ESP8266 Arduino IDE 開發問與答 Q&A ( 1 )

網頁最後修改時間：2016/11/26 

接觸 ESP8266 也有一段不算短的時間，期間的學習以及遇到的網友提問的問題也不少，其中也包含大量重複的問題 ! 希望大家若有問題詢問前：

1.  看一下該網頁的問與答是否已經有答案
2. 發問問題前先看過這篇「公告」，知道如何詢問問題及提供需要的輔助資料

反正不管怎樣，有問就盡量回覆 !

所以我整理了一些關於 ESP8266 的問題。如果在使用 ESP8266 到了撞牆期，或是常撞牆 !
或許接下來的網頁中的內容會有所幫助，釐清一些人關於 ESP8266 在學習上的一些疑惑 !

• 【ESP8266 / 模組 / 開發板】2016/11/05
• 【Web of Thing (WoT, 萬物網)】2016/11/07
• 【聰明連線的方法：WPS / Smart Config】2016/11/25

網頁內容若與程式撰寫有關，都是指 Arduino IDE 環境。
在使用與學習 ESP8266 一段不算短的時間中，發現這塊小東西真的超乎想像中的好用和好玩 ! 除去自我周邊的接腳功能 ( GPIO / PWM / I2C / SPI / I2S ... )，最重要的一點：就是擁有無線網路通訊的能力 !

溫溼度感測器、光強度感測器、風速計、紫外線感測器 ... 都是單一功能電子周邊，需要另一個能夠讀取這些感測器資料的裝置，將資料讀取回來並經過轉換可閱讀的資料這個裝置，在這篇網頁中指的是微控制器 (例如，單晶片(51)、AVR、Arduino ... 類等等)。
這類裝置要有網路功能，大多需要加外掛 (Shield) 模組，而且對於網路部分的程式碼也是望之卻步 (會寫程式，不代表就會網路！術業有專攻，不熟的東西都是需要時間做籌碼去學的 !)，而 ESP8266 卻是結合微控制器與網路的功能。注意 ! 這裡所指的網路是 "無線網路"，沒有線的 !

在繼續之前，先跳一下解釋 ESP8266 這個名詞。

【 ESP8266 / 模組 / 開發板 】

ESP8266 應該說是晶片名稱 (有這兩種 晶片版本ESP8266 和 ESP8266EX)，只不過已經將包含此片晶片做成的無線模組統稱為 ESP8266，只不過少了模組這兩個字

Link：ESP8266, wikipedia

ES8266 模組 (晶片模組開發)廠商利用這塊晶片開發成無線模組，也就是現在看到的 ESP-01, 01S, 02, ...07, 07S 12E, 12F, 13 ... 類等等，這其中也不乏其他廠商所開發的無線模組，但是基本電路架構都是一樣的，主要是根據在不同環境之下因應各種不同使用情況，所以做出不同的模組以供選擇 !

不管哪一種 ESP8266 模組，怎麼變化，都是使用 ESP8266(EX) 晶片，使用上只要關注接腳名稱對應的功能即可，因為撰寫程式與燒錄方式都是一樣的。

ESP8266 晶片與模組對應腳位

接腳上面的 GPIO # 就是 ESP8266(EX) 晶片上面的接腳名稱，也是 ESP8266 Arduino 程式撰寫時 Generic ESP8266 所定義的接腳號碼

static const uint8_t BUILTIN_LED = 2;//new ESP-12E GPIO2

原則上，若是該模組沒有釋出的接腳就不要在程式碼裡面寫到，除非你 (妳) 知道你 (妳) 要做什麼 !

再者，ESP8266(EX) 晶片沒有內建 SPI Flash (除了 ESP8285 有內建 1Mbyte Flash)，所以 ESP8266 模組都會外接，作為儲存 user programs 之用。不同的 ESP8266 模組配置不同大小的 Flash，具體多大可以直接看上面的晶片型號，若是有裝設遮蔽外殼就要找一下資料或是詢問製造商貨零售商。
型號類似 25Q80 或是 25Q32B：最後面的 0 與 B 都是表示 MBit。除以 8 後，前者為 1 MByte；後者為 4MByte。這就代表 ESP8266 模組上的 SPI Flash 的大小；要注意單位。

SPI Flash 晶片位置

若是模組可以進行燒錄，那可以載入 {Arduino IDE}/Examples/ESP8266/CheckFlashConfig 這個範例程式，編譯後上傳再打開 Serail Monitor 看輸出訊息，裡面就有 SPI Flash 晶片的識別碼 (id)、大小( in Bytes)、SPI 速度和 SPI 模式相關訊息

取得 ESP8266 SPI Flash 相關訊息

ES8266 開發板 以 ESP8266 模組做為中心，在其外部加入其他電路方便開發稱之。

這就像是 Arduino UNO、Nano、Duemilanove、Mini、Pro 和 Pro Mini ... 等，大多使用 ATMEL ATMega328 作為微控制器，只要燒錄進去程式，基本上就可以運作 (ESP8266 模組也是一樣 )。
但為了開發上的方便，至少加入基本啟動電路、燒錄電路、USB 轉 TTL UART 電路和其他方便使用者開發時的其他電子週邊 (例如 LED、按鍵和其他感測器...等) 的整合電路板，方便使用。

開發板的種類很多，但是上面有說到，只要注意它所釋出的接腳作為使用即可 ! 也就是在 Arduino IDE 的板型 (Tools/Boards:) 選擇上，不管開發板是哪一種，都可以選擇 Generic ESP8266 Module 來用，但是會因為開發板使用的 ESP8266 模組不一樣，這時就需要特別的去設定好上傳的參數，要不就會上傳韌體時出現問題。
另外，開發板廠商為了方便使用者在寫程式的時候定義接腳名稱，板子上面都會特別有標示 ( 如Arduino 板上的 D1、D2...，A1、A2... )；這些定義也可以從開發板電路圖找到 (如下所示)。

GPIO Number to Board Number

有了這些接腳對應之後，開發板廠商就會根據這個資料撰寫 Arduino IDE 開發上所需要的定義檔案。有了這個定義檔，使用者就可以直接使用類似下面的語法作定義

#define myLED D4    // 對應到 GPIO 2

直接將板上的接腳名稱對應到 ESP8266 模組的 GPIO 號碼。
最後，開發板廠商也會根據板載的 ESP8266 模組，撰寫上傳韌體所需要的 (Tools) 參數設定；除了可供選擇的項目可以做選擇之外，其他固定的參數就變成預設值不需要使用者額外做選擇。
這部分可以實際到 Tools/Board: 選單直接去做 Gereric ESP8266 Module 和 NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module) ，就可以看到其中的變化。

更多詳細的資訊，可參考 Github：ESP8266 core for Arduino

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延續跳轉之前的討論。

結合微控制器與網路的功能，使用 ESP8266 進入物聯網的世界就變得容易許多，但是這還只是基本的一小步 ! 這麼大物聯網世界，分布和散布的一些隨手可得的資料之後，如何蒐集和分析和應用這些資料讓它為其所用，就是另一個可以再進入研究的東西 (Web of Things, WoT, 萬物網) !

【Web of Thing (WoT, 萬物網)】
個人覺得，這是物聯網的重點，也是應該注重的部分，要不把資料丟到網路上去幹嘛，只是為了自己看 ? 還是少數人用 ? 這都是浪費 ! 只不過，若沒有一個準則或是標準來做遵循，即便有這些分享的資料可以用，也會有所侷限 ! 因此就有人提出了一個想法。據我所知到目前為止 (2016/11/07) 這部分已經進入到審核階段 ，一但通過就會是以後的標準。

但是或許又有人想：這只是規格，離真實應用還有一段時間 !

錯 ! 提出這個規格的時候，就已經實作完成了 ! 作者利用樹莓派連接一些電子週邊，以提出的 WoT 標準撰寫程式，而這個網頁就是個範例，只要懂得這個標準的人，就可以從任何地點控制、讀值、寫值...等樹莓派連接的電子週邊的動作和狀態。每個電子週邊分門別類，可以受控制、釋出狀態資料...等，這些都可以自己做設定。如此，遵循著這個可以說是近期 W3C 會通過的 WoT 規格，我們將會跟這些現在分散在世界各地的 IoT 裝置更加地接近 !

但是，要進入 WoT 的世界，這些資料還是需要讀一下的 ! ! !

WEB OF THINS AT W3C

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撇開終極應用，再回到 ESP8266 Arduino IDE 開發上。

一般使用 ESP8266 很少單獨使用而不開啟 WiFi 功能 ! WiFi 的功能很強大，有 Access Point (AP) 、Station (STA) 和混合的三種模式可供使用，可作為 WebServer、HTTP Server、OTA (over-the-air) 韌體上傳、DNS ... 等很多種應用，除非實務應用上只是為了讓內部使用，若是要與外界作溝通 (外部網路)就需要將 ESP8266 (Station) 連上 Access Point (例如路由器，每一個路由器可以設定多個不同的 SSID 名稱與連線密碼)。

對於家中網路連線名稱 ( SSID ) 與連線密碼 (Password) 相信大家都知道 ! 但是若今天的使用環境是在一個陌生的地方，總不可能打開電腦  -> 打開程式編輯器 -> 獲知網路連線名稱與密碼後 -> 編譯上傳 ... 完成 !!!! @#$%^&*&^%$# 這也太蛋疼了吧 !!!!!

【 聰明連線的方法：WPS / Smart Config 】
為了解決這種問題，也避免在使用者在開發完成之後，在不需要修改韌體的情形之下，可以快速的連上非預先定義的網路 Access Point，提供了兩種方法：

• WPS (WiFi Protected Setup)
• Smart Config

兩種方式在使用的時候必須要將 WiFi 模式設定為 Station 模式

WiFi.mode(WIFI_STA);

其他兩種模式都不可以 ! 若是需要其他模式，等連線成功之後再做切換。

WPS 是相對簡單許多的方法，只要在 ESP8266 開機之後 (1)，按下支援 WPS 功能的路由器上面的按鈕 (通常標示為 WPS)，就可以在不需要輸入任何資料下直接連線 (2)；但現在只支援 push-button configuration。對於需要安全性的考量，使用 WPS 要特別注意 !

WPS 連線方式

	#include <ESP8266WiFi.h>
	void setup(void)
	{
	Serial.begin(115200);
	Serial.println();
	Serial.printf("Wi-Fi mode set to WIFI_STA %s\n", WiFi.mode(WIFI_STA) ? "" : "Failed!");
	Serial.print("Begin WPS (press WPS button on your router) ... ");
	Serial.println(WiFi.beginWPSConfig() ? "Success" : "Failed");
	while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
	{
	delay(500);
	Serial.print(".");
	}
	Serial.println();
	Serial.print("Connected, IP address: ");
	Serial.println(WiFi.localIP());
	}
	void loop() {}

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WPS 測試程式碼下載

Smart Config 相對於第一種方法，就顯得繁瑣一點點 !

首先，先上 Google Play 安裝 ESP8266 SmartConfig (使用 ESP-TOUCH 通訊協議) 手機程式，接著上傳下面的程式到 ESP8266

程式上傳與輸出畫面

開啟手機上的 ESP8266 Smart Config，如果手機已經連上無線網路的話，APP 會直接將連線的 SSID 顯示出來 (沒有的話，先手動連接上)，接著輸入連線密碼在下圖橙色文字中，按下 "CONFIGRM" 按鈕，就會將這些資料經由 UDP 的方式廣播出去

ESP8266 Smart Config GUI-01

APP 畫面就會變成下圖

ESP8266 Smart Config GUI-02

此時若 ESP8266 接收到相關訊息，就會開行進行連線，完成連線之後就會出現 Done!，接著將分配到的 Local IP 顯示出來，同在一個網路的裝置就可以利用這個 Local IP 互相傳遞訊息。

	#include <ESP8266WiFi.h>
	void setup() {
	Serial.begin(115200);
	Serial.print( "\n\n" );
	/** 連線到無線網路 */
	// 設定模式為 STA ( MODE 只能是 STA ) 才能使用 smartconfig
	WiFi.mode( WIFI_STA );
	if( WiFi.SSID() = "" ) {
	Serial.print( "Begining Smart Config\n" );
	WiFi.beginSmartConfig();
	while( WiFi.status() != WL_CONNECTED ) {
	Serial.print( "." );
	delay( 500 );
	if( WiFi.smartConfigDone() ) {
	Serial.println( "Done!" );
	WiFi.stopSmartConfig();
	break;
	}
	}
	} else {
	Serial.print( "Using SSID： ");
	Serial.println( WiFi.SSID() );
	}
	// 連線至 ESP-TOUCH 所輸入的 SSID 和 PASSWORD
	printf( "Connecting.." );
	WiFi.begin();
	while( WiFi.status() != WL_CONNECTED ) {
	Serial.print( "." );
	delay( 500 );
	}
	Serial.println( "OK" );
	// 顯示連線知道所分配的 local IP 位址
	Serial.print( "\nLocal IP: ");
	Serial.println( WiFi.localIP() );
	}
	void loop() {
	// put your main code here, to run repeatedly:
	delay(500);
	}

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Smart config 測試程式碼下載
ESP8266 ESP-TOUCH 中文指導書下載

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[ NOTE ]
ESP8266 SmartConfig 軟體即使在 ESP8266 這一端真正連線上之後，也有可能出現 Fail 的訊息，但並不表示 ESP8266 連線是失敗的，這一點實際測試時可以自己確認 !
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不管使用的方法是哪一種，獲得的 SSID 與密碼資料，只會存在電源存在的當下 ! 當重置 ESP8266 之後，上面的流程就全部要再來一次，方便 ?! 但也不方便 !

「存起來不就好了 !」

沒錯 ! ESP8266 的確有這個功能，可以將不經常變動的資料直接儲存在 Flash 中，而且也提供了相對應的指令與函式庫可以直接使用。當深入對 Flash 操作的方法以及指令的熟悉之後，更可以自由操控 Flash 存儲應用，充分利用與劃分這些未開發之空間，作為私用 !

為了避免 Q&A 網頁內容太過攏長，所以決定幾個 Q&A 就跳轉一個網頁，Flash 這部分就請到另一個 Q&A ( 2 ) 去看吧 !

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<< 相關網頁與連結 >>

• Google Spreadsheet（試算表）之 ESP8266 溫濕度紀錄與趨勢圖
• ESP8266 入門學習套件支援 Arduino IDE 開發環境之安裝、使用說明與範例
  說明如何在 Arduino IDE 環境中開發 ESP8266 的程式。
• ESP8266 Arduino IDE 開發問與答 Q&A ( 1 )
• 【ESP8266 / 模組 / 開發板】
• 【Web of Thing (WoT, 萬物網)】
• 【聰明連線的方法：WPS / Smart Config】
• ESP8266 Arduino IDE 開發問與答 Q&A ( 2 )
• 【EEPROM 和 SPIFFS 都是 Flash】
• ESP8266 Arduino IDE 開發問與答 Q&A ( 3 )
• 【ESP8266 崩潰 (Crash) 的時候 !】