《物聯網通信技術》課件-第五章 WiFi通信

物聯網通信技術5-1WiFi演進第五章WiFi通信無線通信技術4G/5GWIFI無線通信技術無線廣域通信無線局域通信4G/5GWIFI01WIFI=WLAN？02WIFI發(fā)展壯大WLAN和WIFI的前世和今生一、WIFI=WLAN?是局域無線通信技術標準，MAC和TCP/IP是其普及的基礎。WLANWLAN一、WIFI=WLAN?WIFI20世紀90年代1997年1999年IEEE專門成立了802.11小組來研究和定制WLAN協議和規(guī)范802.11小組在澳大利亞政府研究機構CSIRO發(fā)明的無線網絡技術基礎上推出了802.11協議推出802.11a和802.11b協議。多家企業(yè)聯合成了Wi-Fi聯盟一、WIFI=WLAN?WIFI20世紀90年代1997年1999年IEEE專門成立了802.11小組來研究和定制WLAN協議和規(guī)范802.11小組在澳大利亞政府研究機構CSIRO發(fā)明的無線網絡技術基礎上推出了802.11協議推出802.11a和802.11b協議。多家企業(yè)聯合成了Wi-Fi聯盟WiFi一詞正式誕生！一、WIFI=WLAN?WIFI多家企業(yè)和組織參與的商業(yè)化聯盟，對WLAN標準的推廣、測試、驗證和認證。WiFi聯盟WLAN和WIFI之間到底是什么關系？二、WIFI和WLAN是一種WLAN標準，而Wi-Fi是IEEE802.11標準的一種實現，WiFi目前就成了WLAN技術標準的代名詞。IEEE802.11WIFI的發(fā)展壯大1999年IEE802.11b最高11mpbs1999年IEE802.11a最高54mpbs2003年IEE802.11g最高54mpbs2009年IEE802.11n最高600mpbs2013年IEE802.11ac最高6.93Gpbs2019年IEE802.11ax最高9.6GpbsWIFI計劃到2027年，退出802.11be協議，即WIFI7，峰值速率46Gbps，頻率擴展到6GHz。二、RS232協議電氣特性思考題1WIFI支持的協議是802.11系列嗎？2WIFI6能達到的最大速率是多少？物聯網通信技術5-2WIFI組網第五章WiFi通信WIFI系統的部署01WIFI系統架構和部署02WIFI使用的頻率一、WIFI系統組成無線AP終端ACWIFI系統一、WIFI系統組成包括電腦、手機、穿戴設備、傳感器終端、工業(yè)設備終端等使用電磁波通過空中接口接入AP完成業(yè)務終端一、WIFI系統組成WIFI終端通過WIFI網絡一、WIFI系統組成WIFI終端通過WIFI網絡基于WIFI技術的物聯網應用一、WIFI系統組成無線AP無線AP是一個無線網絡的接入點，俗稱“熱點”。是無線網絡的無線交換機，將各個無線網絡客戶機連接到一起，然后將無線網絡接入以太網。無線AP一、WIFI系統組成無線ACAC是WIFI的接入控制設備，負責把來自不同AP的數據進行匯聚并接入Internet。完成AP設備的配置管理，無線用戶的認證、管理以及寬帶訪問、安全等控制功能。2．AC家里無線路由器，是不是AP？一、一個問題：AP和無線路由器一樣嗎？AP瘦AP本身是不能直接連通上網的，需要配合AC產品來使用的，一般只有一個局域網網口。瘦AP：胖AP除了具有瘦AP的功能之外，還集成了寬帶路由器部分功能，比如路由、IP地址分配等；一般同時具有局域網網口和廣域網網口，所以無線路由器就是一種胖AP。胖AP：瘦AP組網胖AP組網一、WIFI組網瘦AP組網一、WIFI組網胖AP組網二、WIFI頻率WIFI終端到AP的信號傳輸電磁波傳輸介質非授權頻段使用頻段2.4GHz頻段5GHz頻段二、WIFI頻率2.4GHz二、WIFI頻率2.4GHz二、WIFI頻率5GHz總結WIFI的系統架構和網絡部署WIFI使用了2.4GHz和5GHz兩段頻率思考題1胖瘦AP功能上有什么區(qū)別？2在設置無線路由器的時候，如果使用2.4GHz頻率，如何分配信道來避免干擾？物聯網通信技術5-3WIFI物聯網應用第五章WiFi通信WIFI在物聯網領域的應用01RS-232標準基礎知識02RS232基本工作原理智能家居工業(yè)生產農業(yè)生產智慧城市一、WIFI物聯網的特點一、WIFI物聯網的特點一、WIFI物聯網的特點成本低廉帶寬可大可小安全性高功耗低施工周期短二、WIFI物聯網關鍵設備-WIFI模塊

Wi-Fi模塊又名串口Wi-Fi模塊，屬于物聯網傳輸層，功能是將串口或TTL電平轉為符合Wi-Fi無線網絡通信標準的嵌入式模塊，內置無線網絡協議IEEE802.11b.g.n協議棧以及TCP/IP協議棧，反之亦然。通用Wi-Fi模塊嵌入式Wi-Fi模塊路由器方案Wi-Fi模塊二、WIFI物聯網關鍵設備-WIFI模塊通用Wi-Fi模塊嵌入式Wi-Fi模塊路由器方案Wi-Fi模塊通用Wi-Fi模塊Wi-Fi協議棧和驅動安裝在安卓、Windows、IOS的系統里。二、WIFI物聯網關鍵設備-WIFI模塊通用Wi-Fi模塊嵌入式Wi-Fi模塊路由器方案Wi-Fi模塊路由器里的Wi-Fi模塊協議和驅動是依靠Flash和Ram資源的芯片和Linux操作系統。二、WIFI物聯網關鍵設備-WIFI模塊通用Wi-Fi模塊嵌入式Wi-Fi模塊路由器方案Wi-Fi模塊嵌入式Wi-Fi模塊一般是32位單片機，內置Wi-Fi驅動和協議，一般接口為MCU接口，如UART等。物聯網使用的WIFI模塊主要的WIFI模塊介紹參數\芯片樂鑫ESP8266TICC3200聯發(fā)科MT7681頻段2.4GHz2.4GHz2.4GHzCPUTensilicalL106（80M）ARMCortex-M4（80M）32-bitRISCMCU系統FreeRTOSFreeRTOSWindows\LinuxSDK是否開源是是是內存50KB64KB64KBFlashEXTFlashEXTFlashEXTFlash工作電壓3.0-3.6V2.1-3.6V2.97-3.63V封裝QFN32引腳5*5mmQFN64引腳9*9mmQFN40引腳5*5mm功耗TX:140mARX:56mATX:229mARX:59mATX:210mARX:59mA二、WIFI模塊的使用-以ESP8266為例ESP8266使用方法分為兩種：將芯片作為一個Wi-Fi模塊，不需要自己再對芯片進行開發(fā)，只需要根據模塊提供的接口，用AT指令和ESP8266模塊進行通信，讓模塊接入網絡。AT指令是控制終端的協議，由DTE設備發(fā)往DCE設備。方法一：開發(fā)模塊，直接使用SDK對ESP8266進行開發(fā)，不僅實現聯網的功能，還要將它作為MCU完成其他功能，比如接入LED、加入傳感器等。方法二：AT(Attention)二、WIFI模塊的AT指令-基礎指令指令功能使用AT測試指令可以檢測模塊的好壞，連線是否正確AT+GMR版本信息查看固件版本AT+RST重啟指令軟件重啟AT+RESTORE恢復出廠設置要是配置亂了的話，重置吧二、WIFI模塊的AT指令-基礎指令用于模塊本身的維護?；A指令用以查看自身或者與其鏈接的設備的各種信息，比如查看所連接的AP的MAC或者IP地址。查看類指令用于設置模塊本身的工作模式、工作狀態(tài)等。設置類指令ESP8266的AT指令三種類型二、WIFI模塊的AT指令-基礎指令指令功能使用AT測試指令可以檢測模塊的好壞，連線是否正確AT+GMR版本信息查看固件版本AT+RST重啟指令軟件重啟AT+RESTORE恢復出廠設置要是配置亂了的話，重置吧二、WIFI模塊的AT指令-查看類指令指令功能使用AT+CMD?查詢指令可以查看當前該指令的設置參數AT+CMD=?測試指令查看當前該設置的范圍AT+CMD執(zhí)行指令

AT+CWLAP查看當前可搜索的熱點可做Wi-Fi探針（STA下使用）AT+CWLIF查看已接入設備IP，MAC（AP模式下用）AT+CIPAP查看AP的IP地址如AT+CIPAP=“”AT+CIPSTA查看STA的IP地址如AT+CIPSTA=“”AT+CIFSR查看當前連接的IP

AT+CIPSTATUS獲得當前連接狀態(tài)

三、WIFI模塊的AT指令--設置類指令（一）指令功能使用AT+UART串口配置AT+UART=115200，8，1，0，0AT+SLEEP設置睡眠模式0禁止休眠（功耗大）1light-sleep（20mA）2modem-sleep（70mA）AT+CWMODE基本模式配置[1Sta:2AP:3Sta+AP]：AT+CIPMODE設置透傳模式0非透傳：1透傳AT+CIPMUX=0/1設置單/多路連接0單連接：1多連接AT+CIPSTART建立TCP/UDP連接AT+CIPSTART=[id]，[type]，[addr]，[port]二、WIFI模塊的AT指令-基礎指令指令功能使用AT測試指令可以檢測模塊的好壞，連線是否正確AT+GMR版本信息查看固件版本AT+RST重啟指令軟件重啟AT+RESTORE恢復出廠設置要是配置亂了的話，重置吧二、WIFI模塊的AT指令-查看類指令指令功能使用AT+CMD?查詢指令可以查看當前該指令的設置參數AT+CMD=?測試指令查看當前該設置的范圍AT+CMD執(zhí)行指令

AT+CWLAP查看當前可搜索的熱點可做Wi-Fi探針（STA下使用）AT+CWLIF查看已接入設備IP，MAC（AP模式下用）AT+CIPAP查看AP的IP地址如AT+CIPAP=“”AT+CIPSTA查看STA的IP地址如AT+CIPSTA=“”AT+CIFSR查看當前連接的IP

AT+CIPSTATUS獲得當前連接狀態(tài)

二、WIFI模塊的AT指令-設置類指令（二）指令功能使用AP模式（開啟模塊熱點）AT+CWMODE=2開啟AP模式配置模式要重啟后才可用，AT+RSTAT+CWSAP配置熱點的參數AT+CWSAP=“ESP8266”，“TJUT2017”，6，4AT+CIPMUX=1設置多連接因為只有多連接才能開啟服務器AT+CIPSERVER設置Server端口AT+CIPSERVER=1，8686STA模式AT+CWMODE=1開啟STA模式配置模式要重啟后才可用AT+RSTAT+CWJAP當前STA加入AP熱點AT+CWJAP=“ESP8266”，“TJUT2017”AT+CIPMUX=0打開單連接

AT+CIPMODE=1透傳模式透傳模式必須選擇單連接AT+CIPSTART建立TCP連接AT+CIPSTART=“TCP”，“”，8686AT+CIPSEND開始傳輸

AT+SAVETRANSLINK開機自動連接并進入透傳AT+SAVETRANSLINK=1，“”，8686，“TCP”AT+SAVETRANSLINK=0取消透傳和自動TCP連接

AT+CWAUTOCONN設置STA開機自動連接AT+CWAUTOCONN=1二、WIFI模塊的AT指令-基礎指令用于模塊本身的維護?；A指令用以查看自身或者與其鏈接的設備的各種信息，比如查看所連接的AP的MAC或者IP地址。查看類指令用于設置模塊本身的工作模式、工作狀態(tài)等。設置類指令ESP8266的AT指令三種類型總結WIFI物聯網的應用和特點。WIFI模塊的類型以及用于物聯網集成和開發(fā)的嵌入式WIFI模塊。思考題1WIFI模塊分為哪幾種？其中物聯網中最常用的是哪種？2WIFI模塊使用的人機交互指令是什么指令？AT指令可以實現哪些功能？請至少舉出五種。物聯網通信技術5-4WIFI物聯網組網實踐（一）第五章WiFi通信我們在WIFI物聯網集成和開發(fā)的時候如何使用AT指令？01WIFI模塊硬件鏈接和調測軟件準備02WIFI模塊AT指令使用一、WIFI模塊硬件連接和調測軟件準備準備使用AT指令的環(huán)境ESP8266模塊USB-TTL轉換器筆記本電腦USB-TTLUSB—TTL轉換模塊ESP8266模塊和USB-TTL之間如何連接？一、WIFI模塊硬件連接和調測軟件準備USB-TTL連接WIFI模塊82668266的GND、ESP_RXD、ESP_TXD、VCC、CH_PD，將針腳分別連接到USB轉TTL模塊的GND，MCU-TXD，MCU_RXD，CH_PD與VCC之間串聯接到3.3V。一、WIFI模塊硬件連接和調測軟件準備USB-TTL連接到電腦USBUSB-TTLESP8266準備執(zhí)行AT指令的軟件環(huán)境安裝USB-TTL的驅動安裝SSCOM串口助手軟件一、WIFI模塊硬件連接和調測軟件準備安裝USB-TTL電腦驅動程序一款工程常用的串口調試工具,用來實現電腦和調試設備之間的串口通信。SSCOM串口助手軟件一、WIFI模塊硬件連接和調測軟件準備安裝USB-TTL電腦驅動程序打開串口助手，單擊“更多串口設置”，選定USB轉TTL模塊所在的COM口。波特率設定為115200，其余項目保持默認。勾選“加回車換行”。取消“DTR”選擇框。在發(fā)送窗口，輸入“AT”單擊“發(fā)送”。如果模塊通信完好，則在接收窗口會接收“OK”。SSCOM串口助手軟件一、WIFI模塊硬件連接和調測軟件準備使用SSCOM串口助手建立WIFI模塊和電腦之間的通信鏈路。AT指令及其執(zhí)行方法一、WIFI模塊AT指令使用在固件正常的情況下，發(fā)現工作不正常，通過重啟模塊可以解決大部分問題?；蛘咴诟淖兡K參數配置后，可以通過重啟使配置生效。指令為：AT+RST。重啟成功，則返回重啟信息，且重啟后的數據不會丟失。最后會返回“ready”，說明此時進入了正常工作模式。重啟模塊在串口助手發(fā)送窗口輸入“AT+CWMODE=1”回車后，將WIFI模塊工作模式設置為STA模式。。設置WIFI模塊工作模式。一、WIFI模塊AT指令使用WIFI模塊的工作模式是什么？STA模式AP模式混合STA+AP模式WIFI模塊的工作模式一、WIFI模塊AT指令使用設置WIFI模塊工作模式一、WIFI模塊AT指令使用一個問題：WIFI模塊的工作模式是什么？STA模式終端模式AT+CWMODE=1一、WIFI模塊AT指令使用一個問題：WIFI模塊的工作模式是什么？STA模式終端模式AT+CWMODE=1AP模式熱點模式AT+CWMODE=2一、WIFI模塊AT指令使用一個問題：WIFI模塊的工作模式是什么？STA模式終端模式AT+CWMODE=1AP模式熱點模式AT+CWMODE=2AP兼STA模式終端熱點AT+CWMODE=3一、WIFI模塊AT指令使用設置TAS模式（AT+CWMODE=1）通過上指令可以將模塊設置為STA模式，設置成功后返回OK。一、WIFI模塊AT指令使用AP模式（AT+CWMODE=2）通過上指令可以將模塊設置為AP模式，設置成功后返回OK。一、WIFI模塊AT指令使用混合模式（AT+CWMODE=3）通過上指令可以將模塊設置為混合模式，設置成功后返回OK。總結使用AT指令時的準備工作如何配置SSCOM串口助手軟件思考題1ESP8266WIFI模塊與USB-TTL之間的引腳如何連接？2串口助手如何設置？3WIFI模塊有哪幾種工作模式？如何設置？物聯網通信技術5-5WIFI組網實踐（二）第五章WiFi通信實施一個有關WIFI模塊和服務器之間傳送數據的任務01WIFI模塊接入AP的任務說明。02WIFI模塊接入AP的任務實施。一、任務描述特點使用獵豹Wi-Fi虛擬熱點軟件安裝在電腦上建立熱點名“123456”，密碼為”123445678”，Wi-Fi模塊ESP8266作為STA模式連入網絡，通過透傳模式和自建TCP服務器之間實現無線數據傳輸。虛擬AP/TCP服務器ESP8266USB-TTL讓WIFI模塊接入AP，并和服務器之間進行數據傳輸。一、任務描述讓WIFI模塊接入AP，并和服務器之間進行數據傳輸。WIFI模塊采用ESP8266，需要工作在STA模式下。需要一個AP，可采用真實的家庭路由器，也可以用軟件安裝在電腦上建立一個虛擬的AP。123建立一個TCP服務器，用以和ESP8266之間傳輸數據，TCP服務器可以在電腦上安裝軟件來建立。二、任務實施輸入AT+CWMODE?查詢模塊工作模式，如果處于返回值為+CWMOD=1則為STA模式。否則輸入AT+CWMODE=1指令，設置工作模式為STA模式。輸入AT+RST重啟模塊使，使AT+CWMODE=1模式生效。輸入AT+CWMODE?指令，重新查詢模塊工作模式是否已經生效。第一步：ESP8266設置為STA二、任務實施下載獵豹WIFI虛擬軟件在計算機安裝并開啟，軟件自動生成WIFI名字及密碼。當然，熱點也可以使用家庭路由器。第二步：使用獵豹Wi-Fi虛擬軟件建立熱點二、任務實施（1）輸入AT+CWLAP指令，查看當前ESP8266可以查詢到的Wi-Fi列表，在查詢出的Wi-Fi熱點，找到建立的無線路由器熱點名字為“123456”。（2）輸入指令：AT+CWJAP=“123456”,“12345678”。加入熱點名為“123456”的網絡，密碼“12345678”，完成入網設置。（3）輸入AT+CWJAP?指令，查詢是否連接到網絡，做進一步的核對，確?？梢圆樵兊介_啟的Wi-Fi。第三步：ESP8266接入到熱點二、任務實施在筆記本的獵豹虛擬Wi-Fi上查看，多出了一個“無線小伙伴”標志，說明ESP8266接入改熱點。二、任務實施查詢ESP模塊的IP地址：ESP模塊連接上Wi-Fi熱點后，路由器熱點為會自動分配給ESP8266模塊一個IP地址。輸入AT+CIFSR指令，從返回值中，可以找到ESP8266模塊的IP地址，比如圖中為。輸入指令AT+CIPSTA?可以查詢到路由器分配給ESP8266的局域網關地址和子網掩碼。輸入AT+CIPMODE=1指令，進入透傳模式。第四步：查詢ESP8266的IP，并進入透傳模式二、任務實施將ESP8266模塊作為客戶端，和服務器建立TCP連接，和服務器之間進行數據收發(fā)。建立一個和ESP8266模塊同一網段IP地址的TCP服務器。查看獵豹虛擬WIFI熱點的IP，在WINDOWS操作系統的CDM窗口輸入“ipconfig/all”,查看設備的描述項，看到”Virtual”字段的即為熱點的IP，也是TCP服務器的IP。第五步：建立TCP服務器二、任務實施打開SSCOM的網絡調試助手，用去建立TCP服務器，而端口號可以任意取一個，一般不要采用8080等一些有特定意義的端口號。修改端口號為“TCPServer”，輸入IP地址“”和端口號“777”，點擊“偵聽”模式，完成連接，一個TCP服務器就被成功創(chuàng)建了。二、任務實施1.發(fā)起TCP連接通過ESP8266串口調試助手中輸入AT指令創(chuàng)建TCP服務器。輸入AT+CIPSTART=“TCP”,“”,777，即建立TCP連接，IP地址為，端口號為777。該命令返回CONNECTOK為正常連接。如果要斷開連接，輸入指令AT+CWQAP即可。2.數據發(fā)送輸入AT+CIPSEND指令，進入透傳開始發(fā)送數據。當接收到>號時，就可以進行數據的發(fā)送了，一次最大包為2048字節(jié)，或者間隔20ms為一包數據。第六步：進入數據透傳模式二、任務實施在SSCOM發(fā)送窗口中輸入“你好服務器，我是ESP8266!”，則在TCP服務器接收窗口中會接收到相應的數據第七步：發(fā)送數據二、任務實施要完全退出TCP傳輸模式，則在串口助手中，輸入指令：AT+CIPCLOSE，響應為：OK。第八步：關閉TCP連接總結如何逐步操作完成WIFI模塊和TCP服務器之間的數據傳送熟悉AT指令以及模塊和TCP之間數據傳送的流程思考題1ESP8266WIFI模塊工作與STA模式，如何連接到一個現有的AP？2在設置TCP服務器的時候需要注意什么問題？物聯網通信技術5-6WIFI組網實踐（三）第五章WiFi通信“傳感器+通信模塊+云平臺”模式的典型的物聯網應用案例01WIFI模塊傳感任務描述02WIFI模塊傳感任務實施傳感器+通信模塊+云平臺典型的物聯網應用模式：一、WIFI模塊傳感任務描述片機STM32控制傳感器采集溫度數據，Wi-Fi模塊與STM32連接，通過串口接收來自單片機或者發(fā)送給單片機的數據，同時Wi-Fi模塊連接目標熱點，將數據發(fā)送到云平臺。業(yè)務角度計算機通過網絡調試助手與Wi-Fi模塊建立連接用于WIFI模塊調測，計算機串口助手控制ESP8266模塊，即用AT命令去操作ESP8266模塊，通過USART1和USART2兩個串口橋接連接來實現和單片機之前的通信。當Wi-Fi模塊接收到計算機發(fā)送的信息時，Wi-Fi模塊通過串口與單片機進行通信，將接收到的數據存儲到單片機中。。調測角度STM32開發(fā)板上預留ESP8266模塊接口，Wi-Fi模塊連到了CPU的USART2這個串口上，ESP8266模塊與單片機的引腳USART2（引腳PA2、PA3）連接，依照串口連接方式，RX與TX交叉連接，即RX與PA3，TX引腳連接PA2。。硬件連接一、WIFI模塊傳感任務描述二、任務實施第一步：啟動STM32CubeMX配置，使能串口USART1和USART2及中斷。第二步：ESP8266模塊SmartConfig配網二、任務實施在該模式下ESP8266會監(jiān)聽指定端口的UDP廣播包，如果收到符合規(guī)