Uno scudo WiFi ESP8266 più economico per Arduino e altri micro: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Aggiornamento: 29 ottobre 2020

Testato con la libreria di schede ESP8266 V2.7.4 – funziona

Aggiornamento: 23 settembre 2016

Non utilizzare la libreria della scheda Arduino ESP V2.3.0 per questo progetto. V2.2.0 funziona

Aggiornamento: 19 maggio 2016

La revisione 14 di questo progetto rivede le librerie e il codice per funzionare con il plug-in IDE ESP8266.com V2.2

Aggiornamento: 17 dicembre 2105

La Rev 11 di questo progetto ripulisce altri tentativi di connessione se è già connesso. Utilizza anche il timeout impostato da web config. Rev 10 ha ignorato l'impostazione del timeout.

Aggiornamento: 11 novembre 2015

Questo è il Rev 10 di questo progetto. Rev 10 utilizza una libreria WiFi non bloccante, pfodESP8266WiFi, che si abbassa per un rendimento maggiore in particolare per i client Windows. Consente inoltre la configurazione della pagina Web della velocità di trasmissione seriale.

Aggiornamento: 23 ottobre 2015

Questo è il Rev 8 di questo progetto. Rev 8 ha migliorato il codice ESP8266 che è più affidabile. NOTA: ogni pacchetto inviato interrompe questo codice fino a quando il destinatario (client) non riconosce il pacchetto. Questo può richiedere tra 10 ms e 200 ms. Durante questo periodo i dati seriali in entrata dall'UART non vengono gestiti. Il buffer seriale in entrata può bufferizzare 256 byte. A 9600 baud occorrono circa 270 ms per riempire il buffer, quindi finché si mantiene la velocità di trasmissione seriale a 9600 o meno non si dovrebbero perdere dati in uscita mentre ESP8266 sta inviando il pacchetto precedente. Questo ti fornisce una buona connessione WiFi. Se la connessione WiFi è scadente, un pacchetto può essere perso e deve essere ritrasmesso dall'ESP826, quindi il buffer in entrata seriale potrebbe riempirsi se stai tentando di inviare molti dati e alcuni dei tuoi dati potrebbero essere persi.

Aggiornamento: 20 settembre 2015

Questo è il Rev 3 di questo progetto. Rev 3 aggiunge un'impostazione di timeout della connessione alla configurazione della pagina web. Se non c'è invio o ricezione di dati in quel lasso di tempo WiFi Shield chiude la connessione e ne attende una nuova. Ciò garantisce che WiFi Shield si riprenda dalle connessioni "semichiuse" che si verificano quando il client scompare a causa di una cattiva connessione Wi-Fi, della perdita di alimentazione del router o dello spegnimento forzato del client. Vedere Rilevamento di connessioni socket TCP/IP semiaperte (perse) per maggiori dettagli.

Questo timeout di connessione predefinito è 15 sec. ma può essere modificato secondo necessità. Impostarlo su 0 significa non scadere mai. Quando si utilizza pfodDesigner, impostare un aggiornamento del menu inferiore al timeout della connessione.

introduzione

Questo è il Rev 11 di ESP8266-01 WiFi Shield ed è un'alternativa allo scudo Wifi economico/semplice per Arduino e altri micro. Se crei solo un Wifi Shield, allora Cheap/Simple Wifi Shield per Arduino e altri micro è il progetto da utilizzare in quanto è il più semplice da cablare. Tuttavia, se disponi già di un modulo ESP8266-01, puoi utilizzare queste istruzioni per creare uno scudo WiFi utilizzandolo.

Se si dispone di uno degli altri moduli nudi ESP8266, a condizione che il modulo disponga di GPIO0 e GPIO2 disponibili, è possibile utilizzare queste istruzioni. Se il modulo rende accessibile GPIO15 DEVI collegarlo a GND tramite un resistore di valore compreso tra 3K3 e 10K

Rev 10 non necessita di alcun I/O aggiuntivo sulla scheda Arduino, a parte TX/RX e alimentazione 5V e GND. La Rev 10 utilizza GPIO0 e GPIO2 come ConfigLink, come descritto in questa pagina, ESP8266-01 Pin Magic. Anche gli schizzi di codice utilizzati in Rev10 sono ora esattamente gli stessi di quelli utilizzati in Cheap/Simple Wifi Shield per Arduino e altri micro. Sostituisce anche la scheda figlia dell'alimentatore da 5V a 3V con 3 componenti discreti e utilizza una rete di resistori per i cinque resistori 3K3. La prima versione Rev 1 è qui.

Queste istruzioni sono disponibili anche su www.pfod.com.au.

Caratteristiche

• Utilizza il modulo ESP8266-01 economico e facilmente disponibile: è possibile utilizzare anche altri moduli ESP8266
• Semplice da usare: lo schermo compatibile con 5 V e 3,3 V funge da bridge da UART a WiFi. Imposta un server sull'IP e sulla porta che configuri e una volta connesso passa semplicemente i dati da e verso la connessione seriale. Non sono necessarie librerie nel micro di connessione, solo una connessione seriale (UART), quindi può essere utilizzata per qualsiasi microprocessore che disponga di una porta seriale. Può anche essere modificato per essere configurato per effettuare una connessione client (con login opzionale) a un server remoto.
• Semplice da configurare: - Cortocircuitare un collegamento e accendere lo shield, lo mette in modalità di configurazione. In questa modalità crea un punto di accesso sicuro a cui puoi connetterti tramite il tuo cellulare o computer. Quindi l'apertura di https://10.1.1.1 presenta una pagina Web in cui è possibile configurare il nome e la password della rete e l'IP e il numero di porta su cui lo scudo dovrebbe ascoltare le connessioni. La pagina web di configurazione utilizza la convalida HTML5 per controllare le impostazioni dell'utente.

Passaggio 1: elenco delle parti

Questo ESP8266-01 WiFi Shield necessita delle seguenti parti o simili. I prezzi qui mostrati sono aggiornati al 30 agosto 2015 e escludono le spese di spedizione:-

• Modulo WiFi ESP8266-01 - ~ US $ 2,50 online (cogli le tue possibilità) OPPURE per un prodotto affidabile SparkFun o Adafruit ESP8266-01 - US $ 6,95
• Uno Protoshield – US $ 1,88 (o ProtoShield Basic per Arduino da Jaycar AU $ 4,95)
• Intestazione a 36 pin Element14 - US $ 0,95 (o 4 intestazioni senza saldatura - 10 pin direttamente da SparkFun US $ 1,50 o morsettiera a 40 pin da Jaycar AU $ 0,95)
• LD1117V33 3.3V regolatore Element14 – US $ 0,67
• 1 off 1N5819 Schottky Diode Element14 - US $ 0,16 (o Jaycar AU $ 0,80) (qualsiasi diodo Schottky va bene)
• BOURNS 4606X-101-332LF RESISTOR NETWORK, 3K3 - US $ 0,27 (questi resistori di pull-up possono avere qualsiasi valore nell'intervallo da 3K3 a 10K) puoi anche utilizzare solo 5 resistori 3K3 discreti invece come in Rev 1, ad es. Resistori 3K3 – Digikey – US $ 0,52 (o 3K3ohm 1/2 Watt 1% Resistori a film metallico – Pk.8 da Jaycar AU $ 0,55)

• 1 off 330R resistor Element14 US$0.05 OPPURE Resistore Sparkfun 330 Ohm 1/6 Watt PTH - 20 pack US$0.95 (o 330ohm 1/2 Watt 1% Resistenze a film metallico - Pk.8 da Jaycar AU$0.55)

• 1 condensatore 0.1uF Element14 - US $ 0,21 O Sparkfun US $ 0,25
• 1 condensatore 10uF Element14 - US $ 0,11 O Sparkfun US $ 0,45

Costo totale ~ $ 6,80 + spedizione (ad agosto 2015) OPPURE ~ $ 11,25 utilizzando il modulo Sparkfun o Adafruit ESP8266-01

Per programmare lo shield con la configurazione del pulsante e il programma bridge da UART a WiFi, è necessario anche un cavo da USB a seriale. Qui viene utilizzato un cavo seriale da USB a TTL di SparkFun (US $ 9,95) perché ha estremità ben etichettate e supporta driver per un'ampia gamma di sistemi operativi, ma puoi anche utilizzare il cavo seriale da USB a TTL di Adafruit - Cavo di debug / console per Raspberry Pi che è lo stesso prezzo.

Compreso il cavo di programmazione, il costo per un solo WiFi Shield è di circa 16,75 USD. Una rapida ricerca trova Arduino WiFi Shields che costano da un minimo di US $ 30 fino a oltre US $ 70. Quindi, anche includendo il costo una tantum del cavo di programmazione, questo shield è più economico degli altri shield disponibili, oltre ad essere molto più facile da configurare e utilizzare.

Fase 2: Costruzione

Lo schema sopra (ESP8266_01_WiFi_Shield_R2.pdf) mostra la disposizione delle parti necessarie per questo scudo. Ci sono solo sei componenti, oltre al modulo ESP8266-01.

Il diodo 1N5819 protegge l'ingresso RX ESP8266-01 dalle uscite 5V del microprocessore. Il resistore da 330 ohm (R6) fornisce protezione contro il cortocircuito dell'uscita ESP8266-01 TX, se D1 del microprocessore viene accidentalmente creato un'uscita. È necessaria una sorta di alimentazione 3V3. Il pin 3V3 di Arduino UNO non è abbastanza forte per alimentare il modulo ESP2866. Qui viene utilizzato un regolatore a tre terminali da 5V a 3,3V LD1117V33. Il condensatore da 10uF è necessario per stabilizzare il regolatore LD1117V33, quindi è montato il più vicino possibile all'uscita del regolatore.

Ecco le viste dall'alto e dal basso della scheda completata.

La parte superiore del tabellone sembra pulita. Il fondo del tabellone è un po' un nido di topi.

Assicurati di controllare attentamente il cablaggio quando hai finito, in particolare il cablaggio ai pin dell'ESP8266-01 e del regolatore a tre terminali LD1117V33. È facile collegare al pin sbagliato quando si capovolge e si collega dal basso. Il regolatore è montato capovolto per mantenere la linguetta metallica, che è collegata elettricamente al pin di uscita, lontana dai pin della scheda.

Passaggio 3: Programmazione dello scudo WiFi

Il WiFi Shield deve essere programmato una volta, solo e mai più, con la configurazione della pagina web e il codice Serial to WiFi Bridge.

Per programmare lo scudo, segui i passaggi indicati su https://github.com/esp8266/arduino in Installazione con Boards Manager. Quando si apre Boards Manager dal menu Strumenti → Board e selezionare Type Contributed e installare la piattaforma esp8266. Questo progetto è stato compilato utilizzando la versione ESP8266 1.6.4-673-g8cd3697. Le versioni successive saranno migliori, ma potrebbero avere i propri bug poiché la piattaforma si sta evolvendo rapidamente.

Chiudi e riapri l'IDE Arduino e ora puoi selezionare "Modulo generico ESP8266" dal menu Strumenti → Scheda.

È inoltre necessario installare l'ultima versione di pfodESP2866BufferedClient.zip Questa libreria funziona con il plug-in IDE ESP8266.com V2.2. Se hai precedentemente installato la libreria pfodESP2866WiFi, elimina completamente la directory della libreria.

1. Scarica questo file pfodESP2866BufferedClient.zip sul tuo computer, spostalo sul desktop o in un'altra cartella che puoi trovare facilmente
2. Quindi usa l'opzione del menu IDE di Arduino 1.6.5 Schizzo → Importa libreria → Aggiungi libreria per installarlo. (Se Arduino non ti consente di installarlo perché la libreria esiste già, trova ed elimina la cartella pfodESP8266BufferedClient precedente e quindi importa questa)
3. Arresta e riavvia l'IDE Arduino e in File-> Esempi dovresti ora vedere pfodESP8266BufferedClient.

Impostazione della password del punto di accesso alla configurazione

Dopo aver installato la libreria pfodESP8266BufferedClient, apri l'IDE Arduino e copia questo schizzo, ESP8266_WifiShield.ino, nell'IDE. Prima di programmare lo scudo, è necessario impostare la propria password per il punto di accesso alla configurazione.

In modalità di configurazione, WiFi Shield imposta un punto di accesso sicuro chiamato pfodWifiWebConfig con una password contenuta in un codice QR allegato allo scudo. Questa connessione sicura impedisce a chiunque di ascoltare la tua connessione mentre stai impostando l'ssid e la password della tua rete reale. Dovresti generare la tua password per i tuoi scudi. Un programma Java SecretKeyGenerator è disponibile qui che genera chiavi casuali a 128 bit e scrive file QR.png. Un'altra alternativa è utilizzare QR Droid Private (da Google Play) per creare un codice QR per la password scelta.

In entrambi i casi è necessario aggiornare il #define nella parte superiore dello schizzo con la propria password.

// =============== inizio delle impostazioni pfodWifiWebConfig ==============

// aggiorna questo define con la password dal tuo codice QR //https://www.forward.com.au/pfod/secureChallengeResponse/keyGenerator/index.html #define pfodWifiWebConfigPASSWORD "b0Ux9akSiwKkwCtcnjTnpWp"

Se lo desideri, puoi anche impostare il nome del tuo punto di accesso di configurazione.

Programmazione dello scudo

Per programmare lo scudo, rimuoverlo dalla scheda Arduino, cortocircuitare il FLASH_LINK (mostrato qui con un collegamento di cortocircuito blu al centro della scheda) e collegare il cavo USB a seriale come mostrato nella foto. Controlla la foto e il cablaggio.

Il cavo RX si collega a D0 e il cavo TX si collega a D1. Il VCC (+5V) si collega al pin 5V e GND si collega al pin GND sullo schermo. Cortocircuita il FLASH_LINK come mostrato sopra. La foto sopra è per il cavo da USB a seriale SparkFun. Se stai usando il cavo Adafruit, non ha i terminali contrassegnati ma è codificato a colori, il rosso è alimentazione, il nero è massa, il verde è TX e il bianco è RX.

Controllare attentamente le connessioni VCC e GND in quanto è facile cortocircuitare l'alimentazione USB se si è un pin off

Quindi collegare il cavo USB al computer per accendere ESP8266-01 in modalità di programmazione. Seleziona la sua porta COM nel menu Strumenti → Porta. Lascia la frequenza della CPU, la dimensione del flash e la velocità di caricamento alle impostazioni predefinite

Quindi seleziona File → Carica o usa il pulsante Freccia destra per compilare e caricare il programma. Vengono caricati due file. Se ricevi un messaggio di errore durante il caricamento, controlla che le connessioni dei cavi siano inserite nei pin corretti e riprova. Una volta completata la programmazione, rimuovere il collegamento in cortocircuito da FLASH_LINK.

Allegare il codice QR di configurazione

Avrai bisogno della tua password del punto di accesso di configurazione univoca ogni volta che devi configurare lo scudo, quindi è conveniente allegarlo come codice QR allo scudo (o alla sua custodia). Ecco il file di presentazione di Open Office che è stato utilizzato per stampare il codice QR e i dettagli di connessione per questo progetto. Sostituisci il codice QR e il testo della password con uno univoco per completare lo scudo.

Passaggio 4: configurazione dello scudo WiFi

Qualsiasi scudo WiFi deve essere configurato con il nome di rete e la password della rete locale. È inoltre necessario fornire un IP e un numero di porta su cui ascoltare le connessioni. Tutti gli altri schermi WiFi hanno l'IP e la porta non codificati nello schizzo e codificano il nome e la password della rete o utilizzano un metodo proprietario con app proprietarie per connettersi alla rete locale. Questo è molto restrittivo quando si hanno più dispositivi in un ambiente in evoluzione. Questo WiFi Shield utilizza un metodo di pagina Web open source per configurare sia il nome e la password di rete, sia l'indirizzo IP e il numero di porta.

L'ESP8266-01 ha un numero molto limitato di uscite disponibili, solo GPIO0 e GPIO2. In questo progetto, dopo l'accensione, il codice nell'ESP2866-01 controlla se GPIO2 è collegato a terra e, in tal caso, imposta l'ESP8266-01 in modalità di configurazione. Tuttavia, la messa a terra dell'ingresso GPIO2 deve essere ritardata fino al termine dell'accensione dell'ESP8266-01. Se GPIO2 viene messo a terra durante l'accensione, il modulo ESP8266-01 non si avvia normalmente. Questo ritardo nella messa a terra di GPIO2 si ottiene utilizzando GPIO0 come massa. Dopo l'avvio di ESP8266-01, il codice setup() rende GPIO0 un output e lo imposta su LOW. Questo metterà a terra GPIO2 se CONFIG_LINK è stato messo in cortocircuito.

La prima versione di questo progetto (Rev 1), utilizzava un I/O digitale Arduino aggiuntivo per eseguire questa messa a terra, che richiedeva codice aggiuntivo nello sketch Arduino. Rev 2+, elimina la necessità di qualsiasi codice aggiuntivo nello sketch Arduino, oltre a un breve ritardo nella parte superiore di setup() per ignorare l'output di debug di ESP8266.

Per testare la configurazione dello scudo WiFi ESP8266-01, basta collegarlo a una scheda Arduino, cortocircuitare CONFIG_LINK (collegamento di cortocircuito blu a sinistra dell'immagine) e alimentare la scheda Arduino.

In questa modalità di configurazione il modulo ESP8266 configura un punto di accesso sicuro con il nome pfodWifiWebConfig. Questo punto di accesso verrà visualizzato sul tuo cellulare e sul tuo computer. Per connetterti a questo punto di accesso dovrai inserire la password univoca per il tuo scudo. Puoi digitare la password a mano, ma è più facile e affidabile scansionare il codice QR che hai precedentemente allegato allo scudo, utilizzando un'app per scanner QR, come QR Droid Private

Quindi copia e incolla la password nella schermata delle impostazioni WiFi del tuo cellulare per connettere il tuo cellulare al punto di accesso di configurazione.

Quindi apri un browser web e digita l'URL https://10.1.1.1 Questo restituirà la pagina web di configurazione.

Il WiFi Shield compila automaticamente l'SSID di rete con la rete locale con la migliore potenza del segnale. Che di solito sarà quello che desideri. Se non basta sovrascrivere quella voce. È necessario immettere un SSID di rete, una password e un numero di porta. Il campo dell'indirizzo IP è facoltativo. Se lo lasci vuoto, WiFi Shield utilizzerà DHCP per ottenere il suo indirizzo IP sulla rete locale. Spesso è più semplice specificare un indirizzo IP specifico in modo da poterti connettere facilmente a questo shield.

Rev 10 consente anche di configurare il baud rate seriale per questo shield. L'impostazione predefinita è 19200, ma gli esempi qui utilizzano 9600, quindi modifica la velocità di trasmissione in 9600

Se il tuo browser è compatibile con HTML5, la pagina web convaliderà l'input prima di inviarlo.

Quando fai clic sul pulsante Configura, WiFi Shield elaborerà i risultati e li memorizzerà in EEPROM e quindi visualizzerà una pagina di risposta, come quella sopra, che ti dice di spegnere e riaccendere per connetterti alla tua rete.

Passaggio 5: utilizzo della protezione WiFi

In un progetto completo, monteresti un pulsante momentaneo all'esterno della scatola del tuo progetto collegato a CONFIG_LINK e indicheresti all'utente di premere il pulsante e quindi accendere il dispositivo per entrare in modalità di configurazione. Il codice che hai caricato nell'ESP8266-01 guida anche il pin GPIO0 di ESP8266 quando il modulo è in modalità di configurazione, quindi puoi collegare un resistore da 270 ohm e un LED tra la guida da 3,3 V e GPIO0 e montare il LED all'esterno della scatola, per indicare all'utente che è in modalità config.

Rev 10 consente anche di configurare il baud rate seriale per questo shield. L'impostazione predefinita è 19200, ma gli esempi qui utilizzano 9600, quindi modifica la velocità di trasmissione in 9600 nella pagina Web di configurazione, sopra

Come accennato in precedenza, qualsiasi schizzo caricato nel tuo Arduino o in un altro microprocessore richiede un breve ritardo per saltare l'output di debug dal modulo ESP8266. A parte questo, per ricevere e inviare dati via WiFi, dal tuo sketch, ti basta leggere e scrivere sulla tua porta seriale (collegata a D0, D1) a 9600 baud. Quindi, per ignorare l'output di debug di ESP8266 aggiungere un breve ritardo nella parte superiore del metodo setup()

void setup() {

ritardo(1000); // attendi qui per un secondo e lascia che ESP8266 completi l'accensione // questo salta anche l'output di debug di WiFi Shield all'accensione // prima di avviare la connessione seriale. …. altro codice di configurazione qui

L'esempio qui utilizza un Arduino UNO ma è possibile utilizzare qualsiasi microprocessore, basato su 5 V o 3,3 V che abbia un UART. Se utilizzi un microprocessore da 3,3 V, dovrai fornire 5 V all'alimentatore di WiFi Shield. Questo 5V sarà anche collegato al pin 5V dello shield, quindi è necessario verificare che questo sia accettabile per il micro a cui si sta collegando lo shield.

Come test di questo shield, è stata utilizzata pfodApp per accendere e spegnere il LED di Uno tramite WiFi. Per prima cosa è stato utilizzato pfodDesigner per progettare un semplice menu.

NOTA: l'ultima versione di pfodApp invia messaggi keepAlive in modo che lo scudo wifi non scada

Successivamente è stato generato il codice per la connessione seriale a 9600 baud e trasferito il file al PC, utilizzando il trasferimento file wifi.

Il setup() dello sketch non ha avuto bisogno di aggiungere il ritardo (1000) perché il parser pfod ignora tutti i caratteri al di fuori di { }, ma è stato incluso perché è consigliato per questa scheda WiFi.

Lo schizzo completo, ESP8266_UnoLedControl.ino è qui. Nota che non esiste un codice WiFi speciale, lo sketch legge e scrive semplicemente sull'output seriale.

Rimuovi il WiFi Shield, seleziona Strumenti → Scheda → Uno nell'IDE di Arduino e programma questo schizzo in UNO. NOTA: è necessario rimuovere lo scudo WiFi per programmare l'UNO perché l'USB è collegato ai pin TX/RX dell'UNO.

Ricollega WiFi Shield, si collegherà automaticamente alla tua rete locale e avvierà un server sulla porta che hai configurato. In pfodApp puoi configurare una connessione per questo dispositivo. Vedere pfodAppForAndroidGettingStarted.pdf per i dettagli.

Quindi connettiti per accendere e spegnere il LED di Uno dal tuo cellulare Android tramite wifi.

Questo è finito!!

Passaggio 6: estensioni per il WiFi Shield e conclusioni

Aggiunta dell'assistenza clienti

Come presentato qui, lo scudo WiFi può essere configurato per funzionare come server in ascolto su un IP e un numero di porta specificati. Tuttavia, pfodWifiConfig fornisce anche supporto per l'archiviazione e il recupero delle impostazioni del client e delle impostazioni del server. Quindi, aggiungendo questi campi alla pagina web di configurazione e salvando/caricando i valori del client, puoi anche utilizzare questo WiFi Shield per connetterti a un server remoto, con un nome utente e una password del client, e caricare i dati lì.

Aggiunta di pulsanti e led di configurazione esterni

Come accennato in precedenza, in un'applicazione reale monteresti un pulsante momentaneo all'esterno della scatola del tuo progetto collegato a CONFIG_LINK e indicheresti all'utente di premere il pulsante e quindi accendere il dispositivo per entrare in modalità di configurazione. Il codice che hai caricato nell'ESP8266-01 guida il pin GPIO0 LOW quando il modulo è in modalità di configurazione, quindi puoi collegare un resistore da 270 ohm e un LED tra il binario da 3,3 V e il GPIO0 e montare il led all'esterno della scatola, per indicare all'utente di essere in modalità di configurazione.

Conclusione

Questa Rev 2 di ESP8266-01 WiFi Shield utilizza il modulo ESP8266-01 economico e facilmente disponibile. È possibile utilizzare anche altri moduli ESP8266.

Una volta programmato, non sarà più necessario riprogrammarlo per impostare o modificare le impostazioni di rete. Possono essere tutti impostati tramite una pagina Web su una rete WiFi temporanea sicura.

È semplice da interfacciare a qualsiasi micro che ha un UART e funziona con entrambi i microprocessori 5V o 3,3V.

Non sono necessarie librerie per connettersi a questo shield. Funziona come un semplice bridge da seriale a WiFi.