物联网应用开发--Wi-Fi通信（ESP8266模块：STA、AP、STA+AP）_stm32esp8266ap

实现目标

1、熟悉Wi-Fi、ESP8266模块

2、掌握ESP8266模块共3种工作模式：STA、AP、STA+AP的配置

3、具体实现目标：（1）AT固件烧录；（2）ESP8266模块STA、AP、STA+AP的配置

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一、Wi-Fi概述

1、Wi-Fi定义

        Wi-Fi是无线保真的缩写，英文全称为Wireless Fidelity，在无线局域网中是指“无线兼容性认证”，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线联网技术，与蓝牙技术一样，同属于办公室和家庭中使用的短距离无线技术。同蓝牙技术相比，它具备更高的传输速率，更远的传播距离，已经广泛应用于笔记本、手机、汽车等广大领域中。

    Wi-Fi是无线局域网（WLAN）的一个标准，最早的无线局域网可以追溯到上个世纪70年代，基于ALOHA协议的UHF无线网络连接了夏威夷岛，是现在无线局域网的一个最初版本。发展历程如下：

2、Wi-Fi的组网结构

Wi-Fi有两种组网结构：一对多（Infrastructure模式）和点对点（Ad-hoc模式，也叫IBSS模式）。最常用的Wi-Fi是一对多结构。一个AP（接入点），多个接入设备，无线路由器其实就是路由器+AP。Wi-Fi还可以点对点结构，比如两个笔记本可以用Wi-Fi直接连接起来不经过无线路由器。

3、Wi-Fi的频道

        2.4G的Wi-Fi划为14个频道，每个频道带宽20-22Mhz，不同的调制方式带宽稍微不同。每个频道的间隔为5M，很明显，相邻的多个频道是有干扰的，相互没有干扰的只有1，6，11，14或者1，5，9，13，如下图所示。这也是为什么在有多个Wi-Fi热点的地方会上不了网，或者非常慢。现在无线路由器都有手动设置频道的功能，如果在家使用无线路由器最好设置到一个和附近的其他Wi-Fi信号不同的最好是间隔比较远的频道。

4、Wi-Fi的安全性

        常用的Wi-Fi加密有WEP，WPA，WPA2。WEP安全性太差基本上被淘汰了。目前WPA2是被业界认为最安全的加密方式。WPA加密是WEP加密的改进版，包含两种方式：预共享密钥（PSK）和Radius密钥。其中预共享密钥（PSK）有两种密码方式：TKIP和AES，相比TKIP，AES具有更好的安全系数。WPA2加密是WPA加密的升级版，建议优先选用WPA2-PSK AES模式。WPA/WPA2加Radius密钥是一种最安全的加密类型，不过由于此加密类型需要安装Radius服务器，一般用户不容易用到。

二、无线通信技术对比

1、Wi-Fi与其他无线通信技术的覆盖范围数据率对比

2、Wi-Fi与ZigBee、蓝牙对比

三、Wi-Fi模组

1、模组介绍

 ESP8266是一款低成本、高性能的Wi-Fi模块，由Espressif Systems开发。它集成了Wi-Fi功能和TCP/IP协议栈，并可通过串口与主控制器进行通信。ESP8266广泛应用于物联网项目中。下图为深圳安信可 ESP-12F模块。

ESP-12F模块特点:

• 内置 1 路 10 bit 高精度 ADC
• 集成 Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA
• 串口速率最高可达 4Mbps
• 支持 STA/AP/STA+AP 工作模式
• 通用 AT 指令可快速上手
• 内置 Tensilica L106 超低功耗 32 位微型 MCU，主频支持80 MHz 和160 MHz，支持 RTOS

2、工作模式

ESP8266模块共支持3种工作模式：STA、AP、STA+AP

（1）STA模式
       在此模式下，模块可连接其他设备提供的无线网络，例如通过 WIFI 连接至路由器，从而可以访问互联网，进而实现手机或电脑通过互联网实现对设备的远程控制。   
      简单来说，此模式下，模块相当于一个用户，需要链接外部的WIFI（或自己的热点），通过链接的WIFI进行与其他设备的通信。
（2）AP 
        AP 模式为默认的模式，在此模式下，模块将作为热点供其他设备连接， 从而让手机或电脑直接与模块进行通讯，实现局域网的无线控制。
        简单来说，此模式下，该模块相当于提供一个热点，创建一个小范围的局域网，凡是连接上的设备就能与其进行通信。
（3）STA+AP
       该模式为 STA 模式与 AP 模式共存的一种模式，模块既能连接至其他 设备提供的无线网络，又能作为热点，供其他设备连接，以实现广域网与局域网的无缝切换， 方便操作使用。

3、AT指令简介 

        AT 指令是以 AT 开头、回车（<CR>）结尾的特定字符串，AT 后面紧跟的字母和数字表明AT 指令的具体功能。几乎所有的 AT 指令(除了“A/”及“+++”两个指令外)都以一个特定的命令前缀开始，以一个命令结束标志符结束。命令前缀一般由 AT 两个字符组成，命令结束符通常为回车（ <CR>）。模块的响应通常紧随其后，格式为： <回车><换行><响应内容><回车><换行>。

     ESP8266模块使用AT 指令配置使用：通过串口将AT指令传输到ESP8266，ESP8266便依指令工作；也可以通过单片机串口发送AT指令到模块，模块依照AT指令工作。

四、硬件连接

1、开发板ESP8266模块原理图

        说明：P7为USART1、USART2和WIFI功能短接端子。本实验中，用两个跳接帽分别接上P7(3与5)、P7(4与6)。我们通过PC串口助手、USB转串口（CH340）给WIFI模块烧写固件。

五、AT固件烧录

         打开 PC 端的flash_download_tool软件，选择ESP8266 DownloadTool,选择待烧录固件 Ai-Thinker_ESP8266_DOUT_32Mbit_v1.5.4.1-a_20171130.bin 文件，并设置好 bin 文件烧录至芯片的地址信息和其他的一些信息。

软件和固件下载地址：https://download.csdn.net/download/luojuan198780/89336791

烧写步骤：

1、先按住开发板上KIO0和WRST两个按键，再点击软件左下方的“START”按钮，再依次松开WRST、KIO0两个按键。

2、验证

打开串口助手，串口参数：115200,1,8，无发送AT+回车 

六、AP模式实验

AP模式相当于提供一个热点，创建一个小范围的局域网，凡是连接上的设备就能与其进行通信

1、在串口助手上顺序输完下列指令集

AT+CWMODE=2//设置AP模式

AT+RST//重启生效

AT+CWSAP="ATK-MW8266D","12345678",1,4//设置 AP 参数。SSID 为 ATK-MW8266D、密码为 12345678、 通道为 1、加密方式为 WPA_WPA2_PSK （WIFI名称和密码可以设置自己喜欢的名称和密码）

AT+CIPMUX=1//开启多连接

AT+CIPSERVER=1,8086//开启 SERVER 模式，端口号为 8086

注：AT 指令必须大写，且每条指令都需以回车换行符结尾     

2、手机连接ESP8266模块的WIFI

打开手机WLAN（WIFI）,搜索附近的WiFi，可以看到有这样一个名为ATK-MW8266D的WIFI信号，点击输入密码连接。

七、STA模式

STA模式为：该模块相当于一个用户，需要连接外部的WIFI，通过连接的WIFI进行与其他设备的通信。

1、先用手机分享一个热点，并记住热点名称和密码。

2、在串口助手上顺序输完下列指令集

AT+CWMODE=1//设置为 STA 模式

AT+RST//重启生效

AT+CWLAP//查看周围AP（WIFI热点）

AT+CWJAP="Redmi","00000000" //加入 WiFi 热点。WiFi名称：ATK-MW8266D、密码：12345678  注：可用手机分享一个热点，设置WiFi名和密码与热点的一致。

AT+CIPMUX=1//开启多连接

AT+CIPSERVER=1,8086//开启 SERVER 模式，端口号为 8086

3、配置完 上面指令，查看手机个人热点，可以看到ESP8266WIFI已自动连接上手机热点。

八、STA+AP模式

STA+AP：即上面两种模式综合。ESP8266 模块既作客户端，亦作路由器功能。

1、先用手机分享一个热点，并记住热点名称和密码。例如：热点名称：Redmi  热点密码：00000000

2、在串口助手上顺序输完下列指令集

AT+CWMODE=3 设置模块 soft-AP+station 工作模式

AT+CWDHCP=2,1 设置模块打开 AP 工作模式下的 DHCP 功能

AT+RST 重启 ESP8266 模块，使模块进入 soft-AP+station 模式

AT+CWLAP//查看周围AP（WIFI热点）

AT+CWJAP=“热点名称”,“热点密码” 启动 ESP8266 模块连接 AP 热点 （例如：AT+CWJAP="Redmi","00000000" ）

AT+CWJAP? 查看 EPS8266 模块当前连接的 AP 热点

AT+CIPSTA? 查看 EPS8266 模块当前获取到的 IP 地址

AT+CWSAP_CUR=“热点名称”，“热点密码”,热点信道,热点加密方式 设置配置 ESP8266 的热点信息（例如：AT+CWSAP_CUR=“ESP8266123”,“00000000”,6,3 ）

AT+CWSAP? 查看配置的 ESP8266 的热点信息

AT+CIPAP=”192.168.2.1” 配置 ESP8266 当前使用的 IP 地址

AT+CIPAP? 读取 AP 热点当前使用的 IP 地址

AT+CIPMUX=1//1 开启多连接  0 是单路连接模式

AT+CIPSERVER=1,8086//开启 SERVER 模式，端口号为 8086

AT+CIFSR 查看模块的 IP 地址

3、配置完 上面指令，查看手机个人热点，可以看到ESP8266WIFI已自动连接上手机热点。并用另外一部手机搜索到 Wi-Fi 热点 ESP8266123，并使用密码 00000000进行连接。下图为连接图片。

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总结