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
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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】
| 作者简介 |
|---|
| 大家好，我是良许，博客里所有的文章皆为我的原创。 下面是我的一些个人介绍，欢迎交个朋友： · 211工科硕士，国家奖学金获得者； · 深耕嵌入式11年，前世界500强外企高级嵌入式工程师； · 书籍《速学Linux作者》，机械工业出版社专家委员会成员； · 全网60W粉丝，博客分享大量原创成体系文章，全网阅读量累计超4000万； · 靠自媒体连续年入百万，靠自己买房买车。 |
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：
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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
| ESP8266 | LED | STM32 | USB 转 TTL |
|---|---|---|---|
| 3V3 | 3.3 | ||
| RX | A2 | ||
| TX | A3 | ||
| GND | G | ||
| R | A5 | ||
| Y | A6 | ||
| G | A7 | ||
| GND | G | ||
| A10 | TX | ||
| A9 | RX | ||
| G | GND |
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】。
| ST-Link V2 | STM32 |
|---|---|
| SWCLK | SWCLK |
| SWDIO | SWDIO |
| GND | GND |
| 3.3V | 3V3 |
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 */
#endif3.3 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。
- 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。
- 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 */
}
}- 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("AT\r\n", "OK");
}
uint8_t esp8266_sw_reset(void)
{
return esp8266_send_command("AT+RST\r\n", "OK");
}
uint8_t esp8266_set_mode(uint8_t mode)
{
switch (mode) {
case ESP8266_STA_MODE:
return esp8266_send_command("AT+CWMODE=1\r\n", "OK"); /* Station模式 */
case ESP8266_AP_MODE:
return esp8266_send_command("AT+CWMODE=2\r\n", "OK"); /* AP模式 */
case ESP8266_STA_AP_MODE:
return esp8266_send_command("AT+CWMODE=3\r\n", "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：
- 进入 STA 模式（要重启生效）；
- 设置单路连接；
- 连接 WIFI（注意 ESP8266 和服务端要在同一网络内）；
- 浅查一下 ESP8266 的 IP 地址，不查也可以；
- 连接TCP服务器；
- 开启透传。
uint8_t esp8266_single_connection(void)
{
return esp8266_send_command("AT+CIPMUX=0\r\n", "OK");
}
uint8_t esp8266_join_ap(char *ssid, char *pwd)
{
char cmd[64];
sprintf(cmd, "AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n", 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+CIFSR\r\n", "STAIP") != ESP8266_EOK)
return ESP8266_ERROR;
p_start = strstr((const char *)g_uart_rx_buf, "\"");
p_end = strstr(p_start + 1, "\"");
*p_end = '\0';
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\",%s\r\n", 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=1\r\n", "OK");
ret += esp8266_send_command("AT+CIPSEND\r\n", ">");
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.AT\r\n");
while(esp8266_at_test())
delay_ms(500);
printf("2.RST\r\n");
while(esp8266_sw_reset())
delay_ms(500);
while(esp8266_disconnect_tcp_server())
delay_ms(500);
printf("3.CWMODE\r\n");
while(esp8266_set_mode(ESP8266_STA_MODE))
delay_ms(500);
printf("4.AT+CIPMUX\r\n"); //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.CWJAP\r\n"); //连接WIFI
printf("%s\r\n",WIFI_SSID);
while(esp8266_join_ap(WIFI_SSID, WIFI_PWD))
delay_ms(1000);
printf("6.CIFSR\r\n");
while(esp8266_get_ip(ip_buf))
delay_ms(500);
printf("ESP8266 IP: %s\r\n", ip_buf);
printf("7.CIPSTART\r\n");
while(esp8266_connect_tcp_server(TCP_SERVER_IP, TCP_SERVER_PORT))
delay_ms(500);
printf("8.CIPMODE\r\n");
while(esp8266_enter_unvarnished())
delay_ms(500);
printf("ESP8266初始化完成\r\n");
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: %s\r\n", g_uart_rx_buf);
control_led();
esp8266_clear();
esp8266_uart_printf("from client\r\n");
HAL_Delay(1000);
}
}4. 运行过程
- 将硬件连好，插到电脑 USB 口。
- 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。
- 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。感谢各位看官，love and peace！
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