傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)（中級） 課件 Wi-Fi通信應(yīng)用開發(fā)

“1+X”傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)Wi-Fi通信應(yīng)用開發(fā)01關(guān)鍵技術(shù)說明02項目分析03配置Wi-FiAP工作模式目錄CONTENTS04配置Wi-FiSTATION工作模式05配置Wi-FiAP模式+STATION工作模式06Wi-Fi接入云平臺1關(guān)鍵技術(shù)說明Wi-Fi是無線保真的縮寫，英文全稱為WirelessFidelity，在無線局域網(wǎng)才對范疇是指“無線兼容性認證”，實質(zhì)上是一種商業(yè)認證，同時也是一種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與藍牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。同藍牙技術(shù)相比，它具備更高的傳輸速率，更遠的傳播距離，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于筆記本、手機、汽車等廣大領(lǐng)域中。Wi-Fi技術(shù)簡介Wi-Fi1是802.11b，1999年發(fā)布。Wi-Fi2是802.11a，1999年發(fā)布。Wi-Fi3是802.11g，2003年發(fā)布。Wi-Fi4是802.11n，2009年發(fā)布。Wi-Fi5是802.11ac，2014年發(fā)布。Wi-Fi6是802.11ax，2019年發(fā)布。Wi-Fi技術(shù)簡介9月16日，Wi-Fi聯(lián)盟宣布啟動Wi-Fi6認證計劃。和上一代的Wi-Fi技術(shù)標準相比，Wi-Fi6的數(shù)據(jù)傳輸速度提高了四成，能夠支持增強和虛擬現(xiàn)實（AR/VR），擴大了網(wǎng)絡(luò)容量，即使我們身處擁擠的火車站也能享受到優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在無線通信領(lǐng)域，5G和Wi-Fi屬于兩種廣泛使用的技術(shù)，這兩種技術(shù)也出現(xiàn)了同時融合和競爭的局面。Wi-Fi技術(shù)簡介1.Wi-Fi的前身Wi-Fi是無線局域網(wǎng)（WLAN）的一個標準，最早的無線局域網(wǎng)可以追溯到上個世紀70年代，基于ALOHA協(xié)議的UHF無線網(wǎng)絡(luò)連接了夏威夷島，是現(xiàn)在無線局域網(wǎng)的一個最初版本。隨后的1985年美國聯(lián)邦通信委員會制定了現(xiàn)在廣泛使用的免費Wi-Fi頻段，和我們的微波爐頻率相同。1991年NCR公司和AT&T公司發(fā)明了現(xiàn)在廣泛使用Wi-Fi的標準的802.11的前身，用在收銀系統(tǒng)，名字為WaveLAN。澳大利亞的天文學(xué)家JohnO’sullivan和他的同事開發(fā)了Wi-Fi技術(shù)的關(guān)鍵專利，起初使用在CSIRO(公共健康科學(xué)和工業(yè)研究組織)的項目上。1997年發(fā)布了基于802.11協(xié)議的第一個版本，提供2Mbit/s速率，在1999年提高到11Mbit/s，使用價值大大提高，隨后Wi-Fi得以快速發(fā)展。Wi-Fi技術(shù)簡介2.Wi-Fi的標準和速率主流的Wi-Fi標準是802.11b（1999）、802.11g（2003）、802.11n（2009）、802.11ac（2013）和802.11ax（2017）。他們之間是向下兼容的，舊協(xié)議的設(shè)備可以連接到新協(xié)議的AP，新協(xié)議的設(shè)備也可以連接到舊協(xié)議的AP，只是速率會降低。802.11b和802.11g都是較早的標準，802.11b最快只能到11Mbps，802.11g最快能達到54Mbps。802.11n的速率理論最快可以達到600Mbps，802.11ac理論最快可以達到6.9Gbps，802.11ax理論最大速率10Gbps左右，單用戶速率提高不多，它的優(yōu)勢是在多用戶，高并發(fā)場合提高傳輸效率。以上速率是理論的物理層傳輸速率，必須滿足最大傳輸頻道帶寬下發(fā)射接收都達到最大空間流數(shù)（多天線輸入輸出），這個條件一般情況達不到的。另外，Wi-Fi的速率是包含上下行的，就是上下行加起來的速率，這和有線全雙工以太網(wǎng)還是有區(qū)別的。Wi-Fi技術(shù)簡介3．Wi-Fi的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)Wi-Fi有兩種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)：一對多（Infrastructure模式）和點對點（Ad-hoc模式，也叫IBSS模式）。最常用的Wi-Fi是一對多結(jié)構(gòu)的。一個AP（接入點），多個接入設(shè)備，無線路由器是其實就是路由器+AP。Wi-Fi還可以點對點結(jié)構(gòu)，比如兩個筆記本可以用Wi-Fi直接連接起來不經(jīng)過無線路由器。Wi-Fi技術(shù)簡介4．Wi-Fi的頻道2.4G的Wi-Fi劃為14個頻道，每個頻道帶寬20-22Mhz，不同的調(diào)制方式帶寬稍微不同。每個頻道的間隔為5M，很明顯，相鄰的多個頻道是有干擾的，相互沒有干擾的只有1，6，11，14或者1，5，9，13，如圖6-1所示。這也是為什么在有多個Wi-Fi熱點的地方會上不了網(wǎng)，或者非常慢?，F(xiàn)在無線路由器都有手動設(shè)置頻道的功能，如果在家使用無線路由器最好設(shè)置到一個和附近的其他Wi-Fi信號不同的最好是間隔比較遠的頻道。Wi-Fi技術(shù)簡介5．Wi-Fi的安全性常用的Wi-Fi加密有WEP，WPA，WPA2。WEP安全性太差基本上被淘汰了。目前WPA2是被業(yè)界認為最安全的加密方式。WPA加密是WEP加密的改進版，包含兩種方式：預(yù)共享密鑰（PSK）和Radius密鑰。其中預(yù)共享密鑰（PSK）有兩種密碼方式：TKIP和AES，相比TKIP，AES具有更好的安全系數(shù)。WPA2加密是WPA加密的升級版，建議優(yōu)先選用WPA2-PSKAES模式。WPA/WPA2加Radius密鑰是一種最安全的加密類型，不過由于此加密類型需要安裝Radius服務(wù)器，一般用戶不容易用到。ESP8266Wi-Fi通訊模塊簡介使用樂鑫信息科技公司的ESP8266芯片低功耗、高集成度的Wi-Fi芯片僅需7個外圍元器件超寬工作溫度范圍：-40°C至+125°CESP8285－ESP8266內(nèi)封8MbitFlashESP8266是一個完整且自成體系的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠搭載軟件應(yīng)用，或通過另一個應(yīng)用處理器卸載所有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)功能。ESP8266Wi-Fi通訊模塊簡介ESP8266強大的片上處理和存儲能力，使其可通過GPIO口集成傳感器及其他應(yīng)用的特定設(shè)備，實現(xiàn)了最低前期的開發(fā)和運行中最少地占用系統(tǒng)資源。ESP8266高度片內(nèi)集成，包括天線開關(guān)balun、電源管理轉(zhuǎn)換器，因此僅需極少的外部電路，且包括前端模塊在內(nèi)的整個解決方案在設(shè)計時將所占PCB空間降到最低。ESP8266配套有一套軟件開發(fā)工具包（SDK），該SDK為用戶提供了一套數(shù)據(jù)接收、發(fā)送的函數(shù)接口，用戶不必關(guān)心底層網(wǎng)絡(luò)，如Wi-Fi、TCP/IP等的具體實現(xiàn)，只需要專注于物聯(lián)網(wǎng)上層應(yīng)用的開發(fā)，利用相應(yīng)接口完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的收發(fā)即可。ESP8266Wi-Fi通訊模塊工作模式ESP8266支持三種工作模式分別為：station、soft-AP、station+soft-AP模式。ESP8266工作于soft-AP模式時，相當于一個路由器，其他的Wi-Fi設(shè)備可以連接到該熱點AP進行Wi-Fi通信，這種設(shè)備模式用在主從設(shè)備通信的場景中，被配置為AP熱點的Wi-Fi通訊模塊作為主機。ESP8266工作于station模式時，相當于一個客戶端，此時Wi-Fi通訊模塊會連接到無線路由器，從而實現(xiàn)Wi-Fi通信。這種模式主要用在網(wǎng)絡(luò)通信中。ESP8266工作于station+soft-AP模式時，Wi-Fi通訊模塊既當作無線AP熱點，又作為客戶端，結(jié)合上面兩種模式的綜合應(yīng)用，一般可應(yīng)用在需要網(wǎng)絡(luò)通信且在主從關(guān)系中的主機，從而實現(xiàn)組網(wǎng)通信。AT指令簡介AT即Attention，AT指令集是從終端設(shè)備(TerminalEquipment，TE)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DataTerminalEquipment，DTE)向終端適配器(TerminalAdapter，TA)或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DataCircuitTerminalEquipment，DCE)發(fā)送的。如ES8266Wi-Fi通訊模塊通過TA，TE發(fā)送AT指令來控制ESP8266Wi-Fi通訊模塊切換到AP模式。2項目分析項目分析本項目中使用ESP8266Wi-Fi通訊模塊將M3主控模塊接入物聯(lián)網(wǎng)云平臺，首先需要在物聯(lián)網(wǎng)云平臺創(chuàng)建項目、添加Wi-Fi通訊模塊，再通過M3發(fā)送AT指令配置好Wi-Fi通訊模塊的工作模式，最后通過TCP協(xié)議接入物聯(lián)網(wǎng)云平臺。本項目中包含配置Wi-FiAP工作模式、配置Wi-FiSTATION工作模式、配置Wi-FiAP模式+STATION工作模式、Wi-Fi接入云平臺四個任務(wù)。3配置Wi-FiAP工作模式任務(wù)要求準備一塊ESP8266Wi-Fi模塊，能通過串口調(diào)試助手發(fā)送AT指令實現(xiàn)Wi-Fi模塊AP工作模式的設(shè)置。0102AT指令A(yù)P模式下AT指令知識鏈接01AT指令知識鏈接

AT指令是以AT開頭、回車（<CR>）結(jié)尾的特定字符串，AT后面緊跟的字母和數(shù)字表明AT指令的具體功能。幾乎所有的AT指令(除了“A/”及“+++”兩個指令外)都以一個特定的命令前綴開始，以一個命令結(jié)束標志符結(jié)束。命令前綴一般由AT兩個字符組成，命令結(jié)束符通常為回車（<CR>）。模塊的響應(yīng)通常緊隨其后，格式為：<回車><換行><響應(yīng)內(nèi)容><回車><換行>。02AP模式下AT指令知識鏈接1.AT+CWMODE=2該指令用于將ESP8266設(shè)置到AP工作模式，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置AP工作模式成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。2.AT+CWDHCP=0,1該指令用于將ESP8266的AP工作模式下的DHCP功能開啟，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。3.AT+RST該指令用于在AP模式下重啟ESP8266模塊，如果該指令返回：OK，則表明重啟成功，返回其他值，則重啟失敗。4.AT+CWSAP=”AP熱點名稱”,”AP密碼”,信道號.加密方式該指令用于設(shè)置ESP8266模塊的AP熱點SSID名稱，登陸密碼，信道和加密方式。如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。注：加密方式的對應(yīng)關(guān)系如下：0:OPEN1:WEP2:WPA_PSK3:WPA2_PSK4:WPA_WPA2_PSK02AP模式下AT指令知識鏈接5.AT+CWSAP?該指令用于查看當前ESP8266在AP工作模式下的配置信息，如果該指令返回：+CWSAP:"熱點名稱","熱點密碼",信道號,加密方式,最大連接數(shù),是否廣播ssid(0:不廣播,1:廣播)OK則表明配置AP信息成功，返回其他值，則配置失敗。6.AT+CIPAP=”xxx.xxx.xxx.xxx”該指令用于設(shè)置AP熱點的IP地址，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。7.AT+CIPAP?該指令返回網(wǎng)關(guān)的IP信息，如果該指令返回：+CIPAP:ip:"xxx.xxx.xxx.xxx"+CIPAP:gateway:"xxx.xxx.xxx.xxx"+CIPAP:netmask:"xxx.xxx.xxx.xxx"OK則表示讀取成功，返回其他值，則讀取失敗。02AP模式下AT指令知識鏈接8.AT+CIPMUX=1該指令用于，啟動多連接，ESP8266的AP工作模式最多支持5個客戶端的鏈接，id分配順序是0-4，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，如果連接已存在則返回ALREADCONNECT，返回其他值，則設(shè)置失敗。9.AT+CIPSERVER=1,8080該指令用于開啟ESP8266的服務(wù)器模式，端口號8080，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。10.AT+CIFSR該指令用于查看ESP8266的IP和MAC地址，如果該指令返回：+CIFSR:APIP,"192.168.2.1"+CIFSR:APMAC,"de:4f:22:55:6f:59"OK則表明讀取成功，返回其他值，則讀取失敗。（注：ESP8266stationIP需連接上AP，才可以查詢）Step01Step02Step04任務(wù)實施搭建ESP8266模塊與PC機串口通信電路打開串口調(diào)試助手，設(shè)置參數(shù)發(fā)送AT指令手機通過Wi-Fi熱點進行連接Step034配置Wi-FiSTATION工作模式任務(wù)要求準備一塊ESP8266Wi-Fi通訊模塊，能通過串口調(diào)試助手發(fā)送AT指令實現(xiàn)Wi-Fi通訊模塊STATION工作模式的設(shè)置。藍牙4.0BLE主從機建立連接剖析知識鏈接01STATION工作模式下AT指令1.AT+CWMODE=1該指令用于將ESP8266設(shè)置到STATION工作模式，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置AP工作模式成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。2.AT+CWDHCP=1,1該指令用于將ESP8266的STATION工作模式下的DHCP功能開啟，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。3.AT+RST該指令用于在STATION模式下重啟ESP8266模塊，如果該指令返回：OK，則表明重啟成功，返回其他值，則重啟失敗。4.AT+CWLAP該指令用于掃描所有可用的AP接入點，如果該指令返回：+CWLAP:(熱點1信息)+CWLAP:(熱點2信息).......OK則表明掃描熱點成功，返回其他值，則掃描失敗。藍牙4.0BLE主從機建立連接剖析知識鏈接01STATION工作模式下AT指令5.AT+CWJAP=”熱點名稱”,”熱點密碼”該指令用于發(fā)動WI-FI模塊連接AP熱點，如果該指令返回：WI-FICONNECTEDWI-FIGOTIPOK則表明熱點連接成功，返回其他值，則連接熱點失敗。6.AT+CWJAP?該指令用于發(fā)動WI-FI模塊連接AP熱點，如果該指令返回：+CWJAP:"連接的熱點名稱","熱點MAC地址",信道,信號強度OK則表明查看當前連接的AP成功，返回其他值，則連接熱點失敗。7.AT+CIPSTA?該指令返回WI-FI模塊的IP信息，如果該指令返回：+CIPSTA:ip:"xxx.xxx.xxx.xxx"+CIPSTA:gateway:"xxx.xxx.xxx.xxx"+CIPSTA:netmask:"xxx.xxx.xxx.xxx"OK則表示讀取成功，返回其他值，則讀取失敗。Step01Step02任務(wù)實施建ESP8266模塊與PC機串口通信電路打開串口調(diào)試助手，設(shè)置參數(shù)Step03發(fā)送AT指令Step04EPS8266模塊獲取到IP地址5配置Wi-FiAP模式+STATION工作模式任務(wù)要求準備一塊ESP8266Wi-Fi通訊模塊，能通過串口調(diào)試助手發(fā)送AT指令實現(xiàn)配置Wi-Fi通訊模塊同時處于AP工作模式和STATION工作模式下。藍牙4.0BLE主從機建立連接剖析知識鏈接01AP模式+STATION工作模式下AT指令1.AT+CWMODE=3該指令用于將ESP8266設(shè)置到AP+STATION工作模式，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置AP工作模式成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。2.AT+CWDHCP=2,1該指令用于將ESP8266的AP+STATION工作模式下的DHCP功能開啟，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。3.AT+RST該指令用于重啟ESP8266模塊并工作在AP+STATION模式下，如果該指令返回：OK，則表明重啟成功，返回其他值，則重啟失敗。4.AT+CWLAP該指令用于掃描所有可用的AP接入點，如果該指令返回：+CWLAP:(熱點1信息)+CWLAP:(熱點2信息).......OK則表明掃描成功，返回其他值，則掃描失敗。藍牙4.0BLE主從機建立連接剖析知識鏈接01AP模式+STATION工作模式下AT指令5.AT+CWJAP=”熱點名稱”,”熱點密碼“該指令用于發(fā)動WI-FI模塊連接AP熱點，如果該指令返回：WI-FICONNECTEDWI-FIGOTIPOK則表明連接成功，返回其他值，則連接失敗。6.AT+CWJAP?該指令用于發(fā)動WI-FI模塊連接AP熱點，如果該指令返回：+CWJAP:"連接的熱點名稱","熱點MAC地址",信道,信號強度OK則表明已連接熱點成功，返回其他值，則連接失敗。7.AT+CIPSTA?該指令返回WI-FI模塊的IP信息，如果該指令返回：+CIPSTA:ip:"xxx.xxx.xxx.xxx"+CIPSTA:gateway:"xxx.xxx.xxx.xxx"+CIPSTA:netmask:"xxx.xxx.xxx.xxx"OK則表示查詢IP信息成功，返回其他值，則查詢失敗。藍牙4.0BLE主從機建立連接剖析知識鏈接01AP模式+STATION工作模式下AT指令8.AT+CWSAP=”AP熱點名稱”,”AP密碼”,信道號.加密方式該指令用于設(shè)置ESP8266模塊的AP熱點SSID名稱，登陸密碼，信道和加密方式。如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。（1）加密方式的對應(yīng)關(guān)系如下，0:OPEN，1:WEP，2:WPA_PSK，3:WPA2_PSK，4:WPA_WPA2_PSK。（2）由于AP+STATION工作模式下共用一個Wi-Fi硬件，所以此處應(yīng)使用AT+CWJAP?中顯示的父一級AP熱點的信道號。9.AT+CWSAP?該指令用于查看當前ESP8266在AP工作模式下的配置信息，如果該指令返回：+CWSAP:"熱點名稱","熱點密碼",信道號,加密方式,最大連接數(shù),是否廣播ssid(0:不廣播,1:廣播)OK則表明AP工作模式的熱點信息配置成功，返回其他值，則配置失敗。10.AT+CIPAP=”xxx.xxx.xxx.xxx”該指令用于設(shè)置AP熱點的IP地址，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。藍牙4.0BLE主從機建立連接剖析知識鏈接01AP模式+STATION工作模式下AT指令11.AT+CIPAP?該指令返回網(wǎng)關(guān)的IP信息，如果該指令返回：+CIPAP:ip:"xxx.xxx.xxx.xxx"+CIPAP:gateway:"xxx.xxx.xxx.xxx"+CIPAP:netmask:"xxx.xxx.xxx.xxx"OK則表示讀取成功，返回其他值，則讀取失敗。12.AT+CIPMUX=1該指令用于，啟動多連接，ESP8266的AP工作模式最多支持5個客戶端的鏈接，id分配順序是0-4，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。13.AT+CIPSERVER=1,8080該指令用于開啟ESP8266的服務(wù)器模式，端口號8080，如果該指令返回：OK，則表明設(shè)置成功，返回其他值，則設(shè)置失敗。14.AT+CIFSR該指令用于查看ESP8266的AP工作模式和STATION工作模式下的IP和MAC地址，如果該指令返回：+CIFSR:APIP,"192.168.2.1"+CIFSR:APMAC,"