WIFI连接与通信
ESP32-S3 支持 2.4 GHz 的 Wi-Fi 4(802.11n)标准,提供高达 150 Mbps 的数据传输速率。它支持 STA(Station)模式、AP(Access Point)模式和 Wi-Fi 直连(Wi-Fi Direct)模式,可以灵活地连接到其他设备或创建自身的网络。ESP32-S3 还支持硬件加速的 Wi-Fi 加密算法,包括 WPA/WPA2-PSK 和 WPA3-SAE 加密。这使得加密和解密数据的速度更快,提高了系统的整体性能和安全性。
Wi-Fi 库支持配置及监控 ESP32 Wi-Fi 连网功能。
它有三种模式:
- 基站模式(即 STA 模式或 Wi-Fi 客户端模式),此时 ESP32 连接到接入点 (AP)。
- AP 模式(即 Soft-AP 模式或接入点模式),此时基站连接到 ESP32。
- AP-STA 共存模式(ESP32 既是接入点,同时又作为基站连接到另外一个接入点)。
常用API介绍
下面是一些 ESP32S3 Arduino 库中常用的 Wi-Fi 相关函数的介绍:
-
WiFi.begin(ssid, password)
该函数用于连接到已经存在的Wi-Fi 网络。需要提供要连接的网络的 SSID 和密码作为参数。
-
WiFi.disconnect()
该函数用于断开当前的 Wi-Fi 连接。
-
WiFi.status()
该函数返回当前 Wi-Fi 连接的状态。返回值可能是以下之一:
WL_CONNECTED
:已连接到 Wi-Fi 网络。WL_DISCONNECTED
:未连接到 Wi-Fi 网络。WL_IDLE_STATUS
:Wi-Fi 处于空闲状态。WL_NO_SSID_AVAIL
:未找到指定的 Wi-Fi 网络。 -
WiFi.localIP()
该函数返回 ESP32S3 设备在 Wi-Fi 网络中分配的本地 IP 地址。
-
WiFi.macAddress()
该函数返回 ESP32S3 设备的 MAC 地址。
-
WiFi.scanNetworks()
该函数用于扫描周围可用的 Wi-Fi 网络。它返回一个整数,表示扫描到的网络数量。可以使用其他函数(如WiFi.SSID() 和 WiFi.RSSI())来获取每个网络的详细信息。
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WiFi.SSID(networkIndex)
该函数返回指定索引的扫描到的 Wi-Fi 网络的 SSID。
-
WiFi.RSSI(networkIndex)
该函数返回指定索引的扫描到的 Wi-Fi 网络的信号强度(RSSI)。
STA模式
在 STA 模式下,ESP32-S3会建立 Wi-Fi 连接,连接到一个已经建立好的 Wi-Fi 热点上,通过该热点来访问互联网。STA 模式使用的场景比较多,比如在智能家居、物联网设备以及工业控制等领域中,设备需要通过 Wi-Fi 连接到网络来传递数据。
示例:连接外部WIF,当连接成功时,通过Serial串口输出IP地址
#include <WiFi.h> | |
#define LED 48 | |
// 定义 要连接的 Wi-Fi 名与密码 | |
const char* ssid = "LEDC"; // 这是我手机热点 | |
const char* password = "12345678"; // 热点的密码 | |
void setup() {
| |
Serial.begin(115200);//串口调试 | |
// 先断开之前的连接 | |
WiFi.disconnect(true); | |
// 连接 Wi-Fi | |
WiFi.begin(ssid, password); | |
Serial.print("正在连接 Wi-Fi"); | |
// 检测是否链接成功 | |
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
| |
delay(500); | |
Serial.print("."); | |
} | |
Serial.println("连接成功"); | |
Serial.print("IP address: "); | |
Serial.println(WiFi.localIP()); | |
} | |
void loop() {
| |
delay(1000); | |
} |
在 C 和 C++ 编程语言中,const char*
是一种常见的类型声明,以下是对其各个部分的详细阐释:
const
关键字:const
是一个修饰符,它限定了该声明的某种属性。当它出现在const char*
这样的组合中时,其主要作用是保护指针所指向的数据。这意味着,一旦你使用const char*
声明了一个指针,你就不能通过这个指针去修改其所指向的数据。它就像一个保护罩,确保数据在使用这个指针操作时不会被意外地篡改,从而增强了程序的安全性和可靠性。
char
类型关键字:char
是 C 和 C++ 中用于表示字符的数据类型。字符可以是单个的英文字母、数字、标点符号或者其他字符,并且在存储和处理文本数据时,我们通常会使用char
类型。例如,存储字符 'a' 或者 '1' 时,会使用char
类型。
*
指针声明符:*
这个符号在 C 和 C++ 中是专门用来声明指针的。当它和char
组合在一起时,就表示我们要声明的是一个指针,而且这个指针指向的数据类型是char
。简单来说,这个指针将存储一个内存地址,而该内存地址所存储的是char
类型的数据。
当我们把 const
、char
和 *
组合在一起形成 const char*
时,它的完整含义是:我们正在声明一个指针,这个指针指向的是 char
类型的数据,并且这些数据是不可修改的常量。
我们可以通过以下代码示例来进一步理解:
const char *str = "Hello, world!"; |
在这个例子中,我们声明了一个名为 str
的变量,它的类型是 const char*
。str
指向了一个存储在内存中的字符串 "Hello, world!"
。这里的 const
关键字保证了我们不能通过 str
指针去修改 "Hello, world!"
这个字符串的内容。例如,以下操作是不允许的:
str[0] = 'h'; // 错误:尝试修改 const 指针指向的数据 |
因为 str
是 const char*
类型,通过它修改所指向的数据是不合法的,编译器会报错,以防止我们不小心修改了不应该修改的数据。
总之,使用 const char*
可以有效地防止在程序中意外修改常量字符串,提高代码的健壮性和可维护性,同时也明确了该指针的操作范围和限制,使代码的意图更加清晰,让其他开发者一看便知,这个指针只能用来读取数据,而不能用于修改数据。
这样的声明在处理字符串常量、函数参数传递(当不希望函数修改字符串内容时)以及许多其他场景中都非常有用,因为它清晰地表明了指针所指向的数据是只读的,避免了潜在的数据修改错误。
AP模式
接入点(AP)是一种提供 Wi-Fi 网络访问的设备,并将其连接到有线网络的装置。ESP32S3除了不具有与有线网络的接口外,还可以提供类似的功能。这种操作模式称为软接入点(soft-AP)。可以同时连接到soft-AP的最大站数可以设置4,默认为4。
当ESP32S3单独处于AP模式下时,可以被认为是一个无法访问外网的局域网WiFi路由器节点,它可以接受各类设备的连接请求。并可以和连接设备进行TCP、UDP连接,实现数据流。在局域物联网的设计中可以承担数据收发节点的作用。
Q:可以简单理解为一个不能上网的热点?
A:这种理解基本正确。ESP32S3 在 AP 模式下可以被视为一个热点,其他设备可以搜索并连接到这个热点,但这个热点不会像家庭 Wi-Fi 路由器那样可以将设备连接到互联网,而只是创建了一个本地的无线网络环境,供连接的设备之间进行通信。
示例:当ESP32S3 在 AP 模式下运行时,它将创建一个名为“ESP32S3”的无线网络,并分配一个 IP 地址。其他设备可以搜索并连接到这个热点,但无法通过这个热点上网。
#include <WiFi.h> | |
// 设置要创建的热点名与密码 | |
const char* ssid = "ESP32S3"; | |
const char* password = "12345678"; | |
void setup() | |
{
| |
Serial.begin(115200); | |
// 创建热点 | |
WiFi.softAP(ssid, password); | |
// 打印热点 IP | |
Serial.print("Wi-Fi 接入的 IP:"); | |
Serial.println(WiFi.softAPIP()); | |
} | |
void loop() | |
{
| |
delay(500); | |
} |
到此,你应该已经知道如何使用STA 和 AP 模式了,但是,我们使用WIFI最主要的目的是数据的传输,所以接下来我会介绍如何使用WIFI进行数据传输。
TCP与UDP协议
请先确保WIFI已经连接,接下来的代码将以STA模式为例子
TCP(Transmission Control Protocol):
- 连接性:
- TCP 是一种面向连接的协议。在进行数据传输之前,发送方和接收方需要通过三次握手建立一个可靠的连接。这个过程确保双方都准备好进行数据传输,并且在传输结束后,会通过四次挥手来关闭连接。
- 三次握手的过程如下:
- 客户端发送一个 SYN(同步)数据包给服务器,表示客户端想要建立连接。
- 服务器收到 SYN 后,回复一个 SYN-ACK(同步 - 确认)数据包给客户端,表示服务器已经收到请求,并同意建立连接。
- 客户端收到 SYN-ACK 后,发送一个 ACK(确认)数据包给服务器,至此连接建立成功。
- 可靠性:
- TCP 提供高度可靠的数据传输服务。它使用序列号和确认应答机制,确保数据按序、完整地到达接收方。
- 发送方会将数据分割成多个数据包,并为每个数据包分配一个序列号。接收方收到数据包后,会向发送方发送确认应答(ACK),告知发送方已收到哪些数据包。
- 如果发送方在一定时间内没有收到确认应答,它会认为数据包丢失或损坏,将重新发送该数据包。
- TCP 还采用流量控制和拥塞控制机制,以防止发送方发送过多的数据,避免网络拥塞或接收方缓冲区溢出。
- 数据传输顺序:
- 由于使用序列号,接收方可以将接收到的数据包按照正确的顺序重新组装,保证了数据的顺序性,即使数据包在网络中经过不同的路径传输,最终也能以正确的顺序到达接收方。
- 头部开销:
- TCP 的头部通常为 20 字节,包含序列号、确认应答号、窗口大小、数据偏移量、标志位等信息,这些信息用于保证数据的可靠性和进行流量控制。
- 应用场景:
- 适用于对数据可靠性和完整性要求较高的应用,例如文件传输(FTP、HTTP)、电子邮件(SMTP、POP3)、远程登录(SSH、Telnet)等。这些应用不容许数据丢失或乱序,需要确保数据准确无误地到达目的地。
UDP(User Datagram Protocol):
- 连接性:
- UDP 是一种无连接的协议。发送方在发送数据前不需要与接收方建立连接,只需要知道接收方的 IP 地址和端口号,就可以直接发送数据。
- 因此,使用 UDP 发送数据的速度更快,但没有像 TCP 那样的连接建立和关闭过程,也就减少了额外的开销和延迟。
- 可靠性:
- UDP 不提供可靠性保证。如果数据在传输过程中丢失、损坏或乱序,UDP 不会进行重传,接收方也不会得到通知。
- 对于一些对实时性要求高、能够容忍一定程度的数据丢失的应用,这种特性可以换取更快的传输速度和更低的延迟。
- 数据传输顺序:
- UDP 不保证数据的顺序性。由于没有序列号和确认应答机制,数据包可能会乱序到达接收方,接收方接收到的数据包顺序可能与发送方发送的顺序不同。
- 头部开销:
- UDP 的头部相对简洁,只有 8 字节,包含源端口、目的端口、长度和校验和等信息,传输效率相对较高。
- 应用场景:
- 适用于对实时性要求高的应用,如实时视频会议(Skype、Zoom 等)、在线游戏、流媒体(实时视频流、音频流)等。这些应用更注重数据的实时传输,少量的数据丢失不会对整体体验产生严重影响,但对延迟非常敏感,需要尽快将数据发送出去。
总结:
- TCP 以可靠性为核心,通过复杂的连接管理和确认机制保证数据的准确传输,适用于可靠性优先的场景;而 UDP 以速度和低延迟为优势,适合对实时性要求高、对数据丢失有一定容忍度的场景。在选择使用 TCP 还是 UDP 时,需要根据具体的应用需求和网络环境来决定。例如,在物联网设备中,如果需要可靠的数据采集和控制,可能会选择 TCP;而对于实时的传感器数据传输,为了减少延迟,可能会使用 UDP。
TCP例程
首先将两块ESP32一个作为服务器端,一个作为客户端。
先讲服务器端的代码
// 这个是一个简单的服务端,用于接收客户端发送的字符串,并回复一个固定的字符串 | |
#include <WiFi.h> | |
#include <WiFiClient.h>// 引入 WiFiClient 类 | |
#include <WiFiServer.h>// 引入 WiFiServer 类,服务器端必须有 | |
// 定义 Wi-Fi 网络的 SSID 和密码 | |
const char *ssid = "LEDC"; | |
const char *password = "12344567"; | |
// 定义服务器监听的端口号 | |
const int serverPort = 6700; | |
WiFiServer server(serverPort);// 创建服务器对象 | |
WiFiClient client; // 创建客户端对象 | |
void setup() | |
{
| |
Serial.begin(115200);//串口调试 | |
// 连接到 Wi-Fi 网络 | |
WiFi.disconnect(true); // 先断开之前的 Wi-Fi 连接 | |
WiFi.begin(ssid, password); // 连接到 我的手机热点 | |
delay(1000); | |
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) | |
{
| |
delay(1000); | |
Serial.println("Connecting to WiFi..."); | |
} | |
Serial.println("Connectedヾ(≧▽≦*)o"); | |
// 启动服务器 | |
server.begin(); | |
Serial.println("Server started"); | |
Serial.print("IP Address: "); | |
Serial.println(WiFi.localIP());// 获取手机热点分配给ESP32的IP地址并打印到串口 | |
delay(2000); | |
} | |
void loop() | |
{
| |
// 检查是否有新的客户端连接 | |
client = server.available(); | |
if (client) | |
{
| |
Serial.println("Client connected"); | |
while (client.connected()) | |
{
| |
if (client.available()) | |
{
| |
// 读取客户端发送的字符串,一直读取直到遇到换行符 | |
String receivedString = client.readStringUntil('\n'); | |
Serial.println("Rec from client: " + receivedString); | |
// 发送响应字符串 | |
client.println("Message received by Server"); | |
} | |
} | |
Serial.println("Client disconnected"); | |
client.stop(); | |
} | |
} |
接下来是是客户端的代码
#include <WiFi.h> | |
#include <WiFiClient.h> | |
//客户端就不需要WiFiServer库了 | |
// 定义 Wi-Fi 网络的 SSID 和密码 | |
const char* ssid = ""; | |
const char* password = ""; | |
// 定义服务器的 IP 地址和端口号 | |
const char* serverIP = "这个需要先看看服务器端串口调输出的IP地址是多少"; | |
const int serverPort = 6700; //双方通信,监听的端口号要相同 | |
WiFiClient client; | |
void setup() {
| |
Serial.begin(115200); | |
delay(1000); | |
// 连接到 Wi-Fi 网络 | |
WiFi.begin(ssid, password); | |
while (WiFi.status()!= WL_CONNECTED) {
| |
delay(1000); | |
Serial.println("Connecting to WiFi..."); | |
} | |
Serial.println("Connectedヾ(≧▽≦*)o"); | |
// 尝试连接到服务器 | |
if (!client.connect(serverIP, serverPort)) {
| |
Serial.println("Connection to server failed"); | |
return; | |
} | |
Serial.println("Connected to server"); | |
} | |
void loop() {
| |
if (client.connected()) {
| |
// 发送字符串 | |
client.println("Elaina is fine, very fine."); | |
Serial.println("String sent: Elaina is fine, very fine."); | |
// 检查是否有服务器的响应 | |
if (client.available()) {
| |
String response = client.readStringUntil('\n'); | |
Serial.println("Received from server: " + response); | |
} | |
} else {
| |
Serial.println("Not connected to server"); | |
} | |
// 可以根据需要调整发送间隔 | |
delay(3000); | |
} |
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