Модуль WiFi ESP-09 чип ESP8266

WiFi модуль ESP8266-ESP-09, контроллер беспроводной связи на современном чипе ESP8266EX

В современном, быстроразвивающемся мире, мы все давно привыкли к тому, что нас уже практически везде окружают разнообразные сети беспроводной связи. Они предлагают нам возможность отправлять в Интернет или принимать из него различного рода цифровые данные, будь то музыкальные треки, фотографии, файлы с видеорядом или иную полезную информацию. 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. Стоит упомянуть о том, что технология беспроводной связи WiFi широкими шагами углубляется в контекст систем видеонаблюдения, позиционирования и безопасности, а также неустанно набирает обороты по интеграции в бытовой и промышленной электронике. Подхватив тенденцию развития, производители разнообразной "умной" техники стараются усовершенствовать наш быт средствами удалённого обмена данными, внедряют технологию в свои продукты, одновременно обучая 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 низкой ценовой категории и наличием основного полноценного функционала. ESP-09 самодостаточен и лёгок в настройке. Он способен выполнять все базовые операции приёмо-передачи по технологии WiFi. Пользователю достаточно выбрать требуемую конфигурацию модуля под поставленную задачу. Антенна может быть изготовлена в произвольном виде при проектировании. Доступные пользователю выводы модуля ESP8266-09 выполнены в виде контактных площадок под пайку и расположены по всей поверхности нижней стороны.

Несомненно, модели ESP8266-09 принадлежит звание самого компактного модуля семейства радиопередатчиков ESP. Его размер составляет всего 10х10 мм, который, для сравнения, на треть меньше карты памяти microSD! Несущая плата модуля изготовлена в 4 слоя.

Наличие встроенной памяти позволяет ESP8266-09 работать практически автономно и не зависеть от дополнительных внешних микроконтроллеров. Конструктивно, ESP-8266EX представляет собой не программируемый контроллер, напрямую связанный с интегрированной в модуль микросхемой флеш-памяти, в которую записываются прошивка и пользовательские данные.

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
• Рабочая частота: 26 МГц
• Флеш-память: 8МБит / 1МБайт (не проверено)
• Протоколы WiFi: 802.11 b/g/n
• Диапазон частот: 2.4ГГц-2.5ГГЦ (2412М-2484М)
• Режимы WiFi: Клиент, Точка доступа, Клиент+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): 8
• 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, HSPI, I2C, I2S
• 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: нет
• 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
• Тип выводов: контактные площадки под пайку
• Рабочая температура: -20°...+85°
• Размеры: 10.1 х 10.1 х 1.7 мм

ESP8266EX функциональная блок-схема

Диаграмма выводов ESP-09 (распиновка)

Модуль ESP8266-09 обладает цифровыми выводами (контакты 6-8, 10-12, 14-15) 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. Некоторые выводы имеют встроенный подтягивающий или стягивающий резисторы (см.принципиальную схему). Большинство контактов могут быть смультиплексированы с различными интерфейсами (I2C, I2S, HSPI, UART, ШИМ). Рекомендуемый ток отдельного вывода составляет 6 миллиампер, предельный ток - 12 миллиампер.

Примечание! Избегайте превышение значений максимального тока более 12 миллиампер и напряжения более 3.3 вольта, способного повредить микроконтроллер.

• EXT_RSTB (RST, RESET) — контакт перезапуска модуля, активен при низкоуровневом сигнале
• ANT — контакт антенны WiFi
• CHIP_EN (CH_PD, CH_PU) — контакт включения модуля в рабочий режим. Активен при высокоуровневом сигнале
• GPIO14, GPIO12, GPIO13, GPIO15, GPIO2, GPIO0, GPIO3, GPIO1  — контакт общего назначения, ввод/вывод данных. Переназначаемый на другие функции. В среде Ардуино выводы определяются по нумерации, GPIO1 = 1 и т.д.
• 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
  • UART0_RTS — контакт GPIO15
  • UART0_CTS — контакт GPIO13
  • UART1_TX — контакт GPIO2, может использоваться для вывода отладочной информации
  Подключение других устройств к выводам осуществляется по схеме RX->TX, TX->RX.
• Двунаправленный последовательный интерфейс IIC/I2C, позволяет коммутировать внешние датчики, сенсоры, дисплеи т.д.:
  • SDA — контакт GPIO2
  • SCL — контакт GPIO14
• Последовательный периферийный интерфейс HSPI, допускает подключение внешней памяти SPI Flash, дисплеев, микроконтроллеров:
  • CS - контакт GPIO15
  • MISO - контакт GPIO12
  • MOSI - контакт GPIO13
  • CLK - контакт GPIO14
  Коммутация с другими устройствами осуществляется по схеме CS->CS, CLK->CLK, MISO->MOSI, MOSI->MISO
• Интерфейс электрической последовательной шины I2S. В основном, служит для сбора, обработки и передачи аудиоданных, или для приёма/передачи последовательных данных по двум раздельным шинам:
  • I2SI_DATA — приём, контакт GPIO12
  • I2SI_BCK — приём, контакт GPIO13
  • I2SI_WS — приём, контакт GPIO14
  • I2SO_BCK — передача, контакт GPIO15
  • I2SO_DATA — передача, контакт GPIO3
  • I2SO_WS — передача, контакт GPIO2

Компоновка выводов модуля ESP-09, вид сверху

Энергосбережение

Кроме стандартных режимов полного функционирования и выключенного состояния, модуль ESP-09 поддерживает следующие энергосберегающие режимы:

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.
   Пробуждение осуществляется через вывод GPIO16, который не имеет собственного пользовательского контакта на плате.
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

Режим	CHIP_EN	GPIO15	GPIO0	GPIO2
Загрузка через UART (прошивка)	высокий	низкий	низкий	высокий
Загрузка из флеш памяти	высокий	низкий	высокий	высокий
Режим SDIO, не используется в Arduino	высокий	высокий	не важно	не важно

Значения "Высокий" и "Низкий" - уровень сигнала на входе соответствующего контакта.

Добавление платформы ESP8266 в среду разработки ARDUINO IDE

Установка совместимых библиотек для корректной работы с платформой ESP8266EX аналогично всему модульному ряду ESP. Пример настройки редактора ARDUINO IDE для ESP8266EX приведён в описании модуля ESP-01.

АТ команды ESP8266

В разделе расположены справочные документы, содержащие полный перечень АТ инструкций ESP8266 с подробным описанием для каждой из них. Все команды разделены на три основные группы: 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)

Принципиальная схема ESP-09 (ESP8266-09)

Минимальная рекомендуемая схема подключения

Техническая информация

• Документация ESP8266EX v1.0 (англ., PDF)