         3，建立连接
 *         3，失去连接
 *         0，获取状态失败
 * 调用  ：被外部调用
 */
uint8_t ESP8266_Get_LinkStatus ( void )
{
	if ( ESP8266_Cmd ( "AT+CIPSTATUS", "OK", 0, 500 ) )
	{
		if ( strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "STATUS:2\r\n" ) )
			return 2;
		
		else if ( strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "STATUS:3\r\n" ) )
			return 3;
		
		else if ( strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "STATUS:4\r\n" ) )
			return 4;		

	}
	
	return 0;
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_Get_IdLinkStatus
 * 描述  ：获取 WF-ESP8266 的端口（Id）连接状态，较适合多端口时使用
 * 输入  ：无
 * 返回  : 端口（Id）的连接状态，低5位为有效位，分别对应Id5~0，某位若置1表该Id建立了连接，若被清0表该Id未建立连接
 * 调用  ：被外部调用
 */
uint8_t ESP8266_Get_IdLinkStatus ( void )
{
	uint8_t ucIdLinkStatus = 0x00;
	
	
	if ( ESP8266_Cmd ( "AT+CIPSTATUS", "OK", 0, 500 ) )
	{
		if ( strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "+CIPSTATUS:0," ) )
			ucIdLinkStatus |= 0x01;
		else 
			ucIdLinkStatus &= ~ 0x01;
		
		if ( strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "+CIPSTATUS:1," ) )
			ucIdLinkStatus |= 0x02;
		else 
			ucIdLinkStatus &= ~ 0x02;
		
		if ( strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "+CIPSTATUS:2," ) )
			ucIdLinkStatus |= 0x04;
		else 
			ucIdLinkStatus &= ~ 0x04;
		
		if ( strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "+CIPSTATUS:3," ) )
			ucIdLinkStatus |= 0x08;
		else 
			ucIdLinkStatus &= ~ 0x08;
		
		if ( strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "+CIPSTATUS:4," ) )
			ucIdLinkStatus |= 0x10;
		else 
			ucIdLinkStatus &= ~ 0x10;	

	}
	
	return ucIdLinkStatus;
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_Inquire_ApIp
 * 描述  ：获取 F-ESP8266 的 AP IP
 * 输入  ：pApIp，存放 AP IP 的数组的首地址
 *         ucArrayLength，存放 AP IP 的数组的长度
 * 返回  : 0，获取失败
 *         1，获取成功
 * 调用  ：被外部调用
 */
uint8_t ESP8266_Inquire_ApIp ( char * pApIp, uint8_t ucArrayLength )
{
	char uc;
	
	char * pCh;
	
	
  ESP8266_Cmd ( "AT+CIFSR", "OK", 0, 500 );
	
	pCh = strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "APIP,\"" );
	
	if ( pCh )
		pCh += 6;
	
	else
		return 0;
	
	for ( uc = 0; uc < ucArrayLength; uc ++ )
	{
		pApIp [ uc ] = * ( pCh + uc);
		
		if ( pApIp [ uc ] == '\"' )
		{
			pApIp [ uc ] = '\0';
			break;
		}
		
	}
	
	return 1;
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_UnvarnishSend
 * 描述  ：配置WF-ESP8266模块进入透传发送
 * 输入  ：无
 * 返回  : 1，配置成功
 *         0，配置失败
 * 调用  ：被外部调用
 */
bool ESP8266_UnvarnishSend ( void )
{
	if ( ! ESP8266_Cmd ( "AT+CIPMODE=1", "OK", 0, 500 ) )
		return false;
	
	return 
	  ESP8266_Cmd ( "AT+CIPSEND", "OK", ">", 500 );
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_ExitUnvarnishSend
 * 描述  ：配置WF-ESP8266模块退出透传模式
 * 输入  ：无
 * 返回  : 无
 * 调用  ：被外部调用
 */
void ESP8266_ExitUnvarnishSend ( void )
{
	Delay_ms ( 1000 );
	
	macESP8266_Usart ( "+++" );
	
	Delay_ms ( 500 ); 
	
}


/*
 * 函数名：ESP8266_SendString
 * 描述  ：WF-ESP8266模块发送字符串
 * 输入  ：enumEnUnvarnishTx，声明是否已使能了透传模式
 *       ：pStr，要发送的字符串
 *       ：ulStrLength，要发送的字符串的字节数
 *       ：ucId，哪个ID发送的字符串
 * 返回  : 1，发送成功
 *         0，发送失败
 * 调用  ：被外部调用
 */
bool ESP8266_SendString ( FunctionalState enumEnUnvarnishTx, char * pStr, u32 ulStrLength, ENUM_ID_NO_TypeDef ucId )
{
	char cStr [20];
	bool bRet = false;
	
		
	if ( enumEnUnvarnishTx )
	{
		macESP8266_Usart ( "%s", pStr );
		
		bRet = true;
		
	}

	else
	{
		if ( ucId < 5 )
			sprintf ( cStr, "AT+CIPSEND=%d,%d", ucId, ulStrLength + 2 );

		else
			sprintf ( cStr, "AT+CIPSEND=%d", ulStrLength + 2 );
		
		ESP8266_Cmd ( cStr, "> ", 0, 1000 );

		bRet = ESP8266_Cmd ( pStr, "SEND OK", 0, 1000 );
  }
	
	return bRet;

}


/*
 * 函数名：ESP8266_ReceiveString
 * 描述  ：WF-ESP8266模块接收字符串
 * 输入  ：enumEnUnvarnishTx，声明是否已使能了透传模式
 * 返回  : 接收到的字符串首地址
 * 调用  ：被外部调用
 */
char * ESP8266_ReceiveString ( FunctionalState enumEnUnvarnishTx )
{
	char * pRecStr = 0;
	
	
	strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength = 0;
	strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramFinishFlag = 0;
	
	while ( ! strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramFinishFlag );
	strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF [ strEsp8266_Fram_Record .InfBit .FramLength ] = '\0';
	
	if ( enumEnUnvarnishTx )
		pRecStr = strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF;
	
	else 
	{
		if ( strstr ( strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF, "+IPD" ) )
			pRecStr = strEsp8266_Fram_Record .Data_RX_BUF;

	}

	return pRecStr;
	
}

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