傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)（中級(jí)） 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(xiàng)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(tái)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(duì)范疇是指“無線兼容性認(rèn)證”，實(shí)質(zhì)上是一種商業(yè)認(rèn)證，同時(shí)也是一種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與藍(lán)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(lán)牙技術(shù)相比，它具備更高的傳輸速率，更遠(yuǎn)的傳播距離，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于筆記本、手機(jī)、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(dòng)Wi-Fi6認(rèn)證計(jì)劃。和上一代的Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相比，Wi-Fi6的數(shù)據(jù)傳輸速度提高了四成，能夠支持增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR），擴(kuò)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(shí)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)，最早的無線局域網(wǎng)可以追溯到上個(gè)世紀(jì)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(gè)最初版本。隨后的1985年美國聯(lián)邦通信委員會(huì)制定了現(xiàn)在廣泛使用的免費(fèi)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)目上。1997年發(fā)布了基于802.11協(xié)議的第一個(gè)版本，提供2Mbit/s速率，在1999年提高到11Mbit/s，使用價(jià)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(biāo)準(zhǔn)和速率主流的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)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(huì)降低。802.11b和802.11g都是較早的標(biāo)準(zhǔn)，802.11b最快只能到11Mbps，802.11g最快能達(dá)到54Mbps。802.11n的速率理論最快可以達(dá)到600Mbps，802.11ac理論最快可以達(dá)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(dá)到最大空間流數(shù)（多天線輸入輸出），這個(gè)條件一般情況達(dá)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(duì)多（Infrastructure模式）和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Ad-hoc模式，也叫IBSS模式）。最常用的Wi-Fi是一對(duì)多結(jié)構(gòu)的。一個(gè)AP（接入點(diǎn)），多個(gè)接入設(shè)備，無線路由器是其實(shí)就是路由器+AP。Wi-Fi還可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，比如兩個(gè)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(gè)頻道，每個(gè)頻道帶寬20-22Mhz，不同的調(diào)制方式帶寬稍微不同。每個(gè)頻道的間隔為5M，很明顯，相鄰的多個(gè)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(gè)Wi-Fi熱點(diǎn)的地方會(huì)上不了網(wǎng)，或者非常慢。現(xiàn)在無線路由器都有手動(dòng)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(gè)和附近的其他Wi-Fi信號(hào)不同的最好是間隔比較遠(yuǎn)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(rèn)為最安全的加密方式。WPA加密是WEP加密的改進(jìn)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(jí)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(gè)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(gè)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(gè)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(qiáng)大的片上處理和存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)了最低前期的開發(fā)和運(yùn)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(gè)解決方案在設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)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(shí)，相當(dāng)于一個(gè)路由器，其他的Wi-Fi設(shè)備可以連接到該熱點(diǎn)AP進(jìn)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(diǎn)的Wi-Fi通訊模塊作為主機(jī)。ESP8266工作于station模式時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)客戶端，此時(shí)Wi-Fi通訊模塊會(huì)連接到無線路由器，從而實(shí)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(shí)，Wi-Fi通訊模塊既當(dāng)作無線AP熱點(diǎn)，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(jī)，從而實(shí)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(xiàng)目分析項(xiàng)目分析本項(xiàng)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(tái)，首先需要在物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)創(chuàng)建項(xiàng)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(tái)。本項(xiàng)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(tái)四個(gè)任務(wù)。3配置Wi-FiAP工作模式任務(wù)要求準(zhǔn)備一塊ESP8266Wi-Fi模塊，能通過串口調(diào)試助手發(fā)送AT指令實(shí)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(shí)鏈接01AT指令知識(shí)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(gè)指令外)都以一個(gè)特定的命令前綴開始，以一個(gè)命令結(jié)束標(biāo)志符結(jié)束。命令前綴一般由AT兩個(gè)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(shí)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(diǎn)名稱”,”AP密碼”,信道號(hào).加密方式該指令用于設(shè)置ESP8266模塊的AP熱點(diǎn)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(duì)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(shí)鏈接5.AT+CWSAP?該指令用于查看當(dāng)前ESP8266在AP工作模式下的配置信息，如果該指令返回：+CWSAP:"熱點(diǎn)名稱","熱點(diǎn)密碼",信道號(hào),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(diǎn)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(shí)鏈接8.AT+CIPMUX=1該指令用于，啟動(dòng)多連接，ESP8266的AP工作模式最多支持5個(gè)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(hào)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(shí)施搭建ESP8266模塊與PC機(jī)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(jī)通過Wi-Fi熱點(diǎn)進(jìn)行連接Step034配置Wi-FiSTATION工作模式任務(wù)要求準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)Wi-Fi通訊模塊STATION工作模式的設(shè)置。藍(lán)牙4.0BLE主從機(jī)建立連接剖析知識(shí)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(diǎn)，如果該指令返回：+CWLAP:(熱點(diǎn)1信息)+CWLAP:(熱點(diǎn)2信息).......OK則表明掃描熱點(diǎn)成功，返回其他值，則掃描失敗。藍(lán)牙4.0BLE主從機(jī)建立連接剖析知識(shí)鏈接01STATION工作模式下AT指令5.AT+CWJAP=”熱點(diǎn)名稱”,”熱點(diǎn)密碼”該指令用于發(fā)動(dòng)WI-FI模塊連接AP熱點(diǎn)，如果該指令返回：WI-FICONNECTEDWI-FIGOTIPOK則表明熱點(diǎn)連接成功，返回其他值，則連接熱點(diǎn)失敗。6.AT+CWJAP?該指令用于發(fā)動(dòng)WI-FI模塊連接AP熱點(diǎn)，如果該指令返回：+CWJAP:"連接的熱點(diǎn)名稱","熱點(diǎn)MAC地址",信道,信號(hào)強(qiáng)度OK則表明查看當(dāng)前連接的AP成功，返回其他值，則連接熱點(diǎn)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(shí)施建ESP8266模塊與PC機(jī)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(zhǔn)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(shí)現(xiàn)配置Wi-Fi通訊模塊同時(shí)處于AP工作模式和STATION工作模式下。藍(lán)牙4.0BLE主從機(jī)建立連接剖析知識(shí)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(diǎn)，如果該指令返回：+CWLAP:(熱點(diǎn)1信息)+CWLAP:(熱點(diǎn)2信息).......OK則表明掃描成功，返回其他值，則掃描失敗。藍(lán)牙4.0BLE主從機(jī)建立連接剖析知識(shí)鏈接01AP模式+STATION工作模式下AT指令5.AT+CWJAP=”熱點(diǎn)名稱”,”熱點(diǎn)密碼“該指令用于發(fā)動(dòng)WI-FI模塊連接AP熱點(diǎn)，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(dòng)WI-FI模塊連接AP熱點(diǎn)，如果該指令返回：+CWJAP:"連接的熱點(diǎn)名稱","熱點(diǎn)MAC地址",信道,信號(hào)強(qiáng)度OK則表明已連接熱點(diǎn)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(lán)牙4.0BLE主從機(jī)建立連接剖析知識(shí)鏈接01AP模式+STATION工作模式下AT指令8.AT+CWSAP=”AP熱點(diǎn)名稱”,”AP密碼”,信道號(hào).加密方式該指令用于設(shè)置ESP8266模塊的AP熱點(diǎn)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(duì)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(gè)Wi-Fi硬件，所以此處應(yīng)使用AT+CWJAP?中顯示的父一級(jí)AP熱點(diǎn)的信道號(hào)。9.AT+CWSAP?該指令用于查看當(dāng)前ESP8266在AP工作模式下的配置信息，如果該指令返回：+CWSAP:"熱點(diǎn)名稱","熱點(diǎn)密碼",信道號(hào),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(diǎn)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(diǎn)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(lán)牙4.0BLE主從機(jī)建立連接剖析知識(shí)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(dòng)多連接，ESP8266的AP工作模式最多支持5個(gè)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(hào)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,"