Многие пользователи уже успели обратить свое внимание на чип ESP8266-12, выпущенный компанией Espressif. Стоимость его значительно дешевле по сравнению со стандартной платой Bluetooth-адаптера, да и при меньших габаритах он отличается значительно более широкими возможностями. Теперь все домашние любители получили возможность работы в сети Wi-Fi сразу в двух режимах, то есть подключать свой компьютер к каким-либо точкам доступа или же включать его в качестве такой точки.
С другой стороны, нужно правильно понимать, что такие платы представляют собой не просто шилды, предназначенные только для связи по Wi-Fi. Сам по себе ESP8266 представляет собой микроконтроллер, имеющий собственные UART, GPIO и SPI-интерфейсы, то есть его можно использовать как абсолютно автономное оборудование. Многие после выхода данного чипа назвали его самой настоящей революцией, и с течением времени такие устройства начнут встраиваться даже в самые простые виды техники, но пока устройство является сравнительно новым и какой-либо стабильной прошивки на него нет. Многие специалисты по всему миру стараются изобретать собственные прошивки, ведь заливать их в плату на самом деле не составляет особого труда, но несмотря на различные трудности, устройство уже сейчас можно назвать вполне пригодным к работе.
На данный момент рассматривается только два варианта применения данного модуля:
- Использование платы в комбинации с дополнительным микроконтроллером или же компьютером, которым будет осуществляться контроль над модулем через UART.
- Самостоятельное написание прошивки для чипа, что позволяет потом использовать его в качестве самодостаточного устройства.
Вполне естественно, что рассматривать самостоятельную прошивку в данном случае мы не будем.
Глядя на удобство использования и хорошие характеристики, многие люди среди множества микроконтроллеров отдают свое предпочтение модели ESP8266. Подключение и обновление прошивки данного устройства является предельно простым и доступным, и производится на том же железе, на котором осуществляется подключение оборудования к компьютеру. То есть так же через USB-TTL-конвертер или, если кто-то предпочитает другие варианты подключения, может осуществляться через RPi и Arduino.
Как проверить?
Для того чтобы проверить работоспособность только что купленного устройства, вам нужно будет использовать специальный источник стабилизированного напряжения, рассчитанный на 3,3 вольта. Сразу стоит отметить, что реальный диапазон напряжения питания данного модуля составляет от 3 до 3,6 вольт, а подача повышенного напряжения сразу приведет к тому, что вы просто-напросто выведете из строя свой ESP8266. Прошивка и прочее программное обеспечение после подобной ситуации может начать некорректно работать, и вам уже нужно будет ремонтировать устройство или как-то его исправлять.
Чтобы определить работоспособность данной модели микроконтроллера, нужно просто подключить три пина:
- CH_PD и VCC подключаются к питанию 3,3 вольт.
- GND подключается к земле.
Если вами используется не ESP-01, а какой-либо другой модуль, и на нем уже изначально присутствует выведенный GPIO15, то в таком случае вам и его нужно будет дополнительно подключить к земле.
Если заводская прошивка запустилась нормально, то в таком случае можно увидеть красный светодиод, а затем пару раз мигнет синий. Однако стоит отметить, что красный индикатор питания имеют не все устройства серии ESP8266. Прошивка на некоторых устройствах не предусматривает загорание красного индикатора, если в модуле он отсутствует (в частности, это относится к модели ESP-12).
После подключения в вашей беспроводной сети активируется новая точка доступа, которая будет называться ESP_XXXX, и ее можно будет обнаружить с любого устройства, имеющего доступ к Wi-Fi. В данном случае название точки доступа непосредственно зависит от производителя используемой вами прошивки, и поэтому может быть каким-нибудь другим.
Если точка действительно появляется, вы можете продолжать эксперименты, в противном случае нужно будет проводить повторную проверку питания, а также корректность подключения GND и CH_PD, а если все подключено верно, то, скорее всего, вы все-таки стараетесь использовать сломанный модуль или же на нем просто-напросто установлена прошивка с нестандартными настройками.
Как его быстро подключить?
Стандартный набор, необходимый для подключения данного модуля, включает в себя следующее:
- сам модуль;
- беспаечную макетную плату;
- полноценный набор проводов мама-папа, предназначенные для макетной платы, или же специальный кабель DUPONT M-F;
- USB-TTL конвертер на основе PL2303, FTDI или же каком-нибудь аналогичном чипе. Наиболее оптимальный вариант – если на USB-TTL адаптер также выводятся RTS и DTR, так как за счет этого можно добиться достаточно быстрой загрузки прошивки из какого-нибудь UDK, Arduino IDE или Sming, не имея даже необходимости в ручном переключении GPIO0 на землю.
Если вами используется конвертер на 5 вольт, то в таком случае нужно будет приобрести дополнительный стабилизатор питания на базе чипа 1117 или каком-либо аналогичном, а также источник питания (для стандартного 1117 вполне неплохо подойдет даже обыкновенная зарядка от смартфона на 5 вольт). Рекомендуется не использовать Arduino IDE или USB-TTL в качестве источника питания для ESP8266, а применять отдельный, так как за счет этого можно избавиться в конечном итоге от массы проблем.
Расширенный набор для обеспечения комфортной и постоянной работы с модулем предусматривает необходимость в использовании дополнительных разъемов питания, резисторах, светодиодах и DIP-переключателях. Помимо этого, можно также использовать недорогой USB монитор, который позволит вам постоянно наблюдать за количеством потребляемого тока, а также обеспечит небольшую защиту шину USB от возникновения короткого замыкания.
Что нужно делать?
В первую очередь стоит отметить тот факт, что в ESP8266 управление может быть несколько разным в зависимости от того, какая конкретно модель вами используется. Таких модулей сегодня представлено достаточно много, и первое, что будет нужно, – это провести идентификацию используемой вами модели и определиться с ее распиновкой. В данной инструкции мы будем говорить о работе с модулем ESP8266 ESP-01 V090, и если вами используется какая-то другая модель с выведенным пином GPIO15 (HSPICS, MTDO), вам нужно будет притянуть его к земле как для стандартного старта модуля, так и для использования режима прошивки.
После этого дважды убедитесь в том, что питающее напряжение для подключенного модуля составляет 3,3 вольта. Как говорилось выше, допустимый диапазон составляет от 3 до 3,6 вольт, и в случае повышения устройство выходит из строя, но при этом питающее напряжение может быть даже значительно ниже 3 вольт, которые заявлены в документах.
Если вы используете USB-TTL конвертер на 3,3 вольта, то в таком случае подключите модуль точно так же, как на левой части картинки ниже. Если же вами применяется исключительно пятивольтовый USB-TTL, то обратите внимание на правую часть рисунка. Многим может показаться, что правая схема более эффективная за счет того, что в ней применяется отдельный источник питания, но на самом деле в случае применения USB-TTL конвертера на 5 вольт крайне желательно сделать также дополнительный делитель на резисторах, чтобы обеспечить согласование трехвольтовых и пятивольтовых уровней логики, или же просто использовать модуль преобразования уровней.
Особенности подключения
На правом рисунке присутствует подключение UTXD (TX), а также URXD (RX) данного модуля к пятивольтовой логике TTL, и проведение таких процедур осуществляется только на свой страх и риск. К ESP8266 описание говорит о том, что модуль эффективно работает только с 3,3-вольтовой логикой. В преимущественном большинстве случаев даже в случае работы с пятивольтовой логикой оборудование не выходит из строя, но изредка происходят такие ситуации, поэтому подобное подключение является не рекомендованным.
Если у вас нет возможности использовать специализированный USB-TTL конвертер на 3,3 вольта, можно применить делитель на резисторах. Также стоит отметить, что на правом рисунке стабилизатор питания 1117 подключается без дополнительной обвязки, и это действительно рабочая технология, но все-таки лучше всего пользоваться схемой подключения 1117 с конденсаторной обвязкой – нужно сверить ее с ESP8266 datasheet на ваш стабилизатор или использовать уже полностью готовый модуль, основывающийся на базе 1117.
Чтобы запустить модуль, нужно разорвать цепь GPIO0-TND, после чего можно подавать питание. При этом стоит отметить, что делать все нужно именно в таком порядке, то есть сначала убедитесь в том, что GPIO0 «висит в воздухе», и только потом уже подавайте питание на CH_PD и VCC.
Как подключать правильно?
Если вы можете уделить более одного вечера тому, чтобы нормально подключить модуль ESP8266, вы можете использовать более стабильный вариант. На схеме выше вы видите вариант подключения с автоматической загрузкой прошивки.
Стоит отметить, что на изображении выше не показывается использование свободных GPIO или ADC, и их подключение будет непосредственно зависеть от того, что конкретно вы хотите реализовать, но если же вы захотите обеспечить стабильность, не забывайте притягивать все GPIO к питанию, а ADC к земле с использованием подтягивающих резисторов.
Резисторы на 10k при необходимости можно заменить на какие-либо другие в диапазоне от 4,7k до 50k, исключая GPIO15, так как его номинал должен быть не более 10k. Номинал конденсатора, сглаживающего высокочастотные пульсации, может быть несколько иным.
Соединение RESET и GPIO16 через использование резистора deep sleep на 470 Ом может стать необходимым при использовании соответствующего режима, так как для того, чтобы выйти из режима глубокого сна, модуль осуществляет полную перезагрузку, осуществляя подачу низкого уровня на GPIO16. При отсутствии данного соединения режим глубокого сна для вашего модуля будет длиться вечно.
На первый взгляд, может показаться, что GPIO0, GPIO1 (TX), GPIO2, GPIO3 (RX) и GPIO15 заняты, поэтому использовать их для своих целей не получится, но на самом деле это далеко не так. Достаточно высокий уровень на GPIO0 и GPIO2, а также низкий на GPIO15 могут потребоваться только для первоначального запуска модуля, а в дальнейшем уже можно применять их на свое усмотрение. Единственное, что стоит отметить, – не забывайте обеспечивать нужные уровни до того, как осуществлять полную перезагрузку вашего оборудования.
Также можно использовать TX, RX в качестве альтернативы GPIO1 и GPIO3, но при этом не стоит забывать о том, что после старта модуля каждая прошивка начинает «дергать» ТХ, параллельно занимаясь отправкой отладочной информации в UART0 со скоростью 74480, но, после того как будет проведена успешная загрузка, их можно использовать не только в качестве UART0 для того, чтобы сделать обмен данных с другим устройством, но и в качестве стандартных GPIO.
Для модулей, у которых присутствует небольшое количество разведенных пинов (к примеру, ESP-01), не требуется подключения неразведенных пинов, то есть на ESP-01 разводятся только: GND, CH_PD, VCC, GPIO0, GPIO2 и RESET, и именно их вам нужно будет подтягивать. Нет никакой потребности в том, чтобы припаиваться непосредственно к микросхеме ESP8266EX, а затем притягивать неразведенные пины, если только это вам действительно нужно.
Такие схемы подключения использовались после большого количества экспериментов, проведенных квалифицированными специалистами и собраны из множества различной информации. При этом стоит отметить, что даже такие схемы нельзя считать идеальными, так как можно использовать целый ряд других, не менее эффективных вариантов.
Подключение через Arduino
Если у вас по какой-то причине не оказалось USB-TTL конвертера на 3,3 вольт, то в таком случае модуль WiFi ESP8266 можно подключить через Arduino со встроенным конвертером. Здесь вам нужно будет сначала обратить свое внимание на три основных элемента:
- При использовании в работе с ESP8266 Arduino Reset изначально подключен к GND, чтобы исключить возможность запуска микроконтроллера, и в данном виде он использовался в качестве прозрачного USB-TTL конвертера.
- RX и TX подключались не «на перекрест», а напрямую – RX-RX (зеленый), ТХ-ТХ (желтый).
- Все остальное подключается точно так же, как указано выше.
Что нужно учитывать
В данной схеме также требуется согласование уровней TTL 5 вольт Arduino, а также 3,3 вольта на ESP8266, но при этом неплохо может функционировать и так.
При подключении к ESP8266 Arduino может оснащаться стабилизатором питания, не выдерживающим ток, который требуется для ESP8266, вследствие чего, перед тем как его активировать, нужно свериться с даташипом на тот, который используется у вас. Не пробуйте подключать какие-то другие энергопотребляющие элементы вместе с ESP8266, так как это может привести к тому, что встроенный в Arduino стабилизатор питания просто выйдет из строя.
Также есть другая схема подключения ESP8266 и Arduino, в которой используется SoftSerial. Так как для библиотеки SoftSerial скорость порта, равная 115200, имеет слишком высокое значение и не может гарантировать стабильную работу, такой способ подключения использовать не рекомендуется, хотя есть некоторые случаи, в которых все работает вполне стабильно.
Подключение через RaspberryPi
Если вы не располагаете вообще никакими USB-TTL конвертерами, то в таком случае можно использовать RaspberryPi. В данном случае для ESP8266 программирование и подключение осуществляется практически идентично, но при этом здесь все не так удобно, а дополнительно нужно будет использовать также стабилизатор питания на 3,3 вольта.
Для начала RX, TX и GND нашего устройства подключаем к ESP8266, а GND и VCC берем со стабилизированного источника питания, рассчитанного на 3,3 вольта. Здесь отдельное внимание следует уделить тому, что нужно провести соединение всех GND устройств, то есть стабилизатора RaspberryPi и ESP8266. Если же встроенный в вашу модель устройства стабилизатор может выдерживать до 300 миллиампер дополнительной нагрузки, то в таком случае подключение ESP8266 осуществляется вполне нормально, но это все делается только на свой страх и риск.
Настраиваем параметры
Когда вы разобрались, как подключить ESP8266, нужно убедиться в том, что драйвера к вашим устройствам установлены корректно, вследствие чего в системе был добавлен новый последовательный виртуальный порт. Здесь нужно будет использовать программу – терминал последовательного порта. В принципе, утилиту можно подобрать любую на свой вкус, но при этом вы должны правильно понимать, что любая команда, которая будет отправляться вами в последовательный порт, в конце должна иметь завершающие символы CR+LF.
Достаточно широким распространением пользуются утилиты CoolTerm и ESPlorer, причем последняя позволяет не вводить ESP8266 AT команды самостоятельно, и при этом дает проще работать с lua скриптами под NodeMCU, поэтому ее можно вполне использовать в качестве стандартного терминала.
Для нормального подключения к последовательному порту придется проделать немало работы, так как прошивки для ESP8266 в большинстве своем являются разнообразными и активация может проводиться на разных скоростях. Чтобы определиться с наиболее оптимальным вариантом, вам нужно будет перебрать три основных варианта: 9600, 57600 и 115200.
Как перебирать?
Для начала подключитесь в терминальной программе к последовательному виртуальному порту, выставляя параметры 9600 8N1, после чего проводите полную перезагрузку модуля, отключая CH_PD (chip enable) от питания, после чего снова активируйте его, передергивая CH_PD. Также можно провести кратковременное замыкание RESET на землю для того, чтобы перезагрузить модуль, и наблюдать за данными в терминале.
В первую очередь светодиоды устройства должны отображаться точно так же, как это показано в описании процедуры проверки. Также вы должны наблюдать в терминале набор различных символов, который будет заканчиваться строкой ready, а если ее нет, проводится переподключение к терминалу на другой скорости с последующей перезагрузкой модуля.
Когда вы увидите на одном из вариантов скорости данную строку, можно считать модуль подготовленным к работе.
Как обновлять прошивку?
После того как вы установите ESP8266, подключение устройства займет всего несколько секунд, и тогда можно будет приступать к обновлению прошивки. Для установки нового программного обеспечения вам нужно сделать следующее.
Для начала скачивайте новую версию прошивки с официального сайта, а также скачивайте специальную утилиту для прошивки. Здесь отдельное внимание следует уделить тому, какая операционная система установлена на той машине, с которой работает ESP8266. Подключение устройства лучше всего проводить к системам старше Windows 7.
Для стандартных ОС Windows вполне оптимально будет использовать программу под названием XTCOM UTIL, которая особенно удобной в работе, если прошивка состоит только из одного файла. Лучшим мультиплатформенным вариантом стоит назвать утилиту esptool, которая, правда, требует python, а также необходимость указания параметров через командную строку. Помимо этого, в ESP8266 подключение основных функций позволяет удобно сделать программа Flash Download Tool, которая имеет достаточно большое количество настроек, а также удобную технологию установки прошивок из нескольких файлов.
Далее отключайте свою терминальную программу от последовательного порта, а также полностью отключайте CH_PD от питания, присоединяйте GPIO0 модуля к GND, и после этого CH_PD можно будет вернуть обратно. В конечном итоге просто запускайте программу для модульной прошивки и загружайте ее в ESP8266 реле.
В преимущественном большинстве случаев прошивка загружается в модуль со скоростью в районе 115200, но при этом специальный режим предусматривает автоматическое распределение скорости, вследствие чего прошивка может проводиться на скорости более 9600, обновляя доступные функции ESP8266. Arduino использовался для подключения или USB-TTL – здесь не играет особой роли, и здесь предельная скорость уже зависит от длины проводов, используемого конвертера и целого ряда других факторов.
