Как подключить esp8266 к wifi

Модуль ESP-01(esp8266) или WiFi для начинающих.

Рано или поздно все мы приходить к тому что нам не хватает подключения к Сети в наших проектах на платформе Ардуино. Действительно как же в 21 веке без статуса Онлайн )) И тут нам на выручку приходит WiFI чип ESP8266 и готовые модули на его основе. У меня в руках самый простой модуль (для новичков) ESP-01 :

Модуль устроен достаточно просто и имеет минимальный набор выводов :

ESP8266EX

Китайский производитель Espressif сделал дешевый чип с интерфейсом Wi-Fi и возможностью исполнять программы из внешней флеш-памяти с интерфейсом SPI. По сути это микроконтроллер и радио модуль для Wi-Fi в одном корпусе :

Выводы, подключение :

Возможности чипа очень большие, будем разбираться постепенно.

Выводы модуля :

По умолчанию во флешь-память ужа записана заводская прошивка с поддержкой АТ команд для управления чипом. Конечно можно залить и другие прошивки, но в этой статье мы будем работать именно в таком режиме с модулем. Суть проста по UART передаем команду, получаем ответ от модуля. Для этого нам потребуется USB-to-Serial TTL конвертор что бы подключить модуль к компу. Так как у меня под рукой его нету то я буду использовать Arduino Nano в его качестве.

Питание модуля отдельный вопрос. Пиковое потребление чипа может достигать 250 мА ( в datasheet указано 170 мА при использование Tx802.11b). Внимание! Этот модуль основан на 3.3 В логике, так что придется его питать от своего источника питания. Или через резисторный делитель(1 кОм и 2 кОм) с вывода +5 Ардуино. Выводы RX и TX надо тоже подключить через делитель или через logic converter (например CD4050B).

Что бы Ардуино превратить в USB-to-Serial TTL конвертор зальем в контролер пустой скетч :

esp TX → ard TX
esp RX → ard RX

Для простоты вы можете купить USB адаптер у наших Китайских партнеров.

AT-Команды.

Для на чало мы проверим что все работает и отправим в терминале:

Для подключения Wi-Fi выберем режим модуля: доступны следующие режимы: 1 — STA, 2 — AP, 3 — Station+AP

Смотрим список точек доступа командой:

В скобках указывается: SECURITY, SSID, RSSI, BSSID, CHANNEL
SECURITY может принимать значения:
0 — OPEN, 1 — WEP, 2 — WPA-PSK, 3 — WPA2-PSK, 4 — MIXED (WPA-WPA2-PSK)

Подключаемся к нашей точке:

Посмотреть какой ip получил наш модуль:

Все настройки запоминаются во флешь память, сбросить настройки на заводские можно командой:

AT+RESTORE

Задать скорость UART :

Команды делятся условно на три части : системные, Wi-Fi,TCP. Полный список команд можно посмотреть в datasheep. Ну а мы перейдем к командам режима TCP-сервера. На плате ESP-01 можно запустить TCP-сервер для приема-отправки данных или она может выступать TCP-клиентом для приема-отправки данных на сервер.
Для запуска TCP-сервера выполним следующие команды:

0 — not data mode (сервер может отправлять данные клиенту и может принимать данные от клиента).
1 — data mode (сервер не может отправлять данные клиенту, но может принимать данные от клиента).

Устанавливаем возможность множественных соединений:

0 — single connection.
1 — multiple connection.

Запускаем сервер на порту 80:

0 — to close server
1 — to open server

Теперь можно подключиться к ESP-01 и отправить-принять какие-нибудь данные. На потребуется telnet клиент, я использую PuTTY. При подключение модуль нам сообщает что подключился клиент и показывает нам id клиента.

Посмотреть список активных подключений к ESP-01 можно командой AT+CIPSTATUS
Пример:

Закрыть активное соединение можно командой

AT+CIPCLOSE=id или все соединения AT+CIPCLOSE без параметров.

Отправляем данные с ESP-01 на ПК. Для режима Single connectio n отправка идет так :AT+CIPSEND=length, для режима Multiple connection отправка идет так: AT+CIPSEND=id,length.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Добавляем WiFi к Arduino Uno

В этом уроке мы подключим наш микроконтроллер Arduino Uno к Интернету, используя модуль ESP8266 WiFi.

Шаг 1. Комплектующие

Модуль ESP8266 WiFi представляет собой полноценную сеть Wi-Fi, а вы можете легко подключиться в качестве обслуживающего адаптера Wi-Fi, интерфейса беспроводного доступа в Интернет к любому устройству на основе микроконтроллера благодаря простому подключению через последовательный интерфейс или интерфейс UART.

Добавление этого модуля в проекты где используется Arduino откроет новые интересные возможности.

Детали, используемые в проекте Arduino WiFi мы перечислим ниже. Компоненты оборудования:

Шаг 2. Суть проекта

Есть много способов использовать ESP866 для коммуникаций. Некоторые могут использовать его для отправки/получения данных онлайн или регулярной загрузки данных. В этом уроке мы покажем, как мы можем общаться с Arduino по беспроводной связи, используя ваш телефон (Android или iPhone). Всё будет сделано в автономном режиме, поэтому не нужно иметь подключение к интернету.

ESP8266 будет служить точкой доступа (режим AP), то есть он будет предоставлять доступ к сети Wi-Fi другим устройствам (станциям) и далее подключать их к проводной сети. Процесс этот довольно прост.

Распиновка ESP

Используйте свой телефон, чтобы отправить любую команду в Arduino, а с помощью ESP8266 все будет работать без проводов.

Шаг 3. Схема соединения

Вариант 1

Соединяем контакты, как описано на прилагаемой таблице контактов ниже:

Следуйте этим шагам:

Подключите VIN к 3,3 В для включения питания, а также контакт ENABLE для включения модуля.

TX подключен к RX, что означает, что все, что мы хотим передать в ESP8266, получит Arduino UNO. И наоборот для RX в TX. Создав эту схему, мы теперь готовы запустить WiFi с Arduino UNO.

Вариант 2

Соедините контакты, соответственно этой таблице контактов ниже:

О схеме

Вывод питания ESP на ESP11 имеет маркировку VIN, однако для некоторых версий это может быть 3,3 В или Power или VCC. Вам также нужно будет включить вывод ESP CH_EN или Enable, чтобы он работал.

TX ESP подключен к RX Arduino Uno, что означает, что все, что мы хотим передать (TX) в ESP, получит (RX) от Uno, и наоборот. Создав эту схему, мы теперь готовы запустить WIFI с Arduino UNO.

Шаг 4. Настройка соединения

После того, как все настроено, вы заметите, что ваш ESP8266 Wifi будет доступен в радиусе действия вашего телефона.

1. Скачать TCP Client для Android

Вы можете скачать любой TCP-клиент, доступный в Play Store, но я использовал TCP-клиент от Sollae Systems

2. Со своего телефона подключитесь к вашему ESP8266 Wifi

Если ваш Wi-Fi ESP8266 не отображается в доступных сетях Wi-Fi, убедитесь, что ваш Arduino работает и все подключено правильно. Если нет, устраните неполадки вашего ESP, следуя документации модуля.

Обычно имя wifi / ssid начинается в ESP после его названия версии, у меня ESP11.

3. После подключения получите статический IP-адрес.

Вы можете изменить статический IP-адрес, следуя этой Wifi.config() ссылке.

4. Откройте TCP Client, который вы загрузили ранее.

Создайте соединение, нажав кнопку «Подключить», добавьте IP-адрес ESP и порт 80 следующим образом:

5. Подождите, пока на консоли TCP появится сообщение «Подключено».

Шаг 5. Общаемся с Arduino Uno через смартфон

После подключения отправьте запрос, введя следующий код для клиента TCP:

Или включите встроенный светодиод с помощью команды:

Или выключите встроенный светодиод с помощью команды:

Или просто скажите:

Вы можете изменить ответ от того, что отправляете, в зависимости от логики, которую вы вставили в код.

Шаг 6. Код проекта

Скачать или скопировать код вы можете ниже:

Существуют разные типы ESP8266. Измените скорость передачи в коде в строке 16 в зависимости от того, что использует ваш ESP8266.

Весь наш запрос будет прочитан и разобран в функции loop():

Мы добавили некоторую функцию для связи с ESP8266:

Если вы знакомы с созданием мобильных приложений, веб-приложений, веб-служб или веб-разработкой в целом, вы можете создавать клиентские приложения, которые могут отправлять TCP-запросы в ESP. Примеры приложений, которые вы можете сделать: удаленное управление устройствами, веб-панель управления, чат-бот, приложение с кнопками и т.д

Источник

Работа с ESP8266: Первоначальная настройка, обновление прошивки, связь по Wi-Fi, отправка-получение данных на ПК

На Хабре уже было пару статей о чипе ESP8266 китайской компании Espressif. Статья №1 и Статья №2. Не так давно я получил плату ESP-01 для проведения тестирования. Кому интересно, прошу под кат.

Мной была заказана самая простая плата с ESP8266 — ESP-01, выглядит она так:

В старой ревизии платы на разьем были выведены только VCC, GND, URXD и UTXD.
В последней ревизии добавились RST, GPIO0, GPIO2 и CH_PD.

Всего есть 11 модификаций плат, различающихся количеством выводов и вариантом исполнения:
ESP-01: PCB antenna, after matching the distance to do about the open 400 meters, easy to use.
ESP-02: SMD package for submission limit, the antenna can be drawn with the IPX header casing.
ESP-03: SMD package, the built-in ceramic antenna technology, all available IO leads.
ESP-04: SMD package, customers can customize the antenna types, flexible design, all the IO leads.
ESP-05: SMD package, only leads to serial and RST pin, small external antenna.
ESP-06: bottom mount technology, leads all the IO ports, with metal shielding shell, can be had FCC CEcertification, recommended.
ESP-07: Semi-hole chip technology, all the IO leads, with metal shielding shell, can be had FCC CE certifiedIPX external antenna, can also be built-in ceramic antenna.
ESP-08: with the ESP-07, except that the antenna is in the form of customers can define their own.
ESP-09: Ultra-small size package, only 10 * 10 mm, four-layer board technology 1M bytes.
ESP-10: SMD interface, narrow-body design, 10 mm wide, suitable for light with controller.
ESP-11: SMD interface, ceramic antenna, small volume.

Распиновка разъёма ESP-01:

Назначение выводов платы ESP-01 такое:
VCC, GND — питание платы (+3.3В);
URXD,UTXD — выводы RS232 толерантны к 3.3В
RST — Аппаратный сброс (reset)
GPIO0, GPIO2 — выводы GPIO
CH_PD — Chip enable, для работы должен быть подключен к +3.3В.

Для переключения в режим обновления прошивки нужно подать низкий уровень на GPIO0 и высокий на CH_PD.

Для подключения платы ESP-01 к ПК я использовал USB-to-RS232 преобразователь на FT232R с выходами TTL 3.3В, можно использовать например такой.
Питание ESP-01 нужно строго 3.3В, поэтому пришлось воспользоваться DC-DC преобразователем, можно использовать такой.

С базовой прошивкой плата ESP-01 управляется AT командами, поэтому нам потребуется программа-терминал, я использовал CoolTerm.

Возможно 2 варианта использования модуля:
1. Использование платы ESP-01 совместно с доп.микроконтроллером, который будет управлять модулем по UART.
2. Написание собственной прошивки для чипа ESP8266 и его использование как самодостаточного устройства.

Естественно более выгодным является 2-й вариант, тем более потенциал чипа ESP8266 достаточно велик.

Для начала мы попробуем вариант №1, то есть управлять платой ESP-01 через RS232.

Схема подключения очень простая:
Вывод VCC — питание платы (+3.3В);
Вывод GND — общий;
Выводы URXD,UTXD — подключаем к конвертеру USB-to-RS232 (в режиме 3.3В)
Вывод CH_PD — подключаем к питанию платы (+3.3В);

В терминале (CoolTerm) устанавливаем скорость COM-порта 57600. Установить нужно именно такую скорость, т.к. если в чипе ESP8266 стоит старая прошивка (а скорее всего это так и есть), то он будет работать только с такой скоростью порта.

Жмем Connect, вводим команду AT, в ответ должно прийти OK. Если все так, то плата работает, можно двигаться дальше.

Процедура обновления прошивки

Вводим команду AT+GMR — проверка версии AT и SDK, в ответ выдает 0016000902, где 0016 — версия SDK, 0901 — версия AT

На текущий момент (06.11.2014) уже доступна прошивка 0018000902 (Версия SDK — 0018, в версия AT — 0902)

После обновления до версии 0018000902 изменится дефолтная скорость COM-порта с 57600 на 9600, но эту скорость в новой прошивке теперь можно задать командой AT+CIOBAUD. Смотрим AT+CIOBAUD=? доступные скорости и ставим командой AT+CIOBAUD=115200 скорость 115200, в ответ должно выдать ОК. Даем команду на рестарт: AT+RST. Меняем скорость порта в программе-терминал на 115200.

Настройка подключения к Wi-Fi

Теперь попробуем подключить нашу плату ESP-01 к Wi-Fi точке доступа.
Выполняем следующие команды:
1. Устанавливаем режим работы Wi-Fi командой: Доступны следующие режимы: 1 — STA, 2 — AP, 3 — BOTH
Пример:
2. Смотрим список точек доступа командой: AT+CWLAP
Пример
В скобках указывается: SECURITY, SSID, RSSI, BSSID, CHANNEL
SECURITY может принимать значения:
0 — OPEN, 1 — WEP, 2 — WPA-PSK, 3 — WPA2-PSK, 4 — MIXED (WPA-WPA2-PSK)
3. Подключаемся в нашей AP командой: Пример:
Подключение длится 2-5 секунд, после чего в случае успешного выполнения появится OK.
3. Посмотрим какой IP адрес получила наша плата командой: AT+CIFSR
Отключение от точки доступа делается командой AT+CWQAP.
Адрес получен, можно двигаться дальше.

Плата ESP-01 может выступать в качестве Soft-AP, для включения этого режима выполняем следующие команды:
1. Отключаемся от точки доступа: AT+CWQAP.
2. Меняем режим работы Wi-Fi командой: AT+CWMODE=2
3. Создаем свою AP командой: Пример:
4. Пробуем подключиться в нашей AP с компьютера. Посмотрим результат:

Как видно на картинке скорость только 54Мбит/с и еще меня смущают адреса DNS серверов, думаю они явно китайские, поставить свои через AT-команды нельзя.
Адрес AP можно узнать командой: AT+CIFSR
Пример:
Список клиентов нашей AP можно посмотреть командой: AT+CWLIF
Пример:

Настройка режима TCP-сервер

На плате ESP-01 можно запустить TCP-сервер для приема-отправки данных или она может выступать TCP-клиентом для приема-отправки данных на сервер.
Для запуска TCP-сервера выполним следующие команды:
1. Устанавливаем режим передачи командой mode = 0 — not data mode (сервер может отправлять данные клиенту и может принимать данные от клиента)
mode = 1 — data mode (сервер не может отправлять данные клиенту, но может принимать данные от клиента)
Пример:
2. Устанавливаем возможность множественных соединений: mode 0 — single connection
mode 1 — multiple connection
Проверить режим соединений можно командой AT+CIPMUX?
Пример:
3. Запускаем сервер на порту 8888: mode 0 — to close server
mode 1 — to open server
Пример:

Настройка режима TCP-клиента

Теперь поменяем роли, ПК — сервер, ESP-01 — клиент, пробуем:
1. Рестартуем плату AT+RST
2. Устанавливаем режим передачи командой mode = 0 — not data mode (клиент может отправлять данные серверу и может принимать данные от сервера)
mode = 1 — data mode (клиент не может отправлять данные серверу, но может принимать данные от сервера)
Пример:
3. Режим соединений ставим Multiple connection: AT+CIPMUX=1
4. На ПК в SocketTest запускаем сервер на порту 8888
5. Запускаем клиента на ESP-01
Для режима Single connection (+CIPMUX=0) формат такой Для режима Multiple connection (+CIPMUX=1) формат такой Возможные значения параметров:
id = 0-4
type = TCP/UDP
addr = IP адрес
port= порт
Пример:
6. Отправляем данные с ESP-01 на ПК
Для режима Single connection (+CIPMUX=0) отправка идет так: Для режима Multiple connection (+CIPMUX=1) отправка идет так: После выполнения AT+CIPSEND нужно ввести текст, завершение ввода и отправка осуществляется по Enter.
Пример:

Пример отправки и получения данных:

Как мы видим, плата успешно справляется с поставленными задачами, а именно — подключение к Wi-Fi в качестве клиента, может выступать в роли Soft-AP, на плате можно поднять TCP-сервер для приема-отправки данных, а можно быть TCP-клиентом.
В данной статье мы рассмотрели работу с платой ESP-01 через RS232, в качестве управляющего контроллера выступал ПК, можно без проблем подключить плату Arduino или любой микроконтроллер с UART и выполнять отправку-прием данных через Wi-Fi сеть между контроллерами или ПК.

В следующей статье (как позволит карма) я попробую рассказать о принципах написания собственных прошивок для чипа ESP8266, тем самым плата ESP-01 будет полностью автономной, ей будет не нужен доп.контроллер для управления всеми параметрами. Мы попробуем подключить к плате различные периферийные устройства.

Буду рад ответить на вопросы, хотя до конца я еще не узучил плату ESP-01.

Источник

Программирование и обмен данными с «ARDUINO» по WI-FI посредством ESP8266 Часть Первая

Как и многие другие самоделкины, я регулярно использую микроконтроллеры AVR для всяких разных любительских поделок. А благодаря концепции «Arduino» эти поделки теперь приобретают еще и элегантный вид. Действительно, за какие-то 300-400 рублей мы получаем миниатюрную многослойную плату с маской, шелкографией и с полностью разведенной на ней периферией для микроконтроллера (причем в SMD исполнении!). Я уже не говорю о всевозможных подключаемых модулях этой же «Arduino» серии: датчиках, контролерах, дисплеях и целых наборов, так нужной нам дополнительной периферии. И опять же всё также недорогих и в прекрасном исполнении. Практически уже нет необходимости, что-то разводить и допаивать на «коленке».­­­­­­­­­

Но все эти разнообразные любительские поделки, требуют естественно, предварительного программирования. Да и в последующем при разных усовершенствованиях, постоянно приходится эти поделки перепрошивать. Понятное дело, что удобнее делать это дистанционно, чем постоянно таскать их к обычному программатору. Вообще, благодаря той же платформе «Arduino», вариантов и здесь много: Bluetooth, ZigBee, радиоканал с вашим личным протоколом, IR, и даже Wi-Fi. Все они позволяют наладить беспроводной контакт с вашим микроконтроллером. Но мы же остановимся на последнем варианте. Основных причин здесь четыре:

1: современно, интернет вещей же!

2: беспроводной роутер есть в каждой квартире, регистрируй в домашней сети свои устройства и вуаля!

3: ваши поделки осуществляют революционный скачок в своём развитии; мало того, что их можно программировать на расстоянии, они теперь ещё и сами могут общаться с окружающим их миром: электронные часы самостоятельно берут точное время с часовых NTP-серверов, исполнительные устройства управляются с другого конца города или страны, регистрирующие девайсы сохраняют накопленные данные в облако и т.д. и т.п.

4: есть замечательная серия микросхем ESP8266 на которой не очень легко всё это реализовать.

Далее, в этой статье на примере механической руки на сервоприводах — будет разобрано и продемонстрировано удаленное программирование и обмен данными с ПК (или чего угодно) с устройствами на базе AVR микроконтроллеров. Сразу же хочу отметить, что все программы приведенные в дальнейшем являются чисто демонстрационными и никакой коммерческой ценности не имеют. Поэтому претензии, типа, почему программатор такой кастрированный и мало функциональный или почему нет дополнительных сервисов, которые есть везде, не принимаются. Поскольку коды открытые, любой желающий может допилить их по своему усмотрению, мне же для работы, пока хватает и таких.

Предполагается, что читатель уже знаком и с «Arduino» модулями (шилдами) и с подключением и прошивкой ESP8266. На самом деле в Сети выложено огромное количество материалов разъясняющих азы работы с этими девайсами и мне не хотелось бы здесь повторяться. Для новичков в конце статьи есть перечень полезных ссылок по этим вопросам, где можно найти кучу информации, почему это всё у вас не работает. По своему опыту бывшего инженера электронщика могу ответственно заявить, что 99 % неполадок сводится к следующему:

1. Плохие контакты. Поскольку «Arduino» шилды, подразумевают коммутацию с друг другом через провода вида «папа-мама», а не через пайку, то очень часто что-нибудь, где-нибудь, да отходит. Проверяйте. Да и вообще, как говорится, электроника это наука о контактах.

2. Проблемы с питанием. Не подавайте 5 вольт питания туда, где требуется 3.3. Иногда из ESP8266 от этого идёт дым. Хотя с другой стороны логические сигналы от пятивольтовых устройств она переваривает без проблем.

3. Проблемы с достаточной мощностью питания. ESP8266 имеет подлую натуру и иногда может потреблять чуть ли не триста миллиампер, хотя до этого могла удовлетворяться и тридцатью. Соответственно хилый стабилизатор 3.3 вольт платы «Arduino», к которому вы ничтоже сумняшеся, её подключили, тут же просаживается до микроскопических значений. А вы не можете понять, почему оно, то работает, то нет.

4. Путаница с выводами. Всегда проверяйте, какие сигналы куда идут. Приемник RXD должен соединяться с передатчиком TXD, также как и TXD с RXD, но MOSI должно соединяться с MOSI, а MISO с MISO и так далее.

5. Не рассчитывайте на внутрисхемные подтягивающие резисторы в ESP8266, всегда подтягивайте выводы к нулю или питанию, через 5-10 килоомные внешние резисторы, а не просто перемычкой. Иначе можете в лучшем случае получить невиданный доселе ток потребления, а потом обонять неприятный запах горелого пластика.

6. Косяки программного обеспечения. Поскольку ПО для индивидуальных юзеров пишется таким же энтузиастами, то периодически вылазят глюки самих прошивок и баги при обновлении версий этих же прошивок. Лечится ползанием по соответствующим форумам, иногда даже англоязычным. Некоторые товарищи даже утверждали, что и сама микросхема ESP сырая как погода в Питере, но с другой стороны существует также мнение что с 2014 (года её первого выпуска) ситуация с этим кардинально улучшилась (в отличие от погоды).

Итак, давайте начнем с самого простого. У нас есть механическая конечность MechArm (но не такая какую собрал Говард Воловитс) сделанная в Китае и персональный компьютер с Windows. Задача — удаленная прошивка программы и управление ея с компьютера.

Для управляющего контроллера возьмем симпатичную миниатюрную платку Arduino Nano c камнем ATmega328P. Эта плата прекрасно впихивается внутрь механической руки.

Теперь определимся каким образом мы её будем программировать. Существуют три основных способа наиболее подходящих для удаленной прошивки: через интерфейс SPI, через встроенный загрузчик, через порт JTAG.

Самый простой вариант, это конечно встроенный загрузчик (бутлоадер). Это заранее прописанная во FLASH память, программа, которая по определенному протоколу получает код, (допустим по самому простому UART) и специальными командами записывает его в место расположения загружаемой программы. Так работает, например, сам загрузчик ARDUINO IDE. После сброса или старта, загрузчик ждет какое-то время данные на приём и если не дожидается начинает исполнение программы с нулевого адреса. Если данные приходят, он пишет их в программную секцию. После следующего сброса загруженная программа начинает исполняться. В деталях, возможно, я описал неточно, но суть именно такая. В итоге нам требуется всего три вывода для программирования: приемник RTD, сброс RESET и земля GND. Вообще, используется еще и передатчик TRD, для верификации записанной программы, но для простых демонстрационных приложений (не для атомной электростанции), проверку можно опустить.

Сам загрузчик пишется на языке ассемблера, есть примеры простых загрузчиков в даташитах на AVR. Можно раскопать существующий уже загрузчик, если он в открытом доступе и просто использовать его в готовом виде, если известен протокол по которому он работает. Единственный нюанс, что для этого требуется настроить AVR в специальный режим, путем прошивки специальных фьюз-битов, что делается обычным программатором, а потом им же зашить сам загрузчик в память микроконтроллера (то есть без программатора один раз все равно не обойтись).

Второй вариант, это программирование по последовательному интерфейсу SPI. Тут уж внутреннего загрузчика нет, а программируем мы, посылая специальные команды и затем данные, по вышеупомянутому интерфейсу. Здесь у нас загрузчик уже внешний, но его все равно писать надо. При передаче используются в добавление к RESET и GND уже четыре дополнительных вывода MOSI, MISO — данные, SLK синхронизация, СS — выбор кристалла. Но вообще также можно убрать MISO и СS. Данные будут только приниматься (верификации программы тогда не будет), а кристалл у нас и так всего один.

У каждого подхода есть свои плюсы и минусы (а JTAG я вообще не рассматривал, поскольку жизнь человеческая коротка). Но в итоге я склонился к SPI поскольку на ассемблере писать было лень, а открытых готовых загрузчиков я не нашел (просто хорошо не искал).

Для построения беспроводного канала я, как уже говорилось, выбрал крайне широко известную в настоящее время микросхему ESP8266 — микроконтроллер, а точнее целый SoC (System-on-Chip) китайского производителя Espressif с интерфейсом Wi-Fi. Помимо Wi-Fi он отличается возможностью исполнять программы из внешней флэш-памяти. А конкретно для своего проекта я взял ESP8266-07 с 512 Кб памяти на борту.

Вообще годится любая ESP8266, где есть лишние ноги для реализации SPI. Поэтому самая простая ESP8266-01 нам не подойдет, так как у неё разведено совсем мало ножек для портов ввода-вывода. Но с другой стороны разница в цене на них меньше ста рублей, а доступны они одинаково. Ну и большие отладочные платы с ESP, где для удобства разведена куча периферии, нам тоже не годятся, так как не влазят, туда куда мы их хотим впихнуть, в нашу механическую руку.

Глобальная суть идеи в общем была такова. С компьютера на ESP без проводов по WI-FI (в рамках вашей домашней сети) передается тело загружаемой в микроконтроллер программы. А ESP уже по проводам с использованием интерфейса SPI записывает эту программу непосредственно во FLASH память микроконтроллера. Потом естественно сбрасывает его и дает возможность загруженной программе выполняться. Кроме того в ESP должен быть независимый блок, который заведует еще и обменом данными с микроконтроллером, так как мы хотим не только программировать, ни и еще обмениваться с ним данными. В частности для проекта с MechArm, после записи программы, мы ещё передаем сигналы управления сервоприводами, дабы привесть эту руку в движение. Поэтому на самой ESP нам желательно поднять TCP сервер для передачи программы и UDP сервер для управления MechArm. Соответственно эти серверы присоединяются к домашней сети и внимательно слушают, нет ли там желающих загрузить новый код в MechaArm или помахать кому-нибудь ею.

Так-то, я нашел в Сети, прошивки уже позволяющие производить программирование AVR по воздуху, но там главная проблема в том, что для чего другого эту прошивку использовать уже нельзя. А нам хотелось бы после программирования и общаться с AVR также удаленно.

Какое ПО мы будем использовать:

Для ПК, я писал всё на JAVA, среда IntelliJ IDEA. Но в принципе, можно на чём угодно, нам там главное написать клиент, который будет отправлять программу для прошивки AVR на ESP8266.

Всё очень доступно и понятно. К базовым библиотекам добавляем поддержку SPI и битовые операции (в LUA в нашем случае битовые операции перегружены и от них мало толку). Много в прошивку библиотек пихать не следует, так как из-за наличия всякого разнообразного софта на ESP8266 остается совсем мало памяти, какие-то жалкие 20 кБ.

Конечно, вы можете просто взять готовую прошивку, коих много уже болтается в Интернете, но не рекомендую. Хотя бы потому, что на некоторых нет поддержки битовых операции (а они нам нужны) и нет регулирования скорости передачи данных по SPI.
Соответственно, они передаются по умолчанию со скоростью 40 Мгц делённые на какой-то небольшой коэффициент и поэтому AVR их переваривать не успевает.

Кому лень создавать прошивку можете скачать мою из облака.

Теперь у нас есть прошивка и нам надо загрузить её в ESP8266 вместо базовой. Для этого нам пригодится простейший адаптер USB — UART.

Присоединяем ножки TXD к RXD, а RXD к TXD, делаем общей землю, но не используем, как казалось, удобный вывод питания 3.3 В на адаптере. В большинстве случаев ESP8266 просадит его напрочь. Поэтому запитываем ёё отдельно. Потом переводим ESP в режим программирования (GP0 на землю, если кто забыл) и запускаем NODE MCU PyFlasher.

Главное, не забудьте стереть флэш-память (yes, wipes all data), иначе в зависимости от версии прошивки после программирования в памяти может остаться ненужный мусор, который в свою очередь будет сыпать мусор в консоль при дальнейшей работе. До этого я использовал софт, где не было опции стереть предварительно память, намучался жутко, так как ничего не работало. А ларчик просто открывался, только правда на англоязычном форуме создателей NODE MCU.

Заимев же нужную прошивку мы теперь можем писать и отлаживать программы на языке LUA (там еще MicroPython, но я им не пользовался) используя при этом очень удобные API от NODE MCU. Запускаем уже упомянутый ранее ESPlorer.

Также настраиваем его для работы с ESP8266, устанавливаем параметры последовательного соединения. Всё достаточно просто и многократно изложено в Интернете.

Теперь пишем программульку на LUA, кою потом загрузим в ESP8266:

Где соответствующие функции выполняют следующие действия:

function InstrProgrammingEnable () – переводит микроконтроллер в режим программирования специальной командой отправляемой по SPI.

function ProgrammingEnable () – просто ресетим AVR на 25 мс перед началом программирования

function ProgrammingDisable () – после окончания программирования, переводим выводы SPI в ESP8266 в неактивное состояние, чтобы они не мешались нам при выполнения кода на микроконтроллере (вдруг они там используются)

function InstrFlashErase() – затираем флэш-память на микроконтроллере перед началом программирования. Зачем это нужно объяснять не нужно.

function InstrStorePAGE(H, address, data) – по этой команде во внутренний буфер микроконтроллера записывается байт программы. Но это ещё не сама флэш запись, так как флэш пишется здесь постранично по 128 байт.

function InstrWriteFLASH(page_address_low,page_address_high) – а вот это уже запись флэш и она требует времени, обратите внимание на временную задержку 5 000 мкс.

function Programming (payload) – самая большая и важная функция использующая и вышеперечисленные функции. Она берет передаваемую программу кусками по 1024 байт, делит их на байтики и формирует для них адреса, а затем отправляет в микроконтроллер во внутренний буфер и через каждый 128 байт инициализирует запись флэш. Потом берет следующий килобайт кода и повторяет операцию, естественно со смещением в адресах, чтобы писать дальше а не затирать записанное. Вначале, я пробовал пересылать программы целиком, но при превышении 6 килобайт в ESP8266 элементарно кончается доступная память и она вылетает. Один килобайт оказался самой удобной единицей, ибо аккуратно делится на части и удобно передается по TCP (нам же надо его с компьютера ещё получить). Больший размер тоже не нужен, TCP, сами знаете, в текущей версии ограничивает передаваемый пакет, в 1500 что ли байт (но у меня передавался почему-то 1440, вроде).

Как бы ничего сложного, но несколько подводных камней пришлось преодолеть.

Далее идет MAIN BLOCK. В нём мы:

Регистрируемся в беспроводной сети.

Создаем вначале TCP сервер, который слушает три команды:

1. “program” (будем программировать),

2. “data” (будем меняться данными),

3. ”stop” (всё прекращаем).

Если мы программируем, то сначала инициализируем SPI и создаем еще один TCP сервер, который хапает данные (код прошиваемой программы) покилобайтно и вызывает под них функции программирования микроконтроллера. Я понимаю, что выглядит глупо создавать второй сервер, но это необходимость, ибо местное API поддерживает создание только одного сокета, а нам необходимо разделять команды ”program” и “data” собственно с передаваемыми данными, ибо на глаз они не различаются, там байты и тут байты.

Если же мы хотим не программировать, а обмениваться данными, посылая их в нашем случае в микроконтроллер, то мы сначала отправляем по TCP строку ”data”. В ответ на это будет создан уже UDP сервер (я напомню, что мы управляем динамически механической рукой и нам задержки с формированием TCP пакетов не нужны, да и вообще отправлять один байт целым TCP кадром моветон). А UDP дейтаграммы у нас будут маленькими и формироваться будут быстро.

После инициализируется UART, и каждый принимаемый в беспроводном виде байт, отправляется уже по проводу TXD на микроконтроллер, который обязан, буде там прошита соответствующая программа, его принять. Обмен данными в другом направлении организовать также не сложно, но я пока его не реализовывал.

Ну и по команде ”stop” вышеупомянутые сервера (кроме самого первого) закрывают соединения и самый главный сервер вновь переходит в состояние ожидания команд ”program” и “data”.

Поскольку SPI интерфейс программно эмулируется в ESP8266, то порты ввода-вывода для сигналов CS, CLK, MISO,MOSI, RESET (для AVR), можете использовать любые доступные, а не те, что указаны у меня в загрузчике. Кроме того оказалось, что CS и MISO в принципе тоже можно в данном случае оборвать, будет работать и без них. Ну и один вывод задействуется на встроенный в плату ESP8266 светодиод, чтобы мигал иногда и показывал, что программа ещё живая.

Проверок на ошибки записи не делается (за исключением первого запроса к AVR, но эта информация просто выводится на консоль), EEPROM не программируется, больше 32 Кб не шьется – короче есть ещё над чем поработать. Скорость обмена по SPI примерно 115 Кбит, за несколько секунд всё прошивается, примерно, как у обычного последовательного программатора типа ISP500).

Берите код, вписывайте свои сети и пароли, компилируйте на ESplorer, обзывайте его “init” (чтобы запускался при рестарте) и отправляйте на ESP8266. Должно работать. В смысле работать беспроводным программатором, как минимум.

Мы же теперь займемся управляющей стороной – персональным компьютером.

По сути, нам нужно взять файл формата HEX, в который превращаются ваши программы, написанные в среде ATMEL STUDIO и отправить его по WI-FI на известный нам порт сокета (в данном случае 4000). Маленькая загвоздка в том, что нам нужен двоичный файл BIN для пересылки, а ATMEL STUDIO радует нас только HEXом. Выхода здесь два; или перевести его в формат BIN специальной программой конвертером, типа WinHex или сделать это самим в своей программе. Я пока не сделал, но вроде это не сложно, там надо отрезать заголовок и сделать что-то ещё.

В итоге программу-загрузчик я написал на JAVA (в основном потому, что больше ни на чем не умею), работая в просто прекрасной и бесплатной среде IntelliJ IDEA. В ней создается TCP клиент, который ищет сервер запущенный на ESP8266. Если находит, то связывается с ним и отправляет ему файл расположенный по такому-то адресу. Код ниже.

Тут конечно накручено лишнего, всякие ready, в принципе не нужны. Если уж TCP соединение установлено, то оно установлено. Единственная проблема была в том, что файл никак не хотел отправляться ровными кусками по 1024 байт, как мне очень требовалось, хотя я и явно указывал размер. Видимо там какой-то финальный буфер недоступный из JAVA, и он отправляет пакеты размером, каким ему хочется, что для приемной стороны совершенно неприёмлемо. Сначала я пробовал сделать задержку, чтобы буфер уставал ждать следующие куски и отправлял как есть. Но задержка стала работать, когда достигла 10 секунд, что мне как-то показалось многовато на один передаваемый килобайт.

Но потом я заметил, что почему-то первый кусок всегда идет ровный, какой был заказан, а уже со второго начинается непредсказуемая вакханалия. Поэтому я сделал так, чтобы клиент открывал соединение, отправлял порцию кода в 1024 байт и закрывал соединение. И так пока не отправится весь файл. Всё успешно заработало.

Единственное, для запуска необходимо поставить на компьютер среду выполнения JAVA. Но я обычно запускаю сразу из IntelliJ IDEA ибо там в консоли всегда видно, что происходит (но и здесь среда JAVA нужна). Хотя, конечно, по-умному надо сделать GUI. То есть окошко, где выпадает путь к файлу, возможность менять там же в окне номера портов и ну и прочие нужные вещи. И все это собрать в виде исполняемого файла.

А таперича, как говаривал Коровьев, вернемся граждане, собственно к механической конечности MechArm, что была упомянута в самом начале. У нас теперь есть возможность удаленно её запрограммировать, а затем ею поуправлять. Перейдём к программе управления на стороне микроконтроллера.

В данном случае нам необходимо контролировать четыре сервопривода. Вот таких.

Такой привод управляется прямоугольными импульсами, периода 20 мс (50Гц) с коэффициентом заполнения от 2 до 4 процентов. То есть 2% это полный поворот в одну сторону, 4% в другую. Задача как раз для встроенного в AVR ШИМ.

Один сервопривод используется для движения вправо-влево; второй на себя – от себя; третий вверх-вниз; четвертый – сама клешня, которая должна сжиматься и разжиматься. Всё написано на С и откомпилировано до HEX файла в ATMEL STUDIO. Немного странный вид программы связан с тем, что изначально рука управлялась с клавиатуры привязанной проводами к микроконтроллеру. Но провода вчерашний день, надо эволюционировать дальше.

Можно конечно использовать скетчи для сервоприводов от ”ARDUINO”, но мне они не понравились. Самому писать интересней. К тому же все четыре сервопривода должны работать одновременно, а не в мультиплексированном режиме, когда ШИМ переключается на каждый сервопривод поочередно. Ибо гравитацию никто не отменял и поднятая вверх конечность, моментально опустится, если на соответствующий сервопривод перестанут поступать управляющие импульсы. Я не уверен, что ”ARDUINO” скетч обеспечивает одновременный режим работы для четырех серво. А вот сами мы вполне можем написать программку отвечающую нужным требованиям. Да и вообще при отсутствии операционной системы, которая отделяет агнцев от козлищ, применение скетчей конкурирующих за периферийные устройства микроконтроллера (а мы даже и не знаем заранее какие) дело слишком багопроизводительное.

Вот сам код, который мы записываем в Arduino Nano посредством ESP8266-07.

Суть программы ясна из текста и комментариев. Мы используем счетчик Т1 для образцового периода 20 мс и счетчики Т0, Т2 для выдачи ШИМ сигналов на четыре линии порта ввода-вывода, благо каждый из этих двух счетчиков, может работать на два устройства.
В программе устанавливаются начальные положения сервоприводов, через загрузку счетных регистров OCR0A, OCR0B, OCR2A,OCR2B. Также вводятся константы ограничители, поскольку нам не всегда нужен размах в 180 градусов. Ну и дальше, по прерыванию от UART, программа ловит число отправленное ESP8266 (от 1 до 8) и переводит его в команду для соответствующего сервопривода. Приводов четыре, каждый работает в двух направлениях, поэтому целых чисел от одного до восьми вполне хватает. Как только число выбрано, содержимое вышеупомянутых регистров счетчиков либо инкрементируется либо декрементируется, соответственно изменяя скважность управляющего импульса и угол поворота выбранного сервопривода. Те приводы, которые мы не выбирали, сохраняют старое значение угла поворота, (поскольку содержимое соответствующих регистров хоть и обновлялось, но не менялось) и продолжают удерживать механическую руку в прежнем положении.

Теперь нам осталось лишь написать управляющую программу, простите за тавталогию, для управления механической рукой уже непосредственно с компьютера по WI-FI.
Код также написан на JAVA, но немного облагорожен. Появился GUI и возможность редактировать номера портов и сетевой адрес ESP8266.

Что там происходит понятно из окошка. Текст программы я здесь не привожу (он доступен на Гитхабе ), по следующей причине: примерно 95% его объема это создание окна и обработка сигналов от клавиатуры. Но суть такая же как и у предыдущей программы на JAVA. Создается клиент, только UDP, который в зависимости от нажатой клавиши шлёт число от 1 до 8, по указанному адресу на указанный порт.
Или можете сразу взять исполняемый файл отсюда. Для 64 разрядных машин с виндой. Даже установленной среды JAVA не надо. Все уже упихано в 178 Мбайт.

Итак, механическая ручка была собрана, отлажена и подарена брату на юбилей. Может поднимать пластиковые стопки с водкой, по скайпу из другого города. Хотя для механической руки Говарда Воловитса из сериала ”Теория Большого Взрыва”, ей по-прежнему далеко.

Но зато в следующих статьях (если кому будет интересно) мы сможем управлять ею с мобильного телефона, делать то же самое с четырех-колесной роботележкой и обновлять в электронных часах время с часовых серверов в Интернете. Потом поставим на тележку старый смартфон и будем гнать с него видео на нейронную сеть с распознаванием образов, а обратно управляющие сигналы на моторчики,ой что-то меня уже несёт.

И все это с помощью прекрасной ESP8266.
Буду рад, если кому статья показалась интересной.

Источник