ESP8266无线通讯模块的驱动设计与实现

我们的物联网产品所使用的平台都支持无线通讯，而且无线通讯本身更的成本较低，受到大家的欢迎。在本篇文章中，我们将详细讨论并实现ESP8266无线通讯模块的驱动。

1 、功能概述

ESP8266是由乐鑫公司出品的一款物联网芯片，因为价格较低，性能稳定等收到很大关注。

该芯片可工作于三种WIFI模式下，分别是：station模式，AP模式以及混合模式，通过AT指令进行控制，显影的指令格式为：AT+CWMODE=mode。mode的取值决定设定的模式：

当mode为1时，ESP8266工作于station 模式：ESP8266 模块通过路由器连接互联网，手机或电脑通过互联网实现对设备的远程控制。

当mode为2时，ESP8266工作于softAP 模式：ESP8266 模块作为热点，手机或电脑直接与模块连接，实现局域网无线控制。

当mode为3时，ESP8266工作于softAP + station模式：两种模式的共存模式，即可以通过互联网控制可实现无缝切换，方便操作。

ESP8266拥有2种传输模式，即正常模式和透传模式。而传输模式的配置也是采用AT指令，具体格式为：AT+CIPMODE=mode。其中mode 取值0时，为普通传输模式；而mode 取值1时，为透传模式，仅支持TCP单连接和 UDP固定通信对端的情况。在正常模式下，每次发送数据前都必须先发送指令AT+CIPSEND=param。而在透传模式下，我们就不需要在每次发送数据前都发送指令AT+CIPSEND=param了，只需要发送一次AT+CIPSEND，之后发送的所有内容全部当成是数据了。但这又存在一个问题，我们想要发送命令该如何呢？那么就需要发送数据"+++"来退出透传模式。

ESP8266有几种不同的使用方式，最为常见的就是使用AT指令进行操作。ESP8266的AT指令分为基础AT指令、WiFi功能AT指令和TCP/IP相关AT指令3个方面。这些指令从使用功能上讲可分为4类：

按照相应的格式发送不同的AT指令就可以实现ESP8266的数据通讯了。

2 、驱动设计与实现

ESP8266无线通讯模块是常用的通讯模块，我们已经描述了其功能及通讯方式，接下来我们将设计并实现其驱动程序。

2.1 、对象定义

在使用一个对象之前我们需要获得一个对象。同样的我们想要ESP8266无线通讯模块就需要先定义ESP8266无线通讯模块的对象。

2.1.1 、对象的抽象

我们要得到ESP8266无线通讯模块对象，需要先分析其基本特性。一般来说，一个对象至少包含两方面的特性：属性与操作。接下来我们就来从这两个方面思考一下ESP8266无线通讯模块的对象。

先来考虑属性，作为属性肯定是用于标识或记录对象特征的东西。我们来考虑ESP8266无线通讯模块对象属性。我们考虑到ESP8266的WIFI模式以及数据传输模式决定了其工作方式，在使用过程中有时我们也需要了解这两个模式的配置是什么，所以我们将其作为对象的属性已记录这两个模式配置。我们每一个ESP8266对象都需要接收数据，所以要有一个接受缓存区，我们定义了一个结构体变量来作为对象接收缓冲区。

接着我们还需要考虑ESP8266无线通讯模块对象的操作问题。我们想要使用ESP8266对象实现我们的功能，就需要发送命令或数据以及接收数据。串口接收数据我们一般使用中断方式，所以定义了缓冲区，不再需要特定的操作。串口发送消息需要实现，但这依赖于具体的硬件平台，所以我们将其作为对象的操作。此外，我们使用串口通讯时，需要控制时序就离不开延时函数，而延时操作一般都依赖于具体的软硬件平台，所以我们将延时函数作为对象的一个操作。

根据上述我们对ESP8266无线通讯模块的分析，我们可以定义ESP8266无线通讯模块的对象类型如下：

/*定义ESP8266对象*/
typedef struct Esp8266Object {
 Esp8266CWModeType cwMode;    //WIFI模式
 Esp8266CIPModeType cipMode;   //传输模式，正常或透传
 struct EspRxBuffer{
   uint8_t queue[Esp8266RxBufferLength];   //数据存储队列
   uint8_t lengthRecieving;               //正在接收的数据长度
   uint8_t lengthRecieved;                //已经接收的数据长度
 }rxBuffer;
 void (*SendData)(uint8_t *sData,uint16_t sSize);//数据发送函数指针
 void (*Delayms)(volatile uint32_t nTime);     //延时操作指针
}Esp8266ObjectObject;

2.1.2 、对象初始化

我们知道，一个对象仅作声明是不能使用的，我们需要先对其进行初始化，所以这里我们来考虑ESP8266无线通讯模块对象的初始化函数。一般来说，初始化函数需要处理几个方面的问题。一是检查输入参数是否合理；二是为对象的属性赋初值；三是对对象作必要的初始化配置。据此我们设计ESP8266无线通讯模块对象的初始化函数如下：

/*ESP8266对象初始化*/
voidEsp8266Initialization(Esp8266ObjectObject *esp,    //ESP8266对象
                   Esp8266CWModeTypecwMode,    //WIFI模式
                   Esp8266CIPModeTypecipMode,  //传输模式，正常或透传
                   char *wifiName,              //WIFI名称
                  char*wifiPassword,          //WIFI密码
                   ESP8266SendDataTypesend,    //发送函数指针
                   ESP8266DelaymsTypedelayms   //毫秒延时函数
                  )
{
 char cwjap[50];
 char cwsap[50];
 
 if((esp==NULL)||(send==NULL)||(delayms==NULL))
 {
   return;
 }
 esp->SendData=send;
 esp->Delayms=delayms;
 
 esp->cwMode=cwMode;
 esp->cipMode=cipMode;
 
 esp->rxBuffer.lengthRecieved=0;
 ClearReciveBuffer(esp);
 
 //设置工作模式 1：station模式   2：AP模式 3：兼容 AP+station模式
 if(Esp8266SendCommmand(esp,cwModeCmd[esp->cwMode],"OK",50)==Esp8266_TxFial)
 {
   return;
 }
 
 //让Wifi模块重启的命令
 if(Esp8266SendCommmand(esp,"AT+RST","OK",20)==Esp8266_TxFial)
 {
   return;
 }
 
 esp->Delayms(3000);         //延时3S等待重启成功
 
 if(esp->cwMode==Esp8266_StationMode)
 {
   sprintf(cwjap,"AT+CWJAP_CUR=\"%s\",\"%s\"\\r\\n",wifiName,wifiPassword);
   
   //让模块连接上自己的路由
   if(Esp8266SendCommmand(esp,cwjap,"OK",600)==Esp8266_TxFial)
   {
     return;
   }
   
   if(esp->cipMode==Esp8266_TransMode)
   {
     if(Esp8266EnterTrans(esp)==Esp8266_TxFial)
     {
       return;
     }
   }
   else
   {
     //=0：单路连接模式    =1：多路连接模式
     if(Esp8266SendCommmand(esp,"AT+CIPMUX=0\\r\\n","OK",20)==Esp8266_TxFial)
     {
       return;
     }
   }
 }
 else if(esp->cwMode==Esp8266_SoftAPMode)
 {
   sprintf(cwsap,"AT+CWSAP_CUR=\"%s\",\"%s\"\\r\\n",wifiName,wifiPassword);
   
   //设置模块的WIFI名和密码
   if(Esp8266SendCommmand(esp,cwsap,"OK",600)==Esp8266_TxFial)
   {
     return;
   }
 }
 else if(esp->cwMode==Esp8266_MixedMode)
 {
   //尚未使用，有待添加
 }
}

2.2 、对象操作

我们已经完成了ESP8266无线通讯模块对象类型的定义和对象初始化函数的设计。但我们的主要目标是获取对象的信息，接下来我们还要实现面向ESP8266无线通讯模块的各类操作。

对于ESP8266来说，发送命令主要是AT命令，这是与发送数据完全不同的操作，所以我们设计了一个专用于命令发送的操作函数。

/*ESP8266发送命令*/
static Esp8266TxStatusTypeEsp8266SendCommmand(Esp8266ObjectObject *esp,char *cmd,char *ack,uint16_ttimeOut)
{
 esp->SendData((unsigned char *)cmd, strlen((const char *)cmd));       //写命令到网络设备
 
 if(ack&&timeOut)
 {
   while(timeOut--)      //等待超时
   {
     if(ChecRecieveFinished(esp) == Esp8266_RxFinish)    //如果数据接收完成
     {
       if(strstr((const char *)esp->rxBuffer.queue,ack) != NULL)       //如果检索到关键词
       {
         ClearReciveBuffer(esp);
                           
         return Esp8266_RxSucceed;
       }
     }
             
     esp->Delayms(10);
   }
 }
 
 return Esp8266_TxFial;
}

而ESP8266在发送数据时，因发送模式的不同会有一定区别。在透传模式下只需要发送数据就好了。而在普通模式下，需要先发送AT命令再发送发送数据。所以我们可设计数据发送函数如下：

/*ESP8266发送数据*/
void Esp8266SendData(Esp8266ObjectObject*esp,uint8_t *sData,uint16_t sSize)
{
 if(esp->cipMode==Esp8266_TransMode)
 {
   esp->SendData(sData,sSize);
 }
 else
 {
   char cmd[32];
 
   esp->Delayms(50);
   ClearReciveBuffer(esp);
   sprintf(cmd,"AT+CIPSEND=%d\\r\\n",sSize);
   
   if(Esp8266SendCommmand(esp,cmd, ">",1)==Esp8266_RxSucceed)     //收到‘>’时可以发送数据
   {
     esp->SendData(sData,sSize);
   }
 }
}

3 、驱动的使用

我们已经设计并实现了ESP8266无线通讯模块的驱动程序。接下来我们将设计一个简单的应用以验证驱动的设计是否符合要求。

3.1 、声明并初始化对象

使用基于对象的操作我们需要先得到这个对象，所以我们先要使用前面定义的ESP8266无线通讯模块对象类型声明一个ESP8266无线通讯模块对象变量，具体操作格式如下：

Esp8266ObjectObjectesp;

声明了这个对象变量并不能立即使用，我们还需要使用驱动中定义的初始化函数对这个变量进行初始化。这个初始化函数所需要的输入参数如下：

Esp8266ObjectObject*esp, //ESP8266对象

Esp8266CWModeTypecwMode, //WIFI模式

Esp8266CIPModeTypecipMode, //传输模式，正常或透传

char*wifiName, //WIFI名称

char*wifiPassword, //WIFI密码

ESP8266SendDataTypesend, //发送函数指针

ESP8266DelaymsTypedelayms //毫秒延时函数

对于这些参数，对象变量我们已经定义了。而WIFI模式与传输模式均为枚举，根据实际情况选择就好了。同样WIFI名称和WIFI密码更具实际使用情况输入，注意时字符串就可以了。最主要的是我们需要定义几个函数，并将函数指针作为参数。这几个函数的类型如下：

/*定义ESP8266数据发送指针类型*/
typedef void(*ESP8266SendDataType)(uint8_t *sData,uint16_t sSize);


/*延时操作指针*/
typedef void (*ESP8266DelaymsType)(volatileuint32_t nTime);

对于这几个函数我们根据样式定义就可以了，具体的操作可能与使用的硬件平台有关系。实际上我们主要需要关注的是串口发送函数。具体函数定义如下：

/*串口数据发送*/
static void SendDataForEsp8266(uint8_t*txData,uint16_t length)
{
 HAL_UART_Transmit(&esp8266huart,txData,length,1000);
}

对于延时函数我们可以采用各种方法实现。我们采用的STM32平台和HAL库则可以直接使用HAL_Delay()函数。于是我们可以调用初始化函数如下：

/*ESP8266对象初始化*/
  Esp8266Initialization(&esp,                   //ESP8266对象
                    Esp8266_StationMode,    //WIFI模式
                    Esp8266_TransMode,      //传输模式，正常或透传
                    wifiName,               //WIFI名称
                    wifiPassword,           //WIFI密码
                    SendDataForEsp8266,     //发送函数指针
                    HAL_Delay               //毫秒延时函数
                    );

3.2 、基于对象进行操作

我们定义了对象变量并使用初始化函数给其作了初始化。接着我们就来考虑操作这一对象获取我们想要的数据。我们在驱动中已经将获取数据并转换为转换值的比例值，接下来我们使用这一驱动开发我们的应用实例。

/*ESP8266数据通讯*/
void Esp8266DataCommunication(void)
{
 uint8_tsData[16]={0x10,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F};
 
 Esp8266SendData(&esp,sData,16);
}

4 、应用总结

在这一篇中我们设计并实现了ESP8266无线模块的驱动，并基于次驱动程序设计了一个简单的验证应用。测试结果是符合我们的预期的，说明我们设计的驱动没有问题。

在使用驱动程序时需要注意，这一驱动只是实现了ESP8266的基本功能，所以要想实现更复杂的功能是可以在驱动基础上扩展的。后续我们也会根据使用的需要进一步扩充驱动。当然这个驱动是基于AT指令来实现操作的，扩充这个驱动程序的功能也需要使用AT指令来实现。

本驱动程序在设计时，考虑使用串口中断来接收数据，所以我们为对象设计了一个接收数据缓存结构。在设计应用时需在串口中断服务函数中向缓存种添加数据。