Модуль WiFi ESP-12E чип ESP8266

WiFi модуль ESP8266-12E ESP-12E, 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, предлагающие 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 повсюду, где к таким сетям есть доступ. 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-12E 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 разведена по краю печатной платы в виде зигзагообразной дорожки, контакта или разъёма для монтажа внешней антенны не предусмотрено. Верхняя сторона модуля оборудована металлическим кожухом, защищающим внутреннюю электронику от возможных электрических помех. Флеш-память увеличена с 1 до 4 МБайт. Значительно расширен доступный функционал.

Наличие встроенной памяти позволяет ESP8266-12E работать практически автономно и не зависеть от дополнительных внешних микроконтроллеров. Конструктивно, ESP-8266EX представляет из себя микроконтроллер, напрямую связанный с интегрированной в модуль микросхемой флеш-памяти, в которую записываются исполняемый скетч и прошивка. В добавок ко всему, модуль обладает дополнительными выводами, позволяющими подключить внешнюю флеш-память размером до 16 МБайт, если объёма стандартной памяти не хватает.

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: 500 мА
• Ток неглубокого сна: 2 мА
• Ток глубокого сна: 0.02 мА
• Флеш-память: 32 МБит / 4 МБайт
• Протоколы WiFi: 802.11 b/g/n
• Диапазон частот: 2.4ГГц-2.5ГГЦ (2400М-2483.5М)
• 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): 17
• Максимальный ток на контакт общего назначения: 12 мА, рекомендуемый 6мА
• Аналоговые входы: 1, 10-бит
• ШИМ выходы: 4
• Технология STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMO
• Выходная мощность в режиме 802.11b: +20dBm
• Интерфейсы: UART, SPI, HSPI, SDIO, I2C, I2S, IrDA, GPIO, PWM
• Интегрированные переключатель приёма/передачи, согласующий высокочастотный трансформатор, усилитель мощности
• Интегрированные блоки: согласования сети, фазовой автоподстройки частоты, управления питанием, блоки регулирования
• Антенна WiFi: PCB, разведена на плате в виде дорожки
• 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
• Шаг между контактами: 2.00 мм
• Светодиодная индикация: пользовательский вывод GPIO2
• Рабочая температура: -40°...+85°
• Размеры: 24.0 х 16.0 х 3.2 мм

ESP8266EX функциональная блок-схема

Распиновка ESP-12E (Диаграмма выводов, ESP-12E подключение)

Модуль ESP8266-12E обладает цифровыми выводами (контакты 4-7, 9-14, 16-22) 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
• ADC — Аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Диапазон входного напряжения 0-1 В, диапазон значений 0-1023
• CHIP_EN (CH_PD, CH_PU) — контакт включения модуля в рабочий режим. Активен при высокоуровневом сигнале
• GPIO16 — контакт общего назначения, ввод/вывод данных. Соединение с выводом EXT_RSTB выводит модуль из режима глубокого сна
• GPIO0-GPIO15 — контакт общего назначения, ввод/вывод данных. Переназначаемый на другие функции. В среде Ардуино выводы определяются по нумерации, GPIO1 = 1 и т.д. Выводы GPIO6-GPIO11 привязаны к встроенной памяти и не рекомендуются к использованию в других целях, кроме подключения внешней памяти.
• 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
• Основной интерфейс последовательной шины SPI, режимы главный/второстепенный:
  • SPI_CLK — контакт GPIO6
  • SPI_MISO — контакт GPIO7
  • SPI_MOSI — контакт GPIO8
  • SPI_HD — контакт GPIO9
  • SPI_WP — контакт GPIO10
  • SPI_CS0 — контакт GPIO11
  • SPI_CS1 — контакт GPIO1
  • SPI_CS2 — контакт GPIO0
• Последовательный периферийный интерфейс HSPI во второстепенном режиме, допускает подключение дополнительных устройств, совершающих обмен данными по шине SPI (дисплеи, микроконтроллеры и т.д.):
  • HSPI_CS - контакт GPIO15
  • HSPI_MISO - контакт GPIO12
  • HSPI_MOSI - контакт GPIO13
  • HSPI_CLK - контакт GPIO14
  Коммутация с другими устройствами осуществляется по схеме CS->CS, CLK->CLK, MISO->MOSI, MOSI->MISO
• ШИМ — цифровая широтно-импульсная модуляция сигнала, выводы GPIO4, GPIO12, GPIO14, GPIO15 с разрядностью до 14-бит
• 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
  • I2S0_WS — передача, контакт GPIO2
• Периферийный интерфейс IrDA (ИК дистанционное управление), реализуемый на программном уровне. Предназначен для модуляции несущей частоты 38кГц, демодуляции или кодирования NEC. Дальность передачи сигнала составляет около 1м:
  • IR_Tx — контакт GPIO14
  • IR_Rx — контакт GPIO5
• Интерфейс безопасных цифровых входов/выходов SDIO, предназначен для коммутации с внешней флеш-памятью стандарта SD по последовательной шине:
  • SDIO_DATA_0 — контакт GPIO7
  • SDIO_DATA_1 — контакт GPIO8
  • SDIO_DATA_2 — контакт GPIO9
  • SDIO_DATA_3 — контакт GPIO10
  • SDIO_CMD — контакт GPIO11
  • SDIO_CLK — контакт GPIO6

Режимы энергосбережения ESP8266EX

За исключением стандартных режимов полного функционирования и выключенного состояния, модуль ESP-12E поддерживает энергосберегающие режимы, предназначенные для каждого определённого случая.

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.
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	высокий	низкий	низкий	высокий
Запуск из флеш памяти	высокий	низкий	высокий	высокий
Режим SDIO	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 библотек 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, режим роутера-модема

Коллектив компании Espressif Systems, для своих чипов ESP8266 и их разновидностей, выпускает прошивки со встроенным интерпретатором AT-команд, основанные на обновляемых программных наборах разработки ПО (SDK) с открытым кодом. Пользователь имеет возможность компилировать собственные кастомные прошивки, добавляя или исключая поддержку необходимых в проекте функций. Подобные прошивки формируют из контроллера ESP8266 своеобразный роутер-модем, вследствие чего способ взаимодействия с процессором ESP-12E значительно отличается от обычного. В коде ПО заложен перечень предопределённых заскриптованных команд, выполняющие различные действия с настройками контроллера ESP8266. АТ команды позволяют устанавливать и разрывать WiFi-соединения, отправлять и получать данные, или менять параметры шины UART. Любая АТ команда передаётся в ESP8266 через периферийный последовательный интерфейс UART (GPIO1, GPIO3) от ведущего устройства и всегда начинается с аббревиатуры АТ. Перечень поддерживаемых АТ команд разделён на три основные группы с подробным описанием каждой функции, включая примеры:

1. Основные АТ команды
2. WiFi AT команды
3. 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)

Минимальная рекомендуемая схема подключения

Техническая информация

• Документация ESP-12E v1.0 (англ., PDF)
• Документация ESP8266EX v1.0 (англ., PDF)

Полезные ссылки

• Официальный сайт AI-Thinker