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：
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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
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