Полное руководство по программированию WiFi модуля ESP8266 (ESP-01)

Введение в ESP8266 и модуль ESP-01

Модуль ESP8266 от компании Espressif Systems — это экономичный Wi-Fi чип с полноценным стеком TCP/IP и микроконтроллером, который открывает безграничные возможности для создания IoT-устройств. В этой статье мы подробно рассмотрим работу с популярной версией этого модуля — ESP-01.

Модуль ESP-01 - компактное решение для WiFi подключения

Основные характеристики ESP-01

• Процессор: 32-битный Tensilica L106 с тактовой частотой 80 МГц (до 160 МГц)
• Память: 64 KB загрузочного ROM, 64 KB инструкций RAM, 96 KB данных RAM
• Флеш-память: От 512 KB до 4 MB (в зависимости от версии)
• WiFi: 802.11 b/g/n, поддержка WPA/WPA2
• GPIO: 2 вывода (GPIO0 и GPIO2), плюс TX/RX
• Питание: 3.3V (не терпит 5V!)
• Размеры: Всего 14.3mm x 24.8mm

Подключение модуля ESP-01 к Arduino

Для успешного подключения ESP-01 к Arduino необходимо учитывать несколько важных моментов, связанных с различиями в уровнях напряжения и особенностями работы модуля.

Необходимые компоненты

• Arduino Uno/Nano или другая совместимая плата
• Модуль ESP-01 (желательно с предустановленными AT-командами)
• Резисторы: 1kΩ (2 шт) и 2.2kΩ (для делителя напряжения)
• Конденсатор 10µF (для стабилизации питания)
• Макетная плата и соединительные провода
• Источник питания 3.3V с током не менее 300mA

Подробная схема подключения

Полная схема подключения ESP-01 к Arduino Uno

Альтернативные варианты подключения

Если у вас нет внешнего источника 3.3V, можно использовать FTDI преобразователь или специальный переходник для ESP-01 с встроенным регулятором напряжения и преобразователем уровней.

Готовый переходник для ESP-01 с преобразователем уровней

Прошивка модуля ESP-01

Для программирования ESP-01 можно использовать как AT-команды, так и полноценную среду разработки Arduino IDE. Рассмотрим оба варианта.

Настройка Arduino IDE для работы с ESP8266

1. Откройте Arduino IDE и перейдите в Файл → Настройки
2. В поле "Дополнительные ссылки для Менеджера плат" добавьте URL:

   http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

3. Перейдите в Инструменты → Плата → Менеджер плат
4. Найдите "esp8266" и установите последнюю версию
5. После установки выберите плату: Generic ESP8266 Module
6. Установите следующие параметры:
   • Flash Mode: DOUT
   • Flash Size: 1M (512K SPIFFS)
   • Upload Speed: 115200
   • CPU Frequency: 80 MHz

Проверка связи с помощью AT-команд

Перед программированием полезно проверить связь с модулем через AT-команды:

1. Подключите модуль как описано выше
2. Откройте монитор последовательного порта (115200 бод)
3. Отправьте команду AT - в ответ должно прийти OK
4. Проверьте версию прошивки: AT+GMR
5. Просмотрите список доступных WiFi сетей: AT+CWLAP

AT

OK

AT+GMR
AT version:1.7.4.0(May 11 2021 19:13:04)
SDK version:3.0.4(9532ceb)
compile time:May 27 2021 02:59:34
OK

AT+CWLAP
+CWLAP:(3,"MyWiFi",-67,"aa:bb:cc:dd:ee:ff",1)
+CWLAP:(4,"NeighborNet",-82,"11:22:33:44:55:66",6)
OK
            

Примеры кода для ESP-01

Рассмотрим несколько практических примеров использования ESP-01 в проектах.

1. Подключение к WiFi сети

Базовый пример подключения к WiFi сети с выводом IP-адреса:

#include <ESP8266WiFi.h>

const char* ssid = "your_SSID";
const char* password = "your_PASSWORD";

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(100);
  
  // Подключение к WiFi сети
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);
  
  WiFi.begin(ssid, password);
  
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void loop() {
  // Здесь может быть ваш код
}
            

2. HTTP клиент (получение данных с веб-сервера)

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266HTTPClient.h>

const char* ssid = "your_SSID";
const char* password = "your_PASSWORD";

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(ssid, password);
  
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }
  
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    HTTPClient http;
    
    http.begin("http://example.com/api/data"); // URL запроса
    int httpCode = http.GET();
    
    if (httpCode > 0) {
      String payload = http.getString();
      Serial.println(httpCode);
      Serial.println(payload);
    } else {
      Serial.println("Error on HTTP request");
    }
    
    http.end();
  }
  
  delay(30000); // Задержка 30 секунд между запросами
}

void loop() {
}
            

3. HTTP сервер (управление через веб-интерфейс)

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>

ESP8266WebServer server(80);

const char* ssid = "your_SSID";
const char* password = "your_PASSWORD";

void handleRoot() {
  String html = "<html><head><title>ESP-01 Control</title></head>";
  html += "<body><h1>ESP-01 Web Server</h1>";
  html += "<p>GPIO0 state: " + String(digitalRead(0)) + "</p>";
  html += "<a href='/on'><button>ON</button></a>";
  html += "<a href='/off'><button>OFF</button></a>";
  html += "</body></html>";
  
  server.send(200, "text/html", html);
}

void handleOn() {
  digitalWrite(2, HIGH);
  server.sendHeader("Location", "/");
  server.send(302, "text/plain", "OK");
}

void handleOff() {
  digitalWrite(2, LOW);
  server.sendHeader("Location", "/");
  server.send(302, "text/plain", "OK");
}

void setup() {
  pinMode(2, OUTPUT);
  digitalWrite(2, LOW);
  
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(ssid, password);
  
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }
  
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  
  server.on("/", handleRoot);
  server.on("/on", handleOn);
  server.on("/off", handleOff);
  
  server.begin();
  Serial.println("HTTP server started");
}

void loop() {
  server.handleClient();
}
            

Практические проекты с ESP-01

Вот несколько идей для проектов с использованием ESP-01:

1. WiFi реле

Управление электроприборами через веб-интерфейс или мобильное приложение. Для этого потребуется:

• ESP-01
• Релейный модуль (например, 1-канальное 5V реле)
• Оптоизолированная схема управления
• Внешний источник питания

2. Датчик температуры/влажности

Отправка данных с датчика DHT11/DHT22 на веб-сервер или в MQTT брокер. Особенности:

• Использование единственного GPIO для датчика
• Энергосберегающий режим с периодическим пробуждением
• Хранение данных при потере соединения

3. WiFi сигнализация

Охранная система с датчиками движения и отправкой уведомлений:

• ИК-датчик движения (PIR)
• Зуммер или сирена
• Отправка push-уведомлений через IFTTT или Telegram

Различные проекты на основе модуля ESP-01

Частые проблемы и их решения