WiFi модуль беспроводной связи ESP-01 / ESP-01S на современном чипе ESP8266

В современном быстроразвивающемся мире мы все давно привыкли к тому, что нас практически везде окружают сети беспроводной связи, предлагающие нам возможность осуществления передачи и приёма различного рода данных повсюду, где к таким сетям есть доступ. Среди существующего множества стандартов связи, подавляющему большинству очень хорошо известна технология WiFi, ставшая повседневной обыденностью. Доступ к WiFi есть почти в каждой квартире, сеть активно развивается в общественном транспорте, часто встречается в сферах отдыха, развлечения и досуга. И конечно же, WiFi присутствует в любом современном персональном компьютере, в мобильном телефоне и планшете. Подхватив тенденцию развития беспроводных сетей, разработчики разнообразной электронной техники всё больше внедряют в свои продукты средства удалённого обмена данными, и учат их общаться между собой в сетях нового поколения "Интернет Вещей" (англ. Internet of Things, IoT).

Модули на чипе ESP8266 завоевали заслуженную популярность среди разработчиков собственных электронных проектов благодаря расположению в низкоценовой категории и наличием полноценного базового функционала беспроводной передачи данных по технологии WiFi. ESP-01/S самодостаточен, лёгок в настройке и не нуждается в дополнительной обвязке. Пользователю достаточно выбрать требуемую под поставленную задачу конфигурацию модуля.

Наличие встроенной памяти позволяет ESP8266-01/S работать практически автономно и не зависеть от дополнительных внешних микроконтроллеров. Конструктивное исполнение модулей с ESP-8266EX представляют собой прямую связку из микроконтроллера и микросхемы флеш-памяти для записи и хранения прошивки.

Технические данные

• Контроллер: ESP8266EX Serial WiFi, однокристальная система на основе Tensilica L106 с ультра-низким энергопотреблением, разрядность 32-бит
• Рабочее напряжение: 3.3 В
• Поддерживаемое напряжение: 3.0 - 3.6 В
• Рабочий ток: 71-80 мА
• Максимальный ток: 300 мА
• Ток неглубокого сна: 2 мА
• Ток глубокого сна: 0.02 мА
• Флеш-память:
  • ESP-01: 4МБит (512кБайт) / 8МБит (1 МБайт)
  • ESP-01S: 8МБит (1 МБайт)
• Протоколы WiFi: 802.11 b/g/n
• Диапазон частот: 2.4ГГц-2.5ГГц (2412МГц-2484МГц)
• Режимы WiFi: Клиент, Программная точка доступа, Клиент+Программная точка доступа (station, softAP, station+softAP)
• Защита: WPA-PSK, WPA2-PSK
• Шифрование: WEP, TKIP, AES
• Сетевые протоколы: IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP
• Выводы общего назначения (вход/выход, GPIO): 4
• Максимальный ток на контакт общего назначения: 12 мА, рекомендуемый 6мА
• Технология STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMO
• Выходная мощность в режиме 802.11b: +20dBm
• Интерфейсы: UART, GPIO
• Скорость передачи данных: 300-4608000 бод, по умолчанию 115200 бод
• Встроенный переключатель приёма/передачи, согласующий высокочастотный трансформатор, усилитель мощности
• Встроенные блоки: согласования сети, фазовой автоподстройки частоты, управления питанием, блоки регулирования
• Антенна WiFi: PCB, разведена на плате в виде дорожки
• Поддержка файловой системы SPIFFS
• Поддержка функций Smart Link для устройств на Andriod и iOS
• Поддержка АТ-команд, Облачного Сервера и Наборов Разработки (SDK), обновление прошивки
• Светодиодная индикация:
  • ESP-01: питание, линия TX (GPIO1)
  • ESP-01S: GPIO2
• Цвет поверхности текстолитовой платы
  • ESP-01: синий, чёрный
  • ESP-01S: чёрный
• Шаг между контактами: 2.54 мм
• Рабочая температура: -40°...+125°
• Размеры: 24.8 х 14.3 х 3 мм

ESP8266EX функциональная блок-схема

Ключевыми отличиями в схемах модулей ESP-01 и ESP-01S значатся светодиодные индикаторы рабочих состояний — пара по питанию 3.3В и линии TX-связи (GPIO1) у ESP-01, единственный для вывода GPIO2 у ESP-01S. В обвязке последнего добавлено несколько компонентов фильтрования внутрисхемного питания, фундаментально не влияющих на общую производительность и функциональность. В остальном модули ESP-01 и ESP-01S полностью повторяют друг друга.

Диаграмма выводов ESP-01/S (распиновка)

Модуль ESP-01/S обладает цифровыми выводами (контакты 2-4, 8) общего назначения, работающими с логикой напряжений "1" и "0". Под единицей подразумевается входящее/исходящее напряжение +0.75*Vin-3.6 вольта, называемое высоким сигналом. Под нулём - входящее/исходящее напряжение -0.3-0.25*Vin вольт, называемое низким сигналом. Различные выводы модулей ESP могут иметь встроенные подтягивающие или стягивающие резисторы. Рекомендуемый ток отдельного вывода составляет 6 миллиампер, предельный ток - 12 миллиампер.

Примечание! Превышение значений максимального тока более 12 миллиампер на вывод и напряжения питания более 3.6 вольта может привести к повреждению микроконтроллера.

• EXT_RSTB (RST, RESET) — контакт перезапуска модуля, активен при низкоуровневом сигнале
• CHIP_EN (CH_PD, CH_PU) — контакт включения модуля в рабочий режим. Активен при высокоуровневом сигнале
• GPIO0, GPIO1, GPIO2, GPIO3 — контакт общего назначения, ввод/вывод данных
• VCC — контакт питания модуля, напряжение 3.0-3.6 В
• GND — общий, заземление

Специальные функции:

• Асинхронный последовательный интерфейс UART из 2х линий, устанавливает связь с другими устройствами по шине UART:
  • UART0_RX — контакт GPIO3
  • UART0_TX — контакт GPIO1
  • UART1_TX — контакт GPIO2, может использоваться для вывода отладочной информации
  Подключение от внешних устройств к выводам UART осуществляется по схеме RX->TX, TX->RX.
• ШИМ — выводы GPIO0, GPIO1, GPIO2, GPIO3 с разрядностью до 14-бит. Реализован программным способом в прошивке модуля. Может быть переназначен.

Энергосбережение

За исключением стандартных режимов полного функционирования и выключенного состояния, модуль ESP-01/S поддерживает энергосберегающие режимы, предназначенные для каждого определённого случая.

1. Modem-sleep — настраивается для приложений, использующих функции ШИМ или I2S, заставляющие процессор работать. В случаях, когда WiFi-связь установлена и передача данных не требуется, схема Wi-Fi модема может быть отключена для экономии энергии. Например, в режиме DTIM3, когда ESP8266 "спит" 300 миллисекунд и просыпается на 3 миллисекунды для приёма от точки доступа пакетов беспроводных Маяков (Beacon), общее потребление тока составляет около 20мА.
2. Light-sleep — используется в задачах, в которых поддерживается соединение Wi-Fi и передача данных не требуется, при этом процессор может быть приостановлен. Например, режим коммутатора Wi-Fi. Общее среднее потребление тока составляет около 2 мА.
3. Deep-sleep — глубокий сон оптимален для приложений, которые не требуют подключения Wi-Fi и передают данные c большими задержками по времени. К таким задачам относятся датчики температуры, выполняющие измерения каждые 100 секунд. Например, когда ESP8266EX "спит" 300 секунд и просыпается для соединения с точкой доступа (около 0.3-1 секунды), общее среднее потребление тока намного меньше 1 мА.

Режимы запуска модулей серии ESP

Контакт GPIO15 микросхемы ESP8266 на модуле ESP-01/S не имеет физического вывода. Значения "Высокий" и "Низкий" указывают на уровень входного сигнала у соответствующего контакта.

Добавление платформы ESP8266 в среду разработки ARDUINO IDE

Запустите редактор Ардуино, перейдите в пункт "Настройки" из меню "Файл". В строке "Дополнительные ссылки для менеджера плат" введите адрес:

http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266c...

Закройте окно и перейдите в "Менеджер плат", двигаясь по меню "Инструменты".

Для быстрого нахождения нужного дополнения, в строке поиска укажите esp8266. Нажмите "Установить" и дождитесь надписи Installed, означающей завершение процесса.

Все платформы, входящие в состав пакета установки, стали доступны для программирования.

Управление ESP8266 с помощью АТ команд

Для модулей на базе ESP8266 существует огромный список АТ команд, позволяющий выполнять программные настройки модуля, сканировать доступные сети WiFi и подключаться к любой из них. Набор АТ инструкций содержит разделы с базовыми командами, а также для конфигурирования WiFi режимов и сетевых настроек TCP/IP. Управление АТ командами в ARDUINO IDE осуществляется в окне "Монитор (последовательного) порта" меню "Инструменты". Для корректного общения с модулем ESP8266 необходимо выполнить настройки окна терминала: скорость — 115200 бод, конец строки — NL & CR.

В случае, если отображаемая в окне информация нечитаема, попробуйте поменять скорость на меньшее или большее значение.

Пример выполнения простых команд: AT (проверка модуля на работоспобность) и AT+GMR (проверка версии прошивки)

Установим наш модуль в режим Клиент (доступны: Клиент, Точка доступа, Клиент+Точка доступа) и выполним сканирование доступных сетей

Команда AT+CWMODE_CUR с параметром ? (либо =?) отображает текущий режим WiFi. По умолчанию, фабрично установленное ПО модуля ESP8266 ESP-01/S настроено на Точку доступа (2). Чтобы выполнить сканирование окружающих беспроводных сетей WiFi, необходимо переключиться в режим Клиент (1). Задаём режим повтором команды AT+CWMODE_CUR с окончанием =1. Список сетей, с установленными для них параметрами защиты, названием и др., формируется командой AT+CWLAP.

Справочники по АТ командам ESP8266

В разделе расположены справочные документы, содержащие полный перечень АТ инструкций ESP8266 с подробным описанием каждой из них. Все команды разделены на три раздела — основные АТ команды, WiFi AT команды, TCP/IP AT команды:

• АТ инструкции ESP8266 v1.5.4 (англ., PDF)
• AT инструкции ESP8266 v3.0.2 (англ., PDF)
• АТ команды ESP8266 в примерах v1.3 (англ., PDF)

Техническая информация

• Документация ESP-01 v1.2 (англ., PDF)
• Документация ESP-01S v1.2 (кит., PDF)
• Документация ESP8266EX v1.0 (англ., PDF)