WiFi模块设计2.docx

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WiFi模块设计2

仪器设计实践

课程设计

题目名称：

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

成绩：

评语：

指导老师签名：

日期：

任务与分工

组长：

组员：

组员1、组员2

任务一：

组长、组员1

任务二：

组员2

WiFi模块设计

1.技术概述

ESP8266是⼀个完整且⾃成体系的Wi-Fi络解决⽅案，能够搭载软件应⽤，或通过另⼀个应⽤处理器卸载所有Wi-Fi络功能。

ESP8266在搭载应⽤并作为设备中唯⼀的应⽤处理器时，能够直接从外接闪存中启动。

内置的⾼速缓冲存储器有利于提⾼系统性能，并减少内存需求。

另外⼀种情况是，⽆线上接⼊承担Wi-Fi适配器的任务时，可以将其添加到任何基于微控制器的设计中，连接简单易⾏，只需通SPI/SDIO接⼝或中央处理器AHB桥接⼝即可。

ESP8266强⼤的⽚上处理和存储能⼒，使其可通过GPIO⼝集成传感器及其他应⽤的特定设备，实现了最低前期的开发和运⾏中最少地占⽤系统资源。

ESP8266⾼度⽚内集成，包括天线开关balun、电源管理转换器，因此仅需极少的外部电路，且包括前端模块在内的整个解决⽅案在设计时将所占PCB空间降到最低。

装有ESP8266的系统表现出来的领先特征有：

节能VoIP在睡眠/唤醒模式之间的快速切换、配合低功率操作的⾃适应⽆线电偏置、前端信号的处理功能、故障排除和⽆线电系统共存特性为消除蜂窝/蓝⽛/DDR/LVDS/LCD干扰。

图1

2、ATK-ESP8266WIFI模块简介

ATK-ESP8266是ALIENTEK推出的一款高性能的UART-WiFi（串口-无线WIFI）模块，ATK-ESP8266板载ai-thinker公司的ESP8266模块，该模块通过FCC，CE认证，可直接用于产品出口欧美地区。

ATK-ESP8266模块采用串口（LVTTL）与MCU（或其他串口设备）通信，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口与WIFI之间的转换。

通过ATK-ESP8266模块，传统的串口设备只是需要简单的串口配置，即可通过网络（WIFI）传输自己的数据。

ATK-ESP8266模块支持LVTTL串口，兼容3.3V和5V单片机系统，可以很方便的与产品进行连接。

模块支持串口转WIFISTA、串口转AP和WIFISTA+WIFIAP的模式，从而快速构建串口-WIFI数据传输方案，方便你的设备使用互联网传输数据。

ATK-ESP8266模块非常小巧（29mm*19mm），模块通过6个2.54mm间距的排针与外部相连。

引脚的详细描述如下

2.1模块使用

本文档，我们将介绍大家如何通过STM32连接到ATK-ESP8266WIFI模块，实现：

串口无线AP（COM-AP）、串口无线STA（COM-STA）和串口无线AP+STA（COM-AP+STA）这3个模式的测试，每个模式又包含TCP服务器、TCP客户端和UDP这3个子模式，本节我们将详细介绍这些模式的使用。

模块配置可以通过串口配置，这里我们通过开发板串口配置，并实现通信。

2.1.1AT指令简介

在AT模式下可以通过串口的AT指令对系统参数做配置。

指令格式如下：

AT+=\r\n

根据不同指令，模块将返回不同的返回值。

其中\r\n为回车换行符，用16进制表示，就是0X0D，0X0A。

2.1.2串口无线WIFI（COM-AP）

串口无线WIFI（COM-AP）模式，模块作为无线WIFI热点，允许其他WIFI设备连接到本模块，实现串口与其他设备之间的无线（WIFI）数据转换互传。

该模式下，根据应用场景的不同，可以设置3个子模式：

TCP服务器、TCP客户端，UDP。

2.1.3串口无线STA（COM-STA）

串口无线STA（COM-STA）模式，模块作为无线WIFISTA，用于连接到无线网络，实现串口与其他设备之间的无线（WIFI）数据转换互传。

该模式下，根据应用场景的不同，可以设置3个子模式：

TCP服务器、TCP客户端，UDP。

2.1.4串口无线AP+STA（COM-AP+STA）

串口无线AP+STA（COM-AP+STA）模式，模块既作无线WIFIAP，又作无线STA，

其他WIFI设备可以连接到该模块，模块也可以连接到其他无线网络，实现串口与其他设备之间的无线（WIFI）数据转换互传。

该模式下，根据应用场景的不同，可以设置9个子模式：

（TCP服务器、TCP客户端，UDP）||（TCP服务器、TCP客户端，UDP）。

3、硬件连接

图2

4、功能简介

ATK-ESP8266模块的功能特性如下

4.1本实验功能简介

本实验用于测试ATK-ESP8266模块，总共包括3大项测试，每大项又包括3个子模式的测试，下面分别介绍。

4.1.1串口无线WIFI（COM-AP）测试

该项测试网络连接方式：

WIFI设备<-------->ATK-ESP8266模块通过按KEY_UP键选择此模式，进入此模式后，首先会进入到串口WIFIAP工作模式选择界面，总共有3种模式可供选择：

TCP服务器、TCP客户端、UDP。

通过KEY0/KEY1

选择模式，通过KEY_UP确定。

点击确定后，服务器模式（TCP服务器）不需要手动输入IP地址，直接进入下一步，开始配置模块。

但是对于TCP客户端/UDP模式，还会需要手动输入远端IP地址，此时界面会提示：

远端IP设置，通过屏幕显示的虚拟键盘，输入远端IP地址，输入完后，可以点击虚拟键盘的“连接”按键，进入下一步，开始配置模块，此时，开发板将对模块进行配置，配置成功后，进入数据收发测试。

进入测试后，开发板液晶会显示相关提示信息，方便大家测试，信息包括：

IP地址：

如果是服务器模式，那么IP地址表示ATK-ESP8266模块的IP地址。

如果是客户端模式，则表示模块将要连接到的目标IP地址。

端口：

为方便测试，所有模式的端口都固定为8086。

状态：

表示连接状态，如果连接建立，则显示连接成功，如果断开，则显示连接失败。

模式：

显示当前的工作模式（TCP服务器、TCP客户端、UDP）。

发送数据：

显示当需要发送的数据，每按一次KEY0，发送一次数据，会在这个区域显示发送的内容，当发送完以后，过一段时间，该区域自动清空。

接收数据：

显示ATK-ESP8266模块接收到的数据，对方发过来的数据，将显示在这里，每次收到新内容，会将旧内容清空，然后显示新内容，否则旧内容将一直显示。

按KEY_UP，可以退出此项测试，回到主界面。

对于3种子模式：

TCP服务器、TCP客户端、UDP，他们的数据收发测试界面几乎是一样的，测试方法也几乎一模一样，大同小异。

4.1.2串口无线AP+STA（COM-AP+STA）测试

该项测试网络连接方式：

WIFI设备<------>ATK-ESP8266模块（WIFIAP+STA）<------>无线路由器<------>WIFI设备通过按KEY0键选择此模式，进入此模式后，首先会进入到提示界面。

4.1.3串口无线STA（COM-STA）测试

该项测试网络连接方式：

WIFI设备<------>无线路由<------>ATK-ESP8266模块（WIFISTA）通过按KEY1键选择此模式，进入此模式后，首先会进入到WIFI-STA工作模式选择界面，剩下的操作，同4.1.2节一模一样。

（请用手机连接到ATK-ESP8266）,然后按任意键继续，接着会进入到WIFIAP模式下的模式选择，接着操作与4.1.2节一模一样，完成AP模式的设置，接着设置STA模式，与AP模式相似。

配置成功后，进入数据收发测试。

进入测试后，开发板液晶会显示相关提示信息，信息与AP模式和STA模式有所差别。

端口：

为方便测试，所有模式的端口都固定为8086。

状态：

表示连接状态，如果连接建立，则显示连接成功，如果断开，则显示连接失败。

模式：

显示当前的工作模式（固定显示：

STA+AP模式）。

APIP：

AP模式下的IP地址。

STAIP：

STA模式下的IP地址。

发送数据：

显示当需要发送的数据，每按一次KEY0，发送一次数据，会在这个区域显示发送的内容，当发送完以后，过一段时间，该区域自动清空。

接收数据：

显示ATK-ESP8266模块接收到的数据，对方发过来的数据，将显示在这里，

每次收到新内容，会将旧内容清空，然后显示新内容，否则旧内容将一直显示。

按KEY_UP，可以退出此项测试，回到主界面。

按KEY0向ID0发送数据，按KEY1向ID1发送数据。

对于9种子模式：

（TCP服务器、TCP客户端、UDP）||（TCP服务器、TCP客户端、UDP），他们的数据收发测试界面几乎是一样的，测试方法也几乎一模一样，大同小异，就不一一介绍了。

5、AT指令使⽤⽰例

5.1单连接TCPClient

•设置WiFi模式:

AT+CWMODE=3//softAP+stationmode

Response:

OK

•连接路由:

AT+CWJAP="SSID","password"//SSIDandpasswordofrouter

Response:

OK

•查询设备IP地址:

AT+CIFSR

Response:

192.168.3.106//DevicegotanIPfromrouter.

•PC与ESP8266连接同⼀个路由，在PC上使⽤⺴络调试助⼿，创建⼀个TCP服务器

•ESP8266作为client连接到TCPserver:

AT+CIPSTART="TCP","192.168.3.116",8080//protocol、serverIP&port

Response:

OK

•发送数据:

AT+CIPSEND=4//setdatelengthwhichwillbesent,suchas4bytes

>DGFY//enterthedata,noCR

Response:

SENDOK

注意:

若输⼊的字节数⺫超过了指令设定的⻓度（n），则会响应busy，并发送数据的前n个字节，发送完SENDOK.

•接收数据:

+IPD,n:

xxxxxxxxxx//receivednbytes,data=xxxxxxxxxxx

5.2.透传

•设置WiFi模式:

AT+CWMODE=3//softAP+stationmode

Response:

OK

•连接路由:

AT+CWJAP="SSID","password"//SSIDandpasswordofrouter

Response:

OK

•查询设备IP地址:

AT+CIFSR

Response:

192.168.101.105//Device’sIPthatgotfromrouter.

•PC与ESP8266连接同⼀个路由，在PC上使⽤⺴络调试助⼿，创建⼀个TCP

•设备作为TCPclient连接TCPserver:

AT+CIPSTART="TCP","192.168.101.110",8080//protocol、serverIP&port

Response:

OK

Linked

•使能透传模式:

AT+CIPMODE=1

Response:

OK

•发送数据:

AT+CIPSEND

Response:

>//Fromnowon,datareceivedfromUARTwillbe

transparenttransmittedtoserver.

•退出发送数据:

•断开TCP连接:

AT+CIPCLOSE

Response:

CLOSEDOK

5.3.多连接TCPServer

前ATDemoESP8266作为服务器，必须建⽴多连接，即可以连接多个TCPclient

•设置WiFi模式:

AT+CWMODE=3//softAP+stationmode

Response:

OK

•使能多连接:

AT+CIPMUX=1

Response:

OK

•建⽴TCPserver:

AT+CIPSERVER=1//defaultport=333

Response:

OK

•PC连⼊ESP8266softAP，PC作TCPclient连接设备。

•发送数据:

//IDnumberofconnectionisdefaultedtobe0.

AT+CIPSEND=0,4//send4bytestoconnectionNO.0

>iopd//enterthedata,noCR

Response:

SENDOK

注意:

若输⼊的字节数⺫超过了指令设定的度（n），则会响应busy，并发送数据的前n个字节，发送完成后响应SENDOK.

•接收数据:

+IPD,0,n:

xxxxxxxxxx//receivednbytes,data=xxxxxxxxxx

•断开TCP连接:

AT+CIPCLOSE=0//DeleteNO.0connection.

Response:

0,CLOSEDOK

5.4.UDP传输

•设置WiFi模式:

AT+CWMODE=3//softAP+stationmode

Response:

OK

•连接路由:

AT+CWJAP="SSID","password"//SSIDandpasswordofrouter

Response:

OK

•查询设备IP地址:

AT+CIFSR

Response:

+CIFSR:

STAIP,"192.168.101.104"//IPaddressofESP8266station

•PC与ESP8266连接同⼀个路由，在PC上使⽤络调试助⼿，创建UDP

下⾯介绍两种UDP通信的⽰例：

（1）固定远端的UDP通信

UDP通信的远端固定，由”AT+CIPSTART“指令的最后参数0决定，分配⼀个连接号给这个固定连接，通信双⽅不会被其他设备替代

•使能多连接:

AT+CIPMUX=1

Response:

OK

•创建UDP传输，例如，分配连接ID为4。

AT+CIPSTART=4,"UDP","192.168.101.110",8080,1112,0

Response:

4,CONNECTOK

注意:

"192.168.101.110",8080为UDP传输的远端IP和远端port，也就是PC建⽴的UDP配置；1112为ESP8266的UDP本地端⼝，⽤户可⾃⾏设置，如不设置则为随机值；0表⽰当前UDP传输建⽴后，UDP远端不会被其他设备更改；即使有其他设备通过UDP协议发数据到ESP8266UDP端⼝1112，ESP82664号UDP传输的远端也不会被替换，使⽤指令“AT+CIPSEND=4,X”发送数据，仍然是当前确定的PC端收到。

•发送数据:

AT+CIPSEND=4,5//Send5bytestotransmissionNO.4

>DGFYQ//enterthedata,noCR

注意:

若输⼊的字节数⺫超过了指令设定的⻓度（n），则会响应busy，并发送数据的前n个字节，发送完

成后响应SENDOK.

•接收数据:

+IPD,4,n:

xxxxxxxxxx//receivednbytes,data=xxxxxxxxxxx

•断开UDP传输:

AT+CIPCLOSE=4

Response:

4,CLOSEDOK

（2）远端可变的UDP通信

•创建UDP传输，最后参数为“2”.

AT+CIPSTART="UDP","192.168.101.110",8080,1112,2

Response:

CONNECTOK

注意:

"192.168.101.110",8080为UDP传输的远端IP和远端port，就是前述PC建⽴的UDP配置；1112为ESP8266的UDP本地端⼝，⽤户可⾃⾏设置，如不设置则为随机值；表⽰当前UDP传输建⽴后，UDP传输远端仍然会更改；UDP传输远端会⾃动更改为最近⼀个与ESP8266UDP通信的远端。

•发送数据:

AT+CIPSEND=5//Send5bytes

>DGFYQ//enterthedata,noCR

Response:

SENDOK

注意:

若输⼊的字节数⺫超过了指令设定的⻓度（n），则会响应busy，并发送数据的前n个字节，发送完

成后响应SENDOK.

•若需要发UDP包给其他UDP远端，只需指定对⽅IP和port即可。

AT+CIPSEND=6,”192.168.101.111”,1000//Send6bytes

>abcdef//enterthedata,noCR

Response:

SENDOK

•接收数据:

+IPD,n:

xxxxxxxxxx//receivednbytes,data=xxxxxxxxxxx

•断开UDP通信:

参考文献

[1]谢希仁. 计算机网络[M]. 北京：

电子工业出版社，2008. 

[2]李扬. WiFi技术原理及其应用研究[J]. 科技信息，2010，1（6）：

241. 

[3]意法半导体. STM32F103数据手册[R]. 北京：

意法半导体，2007.

[4]北京中电华大电子设计责任有限公司. TLG09UA01产品规格书[R]. 北京：

北京中电华大电子设计责任有限公司，2009.  

[5]北京中电华大电子设计责任有限公司. 基于UART接口的WLAN模块用户手册[R]. 北京：

北京中电华大电子设计责任有限公司，2009.

设计心得

完成本次课程设计的过程，是一个从无到有的过程，经历了兴奋、自信、失落、奋发、所悟、完成几个过程。

本以为会很简单可是当我动手开始做的时候，才发现设计是那么繁琐。

经过一天的努力，毫无结果。

失落的心情油然而生。

于是，再到图书馆和网上查找资料，在经过借鉴很多类似的资料，文献后，总算是有点眉目了。

特别是当苦思出来一个结果，又被自己推翻，心痛的无法言绘，在这不断循环中，终于做了出来。

其中的煎熬是很痛苦的，深刻明白攻克自己“未知领域”的困难。

但当课程设计完成时，那感觉是甜蜜的，没有耕耘，哪来得收获的喜悦，不懂付出怎么能知道回报的快乐，一分耕耘一分收获，有付出才会回报，就在这样的痛与快乐的交换中，我学到了知识，学到了做人的道理。

这次的课程设计，让我学到了很多书本上学不到的东西，这让我重新反思我们的学习，

深刻领悟到我们这个专业动手，实践的重要性。

理论不经过实践考验是没法实施的。

最后感谢老师细心、仔细、认真的指导，使我学到了很多。

附录一ESP8266原理图