2 任务6.2建立Wi-Fi网络

任务6.2Wi-Fi模块及应用引导案例Wi-Fi通信任务6.2Wi-Fi模块及应用

Wi-Fi技术自诞生以来，已经对当今世界已经产生巨大的影响并将持续进行。从我们家庭的无线网络到办公室和公共场所，无需依赖电缆的高速无线连接无处不在，这从根本上改变了计算的方式。Wi-Fi在生活中无处不在生活中还有什么产品使用了Wi-Fi技术？引导案例Wi-Fi通信任务6.2Wi-Fi模块及应用你知道Wi-Fi技术的发展历程吗？引导案例Wi-Fi通信任务6.2Wi-Fi模块及应用任务1建立Wi-Fi网络引导案例Wi-Fi通信任务6.2Wi-Fi模块及应用任务描述某公司需要设计一个体温检测防疫系统，该系统基于Wi-Fi无线通信技术实现。本任务要求建立起Wi-Fi网络，并实现节点之间的无线通信功能。任务描述某公司需要设计一个体温检测防疫系统，该系统基于Wi-Fi无线通信技术实现。本任务要求建立起Wi-Fi网络，并实现节点之间的无线通信功能。无感体温检测系统12节点1与节点2之间通过Wi-Fi无线通信技术进行连接；节点1与节点2均可收到对方发来的任意信息。任务要求任务1建立Wi-Fi网络引导案例Wi-Fi通信任务6.2Wi-Fi模块及应用引导案例Wi-Fi通信任务6.2Wi-Fi模块及应用了解Wi-Fi无线通信技术的特点及其应用场景；掌握基于ESP8266的Wi-Fi模组的特性及其控制原理。会查阅Wi-Fi模组的AT指令手册，发送相应指令对其进行控制；会配置Wi-Fi模组工作在Station模式；会配置Wi-Fi模组工作在AP模式。知识目标技能目标案例分析与计划Wi-Fi通信任务1建立Wi-Fi网络查阅Internet资料说一说：要建立Wi-Fi无线网络，需要什么硬件设备？Wi-Fi芯片SoCWi-Fi模组任务计划表项目名称项目六体Wi-Fi模块应用任务名称6.2任务1建立Wi-Fi网络计划方式自主设计计划要求请用8个计划步骤来完整描述出如何完成本次任务序号任务计划1

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说一说：通过老师的分析，你觉得要实现本任务需要：1.做哪些知识储备？2.技术路线如何？把它们写下来吧案例分析与计划Wi-Fi通信任务1建立Wi-Fi网络知识储备Wi-Fi通信什么是Wi-Fi？Wi-Fi全称为WirelessFidelity(无线高保真)，它是WLAN领域中对符合Wi-Fi标准的产品的一种认证，该标准由Wi-Fi技术联盟进行制定和修改。通过Wi-Fi认证的产品能够在WLAN环境中使用并保持与其他Wi-Fi认证产品的兼容性。目前常见的Wi-Fi认证有IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g等。知识储备Wi-Fi通信历代Wi-Fi协议1997年6月IEEE推出了第一代WLAN协议——IEEE802.11-1997。802.11协议定义了物理层工作在ISM的2.4G频段，数据传输速率设计为2Mbps。但由于它在传输速度和传输距离上的表现都不尽如人意，因此并未被大规模使用。1802.11知识储备Wi-Fi通信历代Wi-Fi协议2802.11a1999年，IEEE推出802.11a标准，直接将频段定在了5GHz（频率越高最高传输速度越快），物理层的最高速率到了54Mbps。但由于欧盟以及5GHz的组件研制成功太慢等原因，其没有被广泛的采用。知识储备Wi-Fi通信历代Wi-Fi协议3802.11b802.11b协议与802.11a同年推出，但它本身却是基于2.4GHz频率，能满足当时的时代需求，加上当时802.11a的核心芯片研发进度缓慢，802.11b就此抓住了机会，占领了市场，为日后称霸天下打下了坚实的基础。知识储备Wi-Fi通信历代Wi-Fi协议4802.11g2003年7月，IEEE制订了第三代Wi-Fi标准：802.11g（因为802.11协议在其他应用中，部分字母后缀被占用）。802.11g继承了802.11b的2.4GHz频段和802.11a的最高54Mbps传输速率。同时，它还后向兼容802.11b产品。知识储备Wi-Fi通信历代Wi-Fi协议5802.11n2009年，IEEE宣布了新的802.11n标准。支持2.4GHz和5GHz双频段。传输速率最高可达600Mbps。但由于其使用了MIMO、波束成形和40Mhz绑定等技术，使其传输速率提高。知识储备Wi-Fi通信历代Wi-Fi协议6802.11ac由于2.4GHz这个频段的拥挤，IEEE推出的802.11ac此时就将新的第五代Wi-Fi协议制订在了5GHz的频段上。802.11ac在提供良好的后向兼容性的同时，把每个通道的工作频宽将由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是160MHz，再加上大约10%的实际频率调制效率提升，最终理论传输速度由802.11n最高的600Mbps跃升至1Gbps。知识储备Wi-Fi通信历代Wi-Fi协议7802.11ax802.11ax协议基于2.4GHz和5GHz两个频段，显然迎合了当下物联网、智能家居等发展潮流。对于一些对带宽需要不高的智能家居设备，可以使用2.4GHz频段去连接，保证足够的传输距离，而对于需要高速传输的设备，就使用5GHz频段。知识储备Wi-Fi通信Wi-Fi组网Wi-Fi有两种组网结构：一对多和点对点。最常用的Wi-Fi是一对多结构。一个AP，多个接入设备，无线路由器本身其实就是路由器+AP的功能组合。Wi-Fi还能实现点对点连接功能，如两台无线设备使用Wi-Fi直接连接起来。知识储备Wi-Fi通信通讯模块工作模式简介Wi-Fi通信模块使用的ESP8266芯片，其特点是性价比高。这款芯片使用了3.3V的直流电源，体积小，功耗低，支持透传，丢包现象不严重，而且价格超低，上图是ESP8266-01系列，相应的还有ESP8266-02，03等等，它们使用的核心芯片都是相同的，不同之处就是引出的引脚不同，而且有的系列对核心芯片还加了金属屏蔽壳，有的可外接陶瓷天线等。知识储备Wi-Fi通信通讯模块工作模式简介ESP8266官方提供的ROM主要有两个，一个是支持AT命令修改参数的AT系列ROM，使用此ROM时，可以使用AT命令来设置芯片的大部分参数，同时也可将芯片设置为透传模式，这样ESP8266就相当于在互联网和UART之间架起了一座桥梁。另一个就是物联网的ROM了，此ROM可以通过命令来控制ESP的部分GPIO，而且ESP8266也可以采集一些温湿度传感器的数据，然后发送到互联网上。知识储备Wi-Fi通信WLAN、IEEE802.11与Wi-Fi1.WLAN无线局域网射频技术免授权频段2.IEEE802.11电气和电子工程师协议IEEE一系列WLAN相关标准3.Wi-FiWLAN之一802.11家族三者的包含关系如何？请填空说一说：你知道世界上还有没有其他的WLAN标准？知识储备Wi-Fi通信Wi-Fi网络的组成及其拓扑结构1.Wi-Fi网络的组成知识储备Wi-Fi通信Wi-Fi网络的组成及其拓扑结构点对点模式基础架构模式多AP模式无线网桥模式知识储备Wi-Fi通信Wi-Fi的物理信道划分2.4GHz频段的Wi-Fi信道划分你能找到几个完全不重叠的Wi-Fi信道？知识储备Wi-Fi通信认识Wi-Fi模组及其应用市场1.什么是Wi-Fi模组查阅Internet资料说一说：1.常见的Wi-Fi芯片SoC厂商？2.常见的Wi-Fi模组厂商？知识储备Wi-Fi通信认识Wi-Fi模组及其应用市场2.Wi-Fi模组的应用市场Wi-Fi模组的应用市场越来越广，如：网络电视、网络机顶盒、手机、PAD、PC、智能网络投影仪、移动网络设备、智能网络冰箱、智能网络洗衣机、智能网络音箱、网络车载设备、智能网络空调、智能监控设备、智能仪表等。1.站点模式STA模式与无线路由器相连接入Internet获取信息2.接入点模式AP模式作为网络的接入点通过有线网络接入Internet3.站点与接入点共存模式STA&AP共存无线网络中继知识储备Wi-Fi通信硬件选型分析1.WiFi通讯模块Wi-Fi模组是一种集成了Wi-Fi通信功能的模块或芯片，用于在各种设备中实现Wi-Fi无线网络连接。它可以使设备能够通过Wi-Fi无线技术与互联网或其他设备进行通信和数据传输。图所示为ESP8266模块内部原理框图，模块采用32位CPU进行控制，内置TCP/IP协议栈，Wi-Fi端工作在2.4GHz频段,支持WAP/WAP2安全模式，支持STA、AP、STA+AP三种工作模式，串口端采用AT指令进行控制。知识储备Wi-Fi通信ESP-12F模组常用的AT指令指令类型指令功能简述基础AT指令AT测试模块启动AT+RST重启模组ATE开关回显功能基础Wi-Fi功能AT指令AT+CWMODE_DEF设置Wi-Fi模式（STA/AP/STA+AP），保存到FlashAT+CWJAP_DEF连接指定的AP，保存到FlashAT+CWDHCP_DEF设置DHCP，保存到FlashAT+CWDHCPS_DEF设置ESP8266SoftAPDHCP分配的IP范围，保存到FlashTCP/IP功能AT指令AT+CIPSTART建立TCP连接、UDP传输或者SSL连接AT+CIPSEND发送数据AT+CIPMUX设置多连接模式AT+CIPSERVER设置TCP服务器任务实施Wi-Fi通信ESP-12F模组常用的AT指令任务实施前必须先准备好表6-4所示的设备和资源。序号设备/资源名称数量是否准备到位（√）1ESP8266模块2

2USB转TTL

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3方头USB线1

4杜邦线5

5固件烧写工具1

6乐鑫官方AT固件1

任务实施前必须先准备好以下设备和资源。设备清单表任务实施Wi-Fi通信任务实施导航&实施纪要搭建硬件环境烧写ESP-12F模组的AT固件配置ESP-12F模组的AP工作模式配置ESP-12F模组的STA工作模式通过Wi-Fi网络收发数据实施纪要表项目名称项目六体温检测防疫系统任务名称6.2任务1建立Wi-Fi网络序号分步纪要1

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搭建硬件环境烧写AT固件配置AP模式配置STA模式Wi-Fi收发数据任务实施Wi-Fi通信（1）搭建硬件环境①ATK-ESP8266模块及引脚定义ATK-ESP8266模块通过6个排针与外部连接，模块外观如图6-14所示。图6-14中，从左到右，各引脚的功能描述如表6-5所示。图6-14ATK-ESP8266模块外观图表6-5ATK-ESP8266模块各引脚功能描述序号名称说明1VCC电源（3.3～5V）2GND电源地3TXD模块串口发送脚，可接单片机的RXD4RXD模块串口接收脚，可接单片机的TXD5RST复位（低电平有效）6IO_0低电平是烧写模式，高电平是运行模式（默认状态）任务实施Wi-Fi通信（2）TK-ESP8266模块与USB-TTL调试器接口表6-6接线对应关系USB-TTL（调试器）ESP8266模块GNDGNDVCC(3.3V)VCCRXDTXDTXDRXDATK-ESP8266模块与USB-TTL调试器接口接线原理如表6-6所示。ATK-ESP866模块与USB-TTL调试器实物连接如图6-15所示。图6-15ESP8266模块与USB-TTL调试器实物连接图任务实施Wi-Fi通信测试模块的AT指令验证上电模块是否工作正常：通电之后，如果是红灯蓝灯闪烁一下后全部熄灭,说明电流过大,考虑换一个供电能力更强的USB转TTL模块；如果是通过串口接收到的数据一直是乱码，这说明是电压过小,将3.3V换成5V。利用串口助手，发送AT指令，测试模块是否正常。如图6-16所示，打开串口助手的软件，勾选“发送新行”，打开串口,发送指令“AT+RST”，如果没有勾选“发送新行”，就要发送“AT\r\n”，如果串口返回的结果是“OK”，就表明该模块可以正常使用。任务实施Wi-Fi通信烧写ESP8266模组的AT固件在模块或开发板被用坏的情况下，为其重刷出厂固件，即可恢复其原本的状态。如果导入了其他厂商提供的固件，如机智云的固件，现在不想用机智云的固件了，为其刷出厂固件，即可恢复原本的状态。

以ATK-ESP8266为例，在烧写固件时的注意事项如下。单击“开始烧录”，提示：等待上电同步，无法进入烧录状态，固件烧录失败。这时需要检查以下几点。（1）下载固件时，模块是否工作在下载模式。（2）下载固件时，模块是否同步上电。解决办法：（1）下载固件时，GPIO0引脚需要接地（接地为下载状态，悬空为工作状态）。（2）下载固件时，RST引脚需要悬空，当提示等待上电同步时接地并迅速悬空，复位模块。任务实施Wi-Fi通信配置ESP-12F模组的AP工作模式请参照表中的步骤发送AT指令步骤操作功能描述与指令1配置功能确定Wi-Fi通讯模块重启完毕具体指令AT2配置功能配置为AP模式具体指令AT+CWMODE_DEF=23配置功能配置AP模式启用DHCP功能具体指令AT+CWDHCP_DEF=0,14配置功能配置AP模式的SSID和密码，信道5，WPA2_PSK加密方式具体指令AT+CWSAP_DEF="ESP8266","1234567890",5,35配置功能配置AP分配的IP地址范围具体指令AT+CWDHCPS_DEF=1,2880,"192.168.4.10","192.168.4.15"6配置功能配置多连接模式具体指令AT+CIPMUX=17配置功能启动TCPSocket服务器，端口号为1001具体指令AT+CIPSERVER=1,1001任务实施Wi-Fi通信（1）AP节点（配置步骤）：AT//测试模块是否返回“OK”AT+CWMODE=2//将ESP8266配置成AP模式

AT+RST //重启模块使AP模式生效AT+CIPMUX=1//启用多连接AT+CIPSERVER=1,8080 //开启服务器模式，端口号8080AT+CWSAP="esp8266","1234567890",1,3//热点名称“esp8266”、密码“1234567890”、信道1、加密方式3AT+CIFSR//查看模块分配IP地址AT+CIPSEND=0,9//0：Socket编号为0的节点（节点2）。给节点2发送9个字节数据123456789//发送9个字符任务实施Wi-Fi通信配置ESP-12F模组的STA模式步骤操作功能描述与指令1配置功能确定WiFi通讯模块重启完毕具体指令AT2配置功能配置为STA模式具体指令AT+CWMODE_DEF=13配置功能使能STA模式的DHCP功能具体指令AT+CWDHCP_DEF=1,14配置功能加入AP热点具体指令AT+CWJAP_DEF="ESP8266","1234567890"5配置功能配置为单连接模式具体指令AT+CIPMUX=06配置功能连接TCPSocket服务器，端口号为1001具体指令AT+CIPSTART="TCP","192.168.4.1",1001请参照表中的步骤发送AT指令任务实施Wi-Fi通信（2）STA节点（配置步骤）：AT //测试模块是否返回“OK”AT+CWMODE=1 //将ESP8266配置成STA模式AT+RST //复位重启AT+CWJAP="esp8266","1234567890"//连接AP热点AT+CIPSTART="TCP","192.168.4.1",8080//连接TCPSocket服务器，端口号8080 AT+CIPSEND=10//发送字节长度任务实施Wi-Fi通信通过Wi-Fi网络收发数据在本任务中，节点1作为AP，是TCPSocket通信的服务器端；节点2作为STA，是TCPSocket通信的客户端。节点1和节点2为对等关系，即组建的网络拓扑为点对点。当节点2连上节点1的TCPSocket服务器后，可通过以下步骤进行数据的收发，此处以节点1为例。在其串口调试助手窗口，发送“AT+CIPSEND=0,10”