点灯大师——WIFI控制灯

在之前的教程中，我们学习了 ESP6266 的原理，并动手写了驱动，实现了串口的通讯和 STA、AP、STA+AP 三种模式。本次我们就来教大家如何使用 ESP8266 控制灯。这是一个简单的示例，展示了如何将 WIFI 通信与硬件控制相结合，实现远程控制的功能。你也可以扩展这个示例，添加更多的指令和功能，以满足自己的需求。

1. 源码下载及前置阅读

本文首发 良许嵌入式网 ：https://www.lxlinux.net/e/ ，欢迎关注！

本文所涉及的源码及安装包如下（由于平台限制，请点击以下链接阅读原文下载）：

https://www.lxlinux.net/e/stm32/esp8266-control-led.html

如果你是嵌入式开发小白，那么建议你先读读下面几篇文章。

• 【STM32下载程序的五种方法：https://www.lxlinux.net/e/stm32/five-ways-to-flash-program-to-stm32.html】

• 【一文教你使用MDK开发工具：https://www.lxlinux.net/e/stm32/mdk-development-tool-tutorial.html】

• 【零基础快速上手STM32开发（手把手保姆级教程）：https://www.lxlinux.net/e/stm32/stm32-quick-start-for-beginner.html 】

前期教程，没看过的小伙伴可以先看下。

• 【手把手教你玩转WIFI模块（原理+驱动）：https://www.lxlinux.net/e/stm32/esp8266-tutorial.html】

• 【STM32串口接收不定长数据（接收中断+超时判断）：https://www.lxlinux.net/e/stm32/stm32-usart-receive-data-using-rxne-time-out.html】

我本科及硕士都是学机械，通过自学成功进入世界500强外企。我已经将自己的学习经验写成了一本电子书，超千人通过此书学习并转行成功。现在将这本电子书免费分享给大家，希望对你们有帮助：

电子书链接：https://www.lxlinux.net/1024.html

2. 通信示意图

实现目标是我们有一个三色 LED 灯，电脑上使用网络调试助手向 WIFI 模块发送关键词「green」绿灯亮，再次发送「green」绿灯灭，黄灯和红灯的关键词是「yellow」、「red」，效果一样。

3. 编程实战

3.1 硬件接线

本教程使用的硬件如下：

• 单片机：STM32F103C8T6

• WIFI模块：ESP-01S

• 小灯：三色 LED 灯模块

• 串口：USB 转 TTL

• 烧录器：ST-LINK V2

烧录的时候接线如下表，如果不会烧录的话可以看我之前的文章【STM32下载程序的五种方法：https://www.lxlinux.net/e/stm32/five-ways-to-flash-program-to-stm32.html】。

接好如下图：

3.2 LED逻辑代码

LED 灯的代码简简单单，只要进行一下三个灯的初始化就行。

void led_init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;

    LED1_GPIO_CLK_ENABLE();                                 /* LED1时钟使能 */

    LED2_GPIO_CLK_ENABLE();                                 /* LED2时钟使能 */

    LED3_GPIO_CLK_ENABLE();                                 /* LED3时钟使能 */

    gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN;                   /* LED1引脚 */

    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;            /* 推挽输出 */

    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                    /* 上拉 */

    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;          /* 高速 */

    HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);       /* 初始化LED1引脚 */

    gpio_init_struct.Pin = LED2_GPIO_PIN;                   /* LED2引脚 */

    HAL_GPIO_Init(LED2_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);       /* 初始化LED2引脚 */

    gpio_init_struct.Pin = LED3_GPIO_PIN;                   /* LED3引脚 */

    HAL_GPIO_Init(LED3_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);       /* 初始化LED3引脚 */

    LED1(0);                                                /* 关闭 LED1 */

    LED2(0);                                                /* 关闭 LED2 */

    LED3(0);                                                /* 关闭 LED3 */

}

LED 的 .h文件：

#ifndef _LED_H

#define _LED_H

#include 'sys.h'

/******************************************************************************************/

/* 引脚 定义 */

#define LED1_GPIO_PORT                  GPIOA

#define LED1_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_7

#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)             /* PA口时钟使能 */

#define LED2_GPIO_PORT                  GPIOA

#define LED2_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_6

#define LED2_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)             /* PA口时钟使能 */

#define LED3_GPIO_PORT                  GPIOA

#define LED3_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_5

#define LED3_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)             /* PB口时钟使能 */

/******************************************************************************************/

/* LED端口定义 */

#define LED1(x)   do{ x ?

                      HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) :

                      HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);

                  }while(0)

#define LED2(x)   do{ x ?

                      HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_PORT, LED2_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) :

                      HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_PORT, LED2_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);

                  }while(0)

#define LED3(x)   do{ x ?

                      HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) :

                      HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);

                  }while(0)

/* LED取反定义 */

#define LED1_TOGGLE()   do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN); }while(0)        /* 翻转LED1 */

#define LED2_TOGGLE()   do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_PORT, LED2_GPIO_PIN); }while(0)        /* 翻转LED2 */

#define LED3_TOGGLE()   do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN); }while(0)        /* 翻转LED3 */

/******************************************************************************************/

/* 外部接口函数*/

void led_init(void);                                                                            /* LED初始化 */

#endif

3.3 串口通讯实现

WIFI 串口通讯我们在【手把手教你玩转WIFI模块（原理+驱动）：https://www.lxlinux.net/e/stm32/esp8266-tutorial.html】有详细教程，在这里就简单带过+浅浅复习下，没看过或者忘记了的小伙伴可以点击链接看看。

实现向串口发送数据，并等待返回值。ESP8266 的 TX 和 RX 定义在串口2。

1. 定义串口句柄 g_uart_handle ，并调用 HAL_UART_Init 进行初始化。

UART_HandleTypeDef g_uart_handle;

void esp8266_uart_init(uint32_t baudrate)

{

    g_uart_handle.Instance          = ESP8266_UART_INTERFACE;       /* ESP8266 UART */

    g_uart_handle.Init.BaudRate     = baudrate;                     /* 波特率 */

    g_uart_handle.Init.WordLength   = UART_WORDLENGTH_8B;           /* 数据位 */

    g_uart_handle.Init.StopBits     = UART_STOPBITS_1;              /* 停止位 */

    g_uart_handle.Init.Parity       = UART_PARITY_NONE;             /* 校验位 */

    g_uart_handle.Init.Mode         = UART_MODE_TX_RX;              /* 收发模式 */

    g_uart_handle.Init.HwFlowCtl    = UART_HWCONTROL_NONE;          /* 无硬件流控 */

    g_uart_handle.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;         /* 过采样 */

    HAL_UART_Init(&g_uart_handle);                                  /* 使能ESP8266 UART */

}

其中，ESP8266_UART_INTERFACE 是宏定义，指代的就是 USART2 。

传入参数 baudrate 可以定义该串口的波特率。

1. 初始化串口底层函数，调用 HAL_UART_MspInit 函数。

注意最后一行，需要调用 __HAL_UART_ENABLE_IT 函数使能接收中断。

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)

{

    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;

    if (huart->Instance == USART_UX)                            /* 如果是串口1，进行串口1 MSP初始化 */

    {

        ....

        // 省略串口1相关代码

        ....

    }

    else if (huart->Instance == ESP8266_UART_INTERFACE)                 /* 如果是ESP8266 UART */

    {

        ESP8266_UART_TX_GPIO_CLK_ENABLE();                              /* 使能UART TX引脚时钟 */

        ESP8266_UART_RX_GPIO_CLK_ENABLE();                              /* 使能UART RX引脚时钟 */

        ESP8266_UART_CLK_ENABLE();                                      /* 使能UART时钟 */

        gpio_init_struct.Pin    = ESP8266_UART_TX_GPIO_PIN;             /* UART TX引脚 */

        gpio_init_struct.Mode   = GPIO_MODE_AF_PP;                          /* 复用推挽输出 */

        gpio_init_struct.Pull   = GPIO_NOPULL;                              /* 无上下拉 */

        gpio_init_struct.Speed  = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;                     /* 高速 */

        HAL_GPIO_Init(ESP8266_UART_TX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);    /* 初始化UART TX引脚 */

        gpio_init_struct.Pin    = ESP8266_UART_RX_GPIO_PIN;             /* UART RX引脚 */

        gpio_init_struct.Mode   = GPIO_MODE_INPUT;                          /* 输入 */

        gpio_init_struct.Pull   = GPIO_NOPULL;                              /* 无上下拉 */

        gpio_init_struct.Speed  = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;                     /* 高速 */

        HAL_GPIO_Init(ESP8266_UART_RX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);    /* 初始化UART RX引脚 */

        HAL_NVIC_SetPriority(ESP8266_UART_IRQn, 0, 0);                  /* 抢占优先级0，子优先级0 */

        HAL_NVIC_EnableIRQ(ESP8266_UART_IRQn);                          /* 使能UART中断通道 */

        __HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_RXNE);                          /* 使能UART接收中断 */

    }

}

1. 使用接收中断+超时判断，完成数据接收。

由于 ESP8266 通过串口返回的数据长度不固定，所以我们可以使用接收中断+超时判断的方法完成数据接收。具体方法可以参考下文：

【STM32串口接收不定长数据（接收中断+超时判断）：https://www.lxlinux.net/e/stm32/stm32-usart-receive-data-using-rxne-time-out.html】

在串口中断服务函数里，我们可以将接收到的字符保存在接收缓冲区里 g_uart_rx_buf ，并定义一个变量 esp8266_cnt 计算总共收到了多少个字符。

void ESP8266_UART_IRQHandler(void)

{

    uint8_t receive_data = 0;   

    if(__HAL_UART_GET_FLAG(&g_uart_handle, UART_FLAG_RXNE) != RESET){

        if(esp8266_cnt >= sizeof(g_uart_rx_buf))

            esp8266_cnt = 0; //防止串口被刷爆

        HAL_UART_Receive(&g_uart_handle, &receive_data, 1, 1000);//串口2接收1位数据

        g_uart_rx_buf[esp8266_cnt++] = receive_data;  

    }

    HAL_UART_IRQHandler(&g_uart_handle);

}

假如一帧的数据接收完成了，那么 esp8266_cnt 变量的值应该维持不变。

我们通过 while 死循环不停计算当前收到多少个字符，当前统计的值计算在  esp8266_cnt 变量里，定义另一个变量 esp8266_cntPre ，用于记录上一次统计接收到的数据的长度，如果本次统计数据长度跟上一次一样的话就说明数据接收完成了。代码如下：

uint8_t esp8266_wait_receive(void)

{

    if(esp8266_cnt == 0)                            //如果接收计数为0 则说明没有处于接收数据中，所以直接跳出，结束函数

        return ESP8266_ERROR;

    if(esp8266_cnt == esp8266_cntPre) {             //如果上一次的值和这次相同，则说明接收完毕

        esp8266_cnt = 0;                            //清0接收计数

        return ESP8266_EOK;                         //返回接收完成标志

    }

    esp8266_cntPre = esp8266_cnt;                   //置为相同

    return ESP8266_ERROR;                           //返回接收未完成标志

}

当然，接收到的数据使用完成之后，我们就应该清空接收缓冲区，并将计数器置 0 ，方便下一次接收。

void esp8266_clear(void){
    memset(g_uart_rx_buf, 0, sizeof(g_uart_rx_buf));
    esp8266_cnt = 0;}

接下来，就是最关键的一个函数了。我们使用这个函数通过串口向 ESP8266 发送一个字符串，并循环等待我们所期待得到的字符串。

在下面这个函数里，cmd 变量是我们向 ESP8266 发送的字符串，res 变量是我们期待得到的回复。

比如，我们向 ESP8266 发送 AT 这个字符串，那么 ESP8266 如果正常的话应该会回复 OK 。此时，cmd 就是 AT ，而 res 就是 OK 。

uint8_t esp8266_send_command(char *cmd, char *res)

{

    uint8_t timeOut = 250;

    esp8266_clear();

    HAL_UART_Transmit(&g_uart_handle, (unsigned char *)cmd, strlen((const char *)cmd), 100);

    while(timeOut--) {

        if(esp8266_wait_receive() == ESP8266_EOK) {                     //如果收到数据

            if(strstr((const char *)g_uart_rx_buf, res) != NULL)        //如果检索到关键词

                return ESP8266_EOK;

        }

        delay_ms(10);

    }

    return ESP8266_ERROR;

}

3.4 AT指令交互

接下来，我们就可以使用 esp8266_send_command 发送 AT 指令并确定 ESP8266 回复是否正确。以代码方式实现各个 AT 指令，例子如下：

uint8_t esp8266_at_test(void)

{

    return esp8266_send_command('ATrn', 'OK');

}

uint8_t esp8266_sw_reset(void)

{

    return esp8266_send_command('AT+RSTrn', 'OK');

}

uint8_t esp8266_set_mode(uint8_t mode)

{

    switch (mode) {

        case ESP8266_STA_MODE:

            return esp8266_send_command('AT+CWMODE=1rn', 'OK');    /* Station模式 */

        case ESP8266_AP_MODE:

            return esp8266_send_command('AT+CWMODE=2rn', 'OK');    /* AP模式 */

        case ESP8266_STA_AP_MODE:

            return esp8266_send_command('AT+CWMODE=3rn', 'OK');    /* AP+Station模式 */

        default:

            return ESP8266_EINVAL;

    }

}

由于 AT 指令有很多，这里只截取了其中的一部分，完整的可以参考我提供的代码。

3.5 实现STA模式

STA 模式实现思路如下：

1. 进入 STA 模式（要重启生效）；

2. 设置单路连接；

3. 连接 WIFI（注意 ESP8266 和服务端要在同一网络内）；

4. 浅查一下 ESP8266 的 IP 地址，不查也可以；

5. 连接TCP服务器；

6. 开启透传。

uint8_t esp8266_single_connection(void)

{

    return esp8266_send_command('AT+CIPMUX=0rn', 'OK');

}

uint8_t esp8266_join_ap(char *ssid, char *pwd)

{

    char cmd[64];

    sprintf(cmd, 'AT+CWJAP='%s','%s'rn', ssid, pwd);

    return esp8266_send_command(cmd, 'WIFI GOT IP');

}

uint8_t esp8266_get_ip(char *buf)

{

    char *p_start;

    char *p_end;

    if (esp8266_send_command('AT+CIFSRrn', 'STAIP') != ESP8266_EOK)

        return ESP8266_ERROR;

    p_start = strstr((const char *)g_uart_rx_buf, ''');

    p_end = strstr(p_start + 1, ''');

    *p_end = '';

    sprintf(buf, '%s', p_start + 1);

    return ESP8266_EOK;

}

uint8_t esp8266_connect_tcp_server(char *server_ip, char *server_port)

{

    char cmd[64];

    sprintf(cmd, 'AT+CIPSTART='TCP','%s',%srn', server_ip, server_port);

    return esp8266_send_command(cmd, 'CONNECT');

}

uint8_t esp8266_enter_unvarnished(void)

{

    uint8_t ret;

    ret  = esp8266_send_command('AT+CIPMODE=1rn', 'OK');

    ret += esp8266_send_command('AT+CIPSENDrn', '>');

    if (ret == ESP8266_EOK)

        return ESP8266_EOK;

    else

        return ESP8266_ERROR;

}

/**

 * @brief       ESP8266初始化

 * @param       baudrate: ESP8266 UART通讯波特率

 * @retval      ESP8266_EOK  : ESP8266初始化成功，函数执行成功

 *              ESP8266_ERROR: ESP8266初始化失败，函数执行失败

 */

uint8_t esp8266_init(uint32_t baudrate)

{

    char ip_buf[16];

    esp8266_uart_init(baudrate);                /* ESP8266 UART初始化 */

    /* 让WIFI退出透传模式 */

    while(esp8266_exit_unvarnished())

        delay_ms(500);

    printf('1.ATrn');

    while(esp8266_at_test())

        delay_ms(500);

    printf('2.RSTrn');

    while(esp8266_sw_reset())

        delay_ms(500);

    while(esp8266_disconnect_tcp_server())

        delay_ms(500);

    printf('3.CWMODErn');

    while(esp8266_set_mode(ESP8266_STA_MODE))

        delay_ms(500);

    printf('4.AT+CIPMUXrn');  //设置单路连接模式，透传只能使用此模式

    while(esp8266_multi_connection())

        delay_ms(500);

    printf('5.CWJAPrn');      //连接WIFI

    printf('%srn',WIFI_SSID); 

    while(esp8266_join_ap(WIFI_SSID, WIFI_PWD))

        delay_ms(1000);

    printf('6.CIFSRrn');

    while(esp8266_get_ip(ip_buf))

        delay_ms(500);

    printf('ESP8266 IP: %srn', ip_buf);

    printf('7.CIPSTARTrn');

    while(esp8266_connect_tcp_server(TCP_SERVER_IP, TCP_SERVER_PORT))

        delay_ms(500);

    printf('8.CIPMODErn');

    while(esp8266_enter_unvarnished())

        delay_ms(500);

    printf('ESP8266初始化完成rn');

    return ESP8266_EOK;

}

3.6 LED控制

检测WIFI串口是否接收到 LED 关键词，如果有就反转 LED 灯状态。

void control_led()

{

    if(strstr((const char *)bt_uart_rx_buf, 'green') != NULL)           //如果接收到关键词'green'

        LED1_TOGGLE();                                                  // 翻转LED1

    if(strstr((const char *)bt_uart_rx_buf, 'yellow') != NULL)          //如果接收到关键词'yellow'

        LED2_TOGGLE();                                                  // 翻转LED2

    if(strstr((const char *)bt_uart_rx_buf, 'red') != NULL)             //如果接收到关键词'red'

        LED3_TOGGLE();                                                  // 翻转LED3

}

3.7 主函数

在 main 函数里，我们先调用 led_init() 函数和 esp8266_init(115200) 函数进行 LED 和ESP8266 的初始化，然后在原有通讯的基础上检测 LED 关键词。

int main(void)

{

    HAL_Init();                                 /* 初始化HAL库 */

    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);         /* 设置时钟,72M */

    delay_init(72);                             /* 初始化延时函数 */

    usart_init(115200);                         /* 波特率设为115200 */

    led_init();

    esp8266_init(115200);

    while(1)

    {

        printf('receive: %srn', g_uart_rx_buf);

        control_led();

        esp8266_clear();

        esp8266_uart_printf('from clientrn');

        HAL_Delay(1000);

    }

}

4. 运行过程

1. 将硬件连好，插到电脑 USB 口。

2. 打开网络调试助手。协议选 TCP Server，本机主机地址是自动识别的，端口号选8080，点击打开。

3. 打开电脑串口软件。设置串口助手波特率 115200（你们不一定要用我这款，随便的串口助手都可以），选择串口号，最后打开串口开始准备接收数据。

这个串口工具接收的是 MCU 串口 1 的数据，也就是 log 。WIFI接收到数据后，我们使用串口 1 打印到下面的串口助手里。

烧录代码，串口输出如下。

我们给 WIFI 模块发送数据「green」、「yellow」、「red」。

可以看到串口助手成功接收到了 「green」、「yellow」、「red」这些数据。

我们的三个小灯也打开了。（我的小绿灯不是很亮，用旧了，嘻嘻）

再次发送关键词即可关对应的灯。当然，一次发送 “green yellow red”，就可以控制三个小灯一起反转。

5. 总结

祝贺大家成功点灯！当然，除了控制灯的开关，WIFI 模块还可以应用于更广泛的场景，如个人电子设备、智能家居控制、健康医疗设备等等。随着技术的不断进步，WIFI 技术将持续演进，并在更多领域发挥作用。希望本文能够为你提供了一个初步的了解，并激发你进一步深入研究和应用 WIFI 技术的兴趣