我們的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品所使用的平臺(tái)都支持無線通訊，而且無線通訊本身更的成本較低，受到大家的歡迎。在本篇文章中，我們將詳細(xì)討論并實(shí)現(xiàn)ESP8266無線通訊模塊的驅(qū)動(dòng)。

1 、功能概述

ESP8266是由樂鑫公司出品的一款物聯(lián)網(wǎng)芯片，因?yàn)閮r(jià)格較低，性能穩(wěn)定等收到很大關(guān)注。

該芯片可工作于三種WIFI模式下，分別是：station模式，AP模式以及混合模式，通過AT指令進(jìn)行控制，顯影的指令格式為：AT+CWMODE=mode。mode的取值決定設(shè)定的模式：

當(dāng)mode為1時(shí)，ESP8266工作于station 模式：ESP8266 模塊通過路由器連接互聯(lián)網(wǎng)，手機(jī)或電腦通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

當(dāng)mode為2時(shí)，ESP8266工作于softAP 模式：ESP8266 模塊作為熱點(diǎn)，手機(jī)或電腦直接與模塊連接，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)無線控制。

當(dāng)mode為3時(shí)，ESP8266工作于softAP + station模式：兩種模式的共存模式，即可以通過互聯(lián)網(wǎng)控制可實(shí)現(xiàn)無縫切換，方便操作。

ESP8266擁有2種傳輸模式，即正常模式和透傳模式。而傳輸模式的配置也是采用AT指令，具體格式為：AT+CIPMODE=mode。其中mode 取值0時(shí)，為普通傳輸模式；而mode 取值1時(shí)，為透傳模式，僅支持TCP單連接和 UDP固定通信對端的情況。在正常模式下，每次發(fā)送數(shù)據(jù)前都必須先發(fā)送指令A(yù)T+CIPSEND=param。而在透傳模式下，我們就不需要在每次發(fā)送數(shù)據(jù)前都發(fā)送指令A(yù)T+CIPSEND=param了，只需要發(fā)送一次AT+CIPSEND，之后發(fā)送的所有內(nèi)容全部當(dāng)成是數(shù)據(jù)了。但這又存在一個(gè)問題，我們想要發(fā)送命令該如何呢？那么就需要發(fā)送數(shù)據(jù)"+++"來退出透傳模式。

ESP8266有幾種不同的使用方式，最為常見的就是使用AT指令進(jìn)行操作。ESP8266的AT指令分為基礎(chǔ)AT指令、WiFi功能AT指令和TCP/IP相關(guān)AT指令3個(gè)方面。這些指令從使用功能上講可分為4類：

按照相應(yīng)的格式發(fā)送不同的AT指令就可以實(shí)現(xiàn)ESP8266的數(shù)據(jù)通訊了。

2 、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

ESP8266無線通訊模塊是常用的通訊模塊，我們已經(jīng)描述了其功能及通訊方式，接下來我們將設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)其驅(qū)動(dòng)程序。

2.1 、對象定義

在使用一個(gè)對象之前我們需要獲得一個(gè)對象。同樣的我們想要ESP8266無線通訊模塊就需要先定義ESP8266無線通訊模塊的對象。

2.1.1 、對象的抽象

我們要得到ESP8266無線通訊模塊對象，需要先分析其基本特性。一般來說，一個(gè)對象至少包含兩方面的特性：屬性與操作。接下來我們就來從這兩個(gè)方面思考一下ESP8266無線通訊模塊的對象。

先來考慮屬性，作為屬性肯定是用于標(biāo)識或記錄對象特征的東西。我們來考慮ESP8266無線通訊模塊對象屬性。我們考慮到ESP8266的WIFI模式以及數(shù)據(jù)傳輸模式?jīng)Q定了其工作方式，在使用過程中有時(shí)我們也需要了解這兩個(gè)模式的配置是什么，所以我們將其作為對象的屬性已記錄這兩個(gè)模式配置。我們每一個(gè)ESP8266對象都需要接收數(shù)據(jù)，所以要有一個(gè)接受緩存區(qū)，我們定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量來作為對象接收緩沖區(qū)。

接著我們還需要考慮ESP8266無線通訊模塊對象的操作問題。我們想要使用ESP8266對象實(shí)現(xiàn)我們的功能，就需要發(fā)送命令或數(shù)據(jù)以及接收數(shù)據(jù)。串口接收數(shù)據(jù)我們一般使用中斷方式，所以定義了緩沖區(qū)，不再需要特定的操作。串口發(fā)送消息需要實(shí)現(xiàn)，但這依賴于具體的硬件平臺(tái)，所以我們將其作為對象的操作。此外，我們使用串口通訊時(shí)，需要控制時(shí)序就離不開延時(shí)函數(shù)，而延時(shí)操作一般都依賴于具體的軟硬件平臺(tái)，所以我們將延時(shí)函數(shù)作為對象的一個(gè)操作。

根據(jù)上述我們對ESP8266無線通訊模塊的分析，我們可以定義ESP8266無線通訊模塊的對象類型如下：

/*定義ESP8266對象*/
typedef struct Esp8266Object {
 Esp8266CWModeType cwMode;    //WIFI模式
 Esp8266CIPModeType cipMode;   //傳輸模式，正常或透傳
 struct EspRxBuffer{
   uint8_t queue[Esp8266RxBufferLength];   //數(shù)據(jù)存儲(chǔ)隊(duì)列
   uint8_t lengthRecieving;               //正在接收的數(shù)據(jù)長度
   uint8_t lengthRecieved;                //已經(jīng)接收的數(shù)據(jù)長度
 }rxBuffer;
 void (*SendData)(uint8_t *sData,uint16_t sSize);//數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)指針
 void (*Delayms)(volatile uint32_t nTime);     //延時(shí)操作指針
}Esp8266ObjectObject;

2.1.2 、對象初始化

我們知道，一個(gè)對象僅作聲明是不能使用的，我們需要先對其進(jìn)行初始化，所以這里我們來考慮ESP8266無線通訊模塊對象的初始化函數(shù)。一般來說，初始化函數(shù)需要處理幾個(gè)方面的問題。一是檢查輸入參數(shù)是否合理；二是為對象的屬性賦初值；三是對對象作必要的初始化配置。據(jù)此我們設(shè)計(jì)ESP8266無線通訊模塊對象的初始化函數(shù)如下：

/*ESP8266對象初始化*/
voidEsp8266Initialization(Esp8266ObjectObject *esp,    //ESP8266對象
                   Esp8266CWModeTypecwMode,    //WIFI模式
                   Esp8266CIPModeTypecipMode,  //傳輸模式，正常或透傳
                   char *wifiName,              //WIFI名稱
                  char*wifiPassword,          //WIFI密碼
                   ESP8266SendDataTypesend,    //發(fā)送函數(shù)指針
                   ESP8266DelaymsTypedelayms   //毫秒延時(shí)函數(shù)
                  )
{
 char cwjap[50];
 char cwsap[50];
 
 if((esp==NULL)||(send==NULL)||(delayms==NULL))
 {
   return;
 }
 esp->SendData=send;
 esp->Delayms=delayms;
 
 esp->cwMode=cwMode;
 esp->cipMode=cipMode;
 
 esp->rxBuffer.lengthRecieved=0;
 ClearReciveBuffer(esp);
 
 //設(shè)置工作模式 1：station模式   2：AP模式 3：兼容 AP+station模式
 if(Esp8266SendCommmand(esp,cwModeCmd[esp->cwMode],"OK",50)==Esp8266_TxFial)
 {
   return;
 }
 
 //讓W(xué)ifi模塊重啟的命令
 if(Esp8266SendCommmand(esp,"AT+RST","OK",20)==Esp8266_TxFial)
 {
   return;
 }
 
 esp->Delayms(3000);         //延時(shí)3S等待重啟成功
 
 if(esp->cwMode==Esp8266_StationMode)
 {
   sprintf(cwjap,"AT+CWJAP_CUR=\"%s\",\"%s\"\\r\\n",wifiName,wifiPassword);
   
   //讓模塊連接上自己的路由
   if(Esp8266SendCommmand(esp,cwjap,"OK",600)==Esp8266_TxFial)
   {
     return;
   }
   
   if(esp->cipMode==Esp8266_TransMode)
   {
     if(Esp8266EnterTrans(esp)==Esp8266_TxFial)
     {
       return;
     }
   }
   else
   {
     //=0：單路連接模式    =1：多路連接模式
     if(Esp8266SendCommmand(esp,"AT+CIPMUX=0\\r\\n","OK",20)==Esp8266_TxFial)
     {
       return;
     }
   }
 }
 else if(esp->cwMode==Esp8266_SoftAPMode)
 {
   sprintf(cwsap,"AT+CWSAP_CUR=\"%s\",\"%s\"\\r\\n",wifiName,wifiPassword);
   
   //設(shè)置模塊的WIFI名和密碼
   if(Esp8266SendCommmand(esp,cwsap,"OK",600)==Esp8266_TxFial)
   {
     return;
   }
 }
 else if(esp->cwMode==Esp8266_MixedMode)
 {
   //尚未使用，有待添加
 }
}

2.2 、對象操作

我們已經(jīng)完成了ESP8266無線通訊模塊對象類型的定義和對象初始化函數(shù)的設(shè)計(jì)。但我們的主要目標(biāo)是獲取對象的信息，接下來我們還要實(shí)現(xiàn)面向ESP8266無線通訊模塊的各類操作。

對于ESP8266來說，發(fā)送命令主要是AT命令，這是與發(fā)送數(shù)據(jù)完全不同的操作，所以我們設(shè)計(jì)了一個(gè)專用于命令發(fā)送的操作函數(shù)。

/*ESP8266發(fā)送命令*/
static Esp8266TxStatusTypeEsp8266SendCommmand(Esp8266ObjectObject *esp,char *cmd,char *ack,uint16_ttimeOut)
{
 esp->SendData((unsigned char *)cmd, strlen((const char *)cmd));       //寫命令到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
 
 if(ack&&timeOut)
 {
   while(timeOut--)      //等待超時(shí)
   {
     if(ChecRecieveFinished(esp) == Esp8266_RxFinish)    //如果數(shù)據(jù)接收完成
     {
       if(strstr((const char *)esp->rxBuffer.queue,ack) != NULL)       //如果檢索到關(guān)鍵詞
       {
         ClearReciveBuffer(esp);
                           
         return Esp8266_RxSucceed;
       }
     }
             
     esp->Delayms(10);
   }
 }
 
 return Esp8266_TxFial;
}

而ESP8266在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，因發(fā)送模式的不同會(huì)有一定區(qū)別。在透傳模式下只需要發(fā)送數(shù)據(jù)就好了。而在普通模式下，需要先發(fā)送AT命令再發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)。所以我們可設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)如下：

/*ESP8266發(fā)送數(shù)據(jù)*/
void Esp8266SendData(Esp8266ObjectObject*esp,uint8_t *sData,uint16_t sSize)
{
 if(esp->cipMode==Esp8266_TransMode)
 {
   esp->SendData(sData,sSize);
 }
 else
 {
   char cmd[32];
 
   esp->Delayms(50);
   ClearReciveBuffer(esp);
   sprintf(cmd,"AT+CIPSEND=%d\\r\\n",sSize);
   
   if(Esp8266SendCommmand(esp,cmd, ">",1)==Esp8266_RxSucceed)     //收到‘>’時(shí)可以發(fā)送數(shù)據(jù)
   {
     esp->SendData(sData,sSize);
   }
 }
}

3 、驅(qū)動(dòng)的使用

我們已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了ESP8266無線通訊模塊的驅(qū)動(dòng)程序。接下來我們將設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的應(yīng)用以驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)是否符合要求。

3.1 、聲明并初始化對象

使用基于對象的操作我們需要先得到這個(gè)對象，所以我們先要使用前面定義的ESP8266無線通訊模塊對象類型聲明一個(gè)ESP8266無線通訊模塊對象變量，具體操作格式如下：

Esp8266ObjectObjectesp;

聲明了這個(gè)對象變量并不能立即使用，我們還需要使用驅(qū)動(dòng)中定義的初始化函數(shù)對這個(gè)變量進(jìn)行初始化。這個(gè)初始化函數(shù)所需要的輸入?yún)?shù)如下：

Esp8266ObjectObject*esp, //ESP8266對象

Esp8266CWModeTypecwMode, //WIFI模式

Esp8266CIPModeTypecipMode, //傳輸模式，正常或透傳

char*wifiName, //WIFI名稱

char*wifiPassword, //WIFI密碼

ESP8266SendDataTypesend, //發(fā)送函數(shù)指針

ESP8266DelaymsTypedelayms //毫秒延時(shí)函數(shù)

對于這些參數(shù)，對象變量我們已經(jīng)定義了。而WIFI模式與傳輸模式均為枚舉，根據(jù)實(shí)際情況選擇就好了。同樣WIFI名稱和WIFI密碼更具實(shí)際使用情況輸入，注意時(shí)字符串就可以了。最主要的是我們需要定義幾個(gè)函數(shù)，并將函數(shù)指針作為參數(shù)。這幾個(gè)函數(shù)的類型如下：

/*定義ESP8266數(shù)據(jù)發(fā)送指針類型*/
typedef void(*ESP8266SendDataType)(uint8_t *sData,uint16_t sSize);


/*延時(shí)操作指針*/
typedef void (*ESP8266DelaymsType)(volatileuint32_t nTime);

對于這幾個(gè)函數(shù)我們根據(jù)樣式定義就可以了，具體的操作可能與使用的硬件平臺(tái)有關(guān)系。實(shí)際上我們主要需要關(guān)注的是串口發(fā)送函數(shù)。具體函數(shù)定義如下：

/*串口數(shù)據(jù)發(fā)送*/
static void SendDataForEsp8266(uint8_t*txData,uint16_t length)
{
 HAL_UART_Transmit(&esp8266huart,txData,length,1000);
}

對于延時(shí)函數(shù)我們可以采用各種方法實(shí)現(xiàn)。我們采用的STM32平臺(tái)和HAL庫則可以直接使用HAL_Delay()函數(shù)。于是我們可以調(diào)用初始化函數(shù)如下：

/*ESP8266對象初始化*/
  Esp8266Initialization(&esp,                   //ESP8266對象
                    Esp8266_StationMode,    //WIFI模式
                    Esp8266_TransMode,      //傳輸模式，正?；蛲競?/span>
                    wifiName,               //WIFI名稱
                    wifiPassword,           //WIFI密碼
                    SendDataForEsp8266,     //發(fā)送函數(shù)指針
                    HAL_Delay               //毫秒延時(shí)函數(shù)
                    );

3.2 、基于對象進(jìn)行操作

我們定義了對象變量并使用初始化函數(shù)給其作了初始化。接著我們就來考慮操作這一對象獲取我們想要的數(shù)據(jù)。我們在驅(qū)動(dòng)中已經(jīng)將獲取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換值的比例值，接下來我們使用這一驅(qū)動(dòng)開發(fā)我們的應(yīng)用實(shí)例。

/*ESP8266數(shù)據(jù)通訊*/
void Esp8266DataCommunication(void)
{
 uint8_tsData[16]={0x10,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F};
 
 Esp8266SendData(&esp,sData,16);
}

4 、應(yīng)用總結(jié)

在這一篇中我們設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了ESP8266無線模塊的驅(qū)動(dòng)，并基于次驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的驗(yàn)證應(yīng)用。測試結(jié)果是符合我們的預(yù)期的，說明我們設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)沒有問題。

在使用驅(qū)動(dòng)程序時(shí)需要注意，這一驅(qū)動(dòng)只是實(shí)現(xiàn)了ESP8266的基本功能，所以要想實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能是可以在驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)上擴(kuò)展的。后續(xù)我們也會(huì)根據(jù)使用的需要進(jìn)一步擴(kuò)充驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然這個(gè)驅(qū)動(dòng)是基于AT指令來實(shí)現(xiàn)操作的，擴(kuò)充這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的功能也需要使用AT指令來實(shí)現(xiàn)。

本驅(qū)動(dòng)程序在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮使用串口中斷來接收數(shù)據(jù)，所以我們?yōu)閷ο笤O(shè)計(jì)了一個(gè)接收數(shù)據(jù)緩存結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)需在串口中斷服務(wù)函數(shù)中向緩存種添加數(shù)據(jù)。