WiFi модуль ESP-12F с чипом ESP8266EX

Модуль разработки приложений беспроводной связи WiFi на микроконтроллере ESP-12F ESP8266

Зарождение и активное развитие современной технологии беспроводной связи WiFi послужило появлению многочисленных устройств, получивших удобное и эффективное средство удалённого взаимодействия и обмена информацией. На протяжении сравнительного небольшого промежутка времени, технология WiFi надёжно закрепилась во многих сферах жизнедеятельности человека, перечислять которые наверное и смысла нет, достаточно просто оглядеться вокруг. Нет смысла сомневаться в том, что механизмы беспроводной связи WiFi стали по-настоящему неотъемлемой частью компьютерной техники и мобильных гаджетов, а также всё настойчивее внедряются в системы промышленного и индустриального оборудования. Одной из главных достоинств WiFi следует назвать безграничную возможность создания всевозможных сетей без использования морально устаревших проводных соединений.

В основе платы с интегрированным модулем ESP-12F использован чип ESP8266EX компании Espressif Systems, выпуск которого стартовал в 2014 году. ESP8266 признан мировым сообществом как высокопроизводительный низкоценовой продукт с большим потенциалом, предоставляющий возможность широкой массе любителей-энтузиастов или профессиональных специалистов разрабатывать собственные уникальные или инновационные устройства с полноценным WiFi-функционалом. Инструменты поддержки ESP8266 есть во многих популярных программных комплексах и средах разработки пользовательских приложений, включая официальный источник производителя чипа. Для ESP8266EX опубликовано огромное количество совместимых библиотек и примеров, облегчающих программирование контроллера. При желании, ESP8266EX станет отличным подспорьем для получения базовых знаний о способах программирования простых исполняющих микросхем, главных принципов построения сетевых соединений и схем взаимодействия с периферийной электроникой, и может быть задействован в роли учебного пособия в образовательных учреждениях при проектировании несложной робототехники.

Технические характеристики

• Контроллер: ESP-12F ESP8266EX WiFi, однокристальная система на основе ядра Tensilica L106 с ультра-низким энергопотреблением, разрядность 32-бит
• Рабочее напряжение: 3.3 В
• Питание: 3.3/5 В
• Рабочий ток: 71-80 мА
• Максимальный потребляемый ток: 300 мА
• Ток неглубокого сна: 2 мА
• Ток глубокого сна: 0.02 мА
• Флеш-память: 32 МБит / 4 МБайт
• Протоколы WiFi: 802.11 b/g/n
• Диапазон частот: 2.4ГГц-2.5ГГЦ (2400М-2483.5М)
• Режимы WiFi: Клиент, Программная точка доступа, Клиент+Программная точка доступа (station, softAP, station+softAP)
• Защита: WPA-PSK, WPA2-PSK
• Шифрование: WEP, TKIP, AES
• Сетевые протоколы: IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP
• Выводы общего назначения (вход/выход, GPIO): 13
• Максимальный ток на контакт общего назначения: 12 мА, рекомендуемый 6мА
• Аналоговые входы: 1, 10-бит
• ШИМ выходы: 4
• Технология STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMO
• Выходная мощность в режиме 802.11b: +20dBm
• Интерфейсы: UART, SPI, HSPI, SDIO, I2C, I2S, IrDA, GPIO, PWM
• Интегрированные переключатель приёма/передачи, согласующий высокочастотный трансформатор, усилитель мощности
• Интегрированные блоки: согласования сети, фазовой автоподстройки частоты, управления питанием, блоки регулирования
• Антенна WiFi: PCB, разведена на плате в виде дорожки
• Поддержка файловой системы SPIFFS
• Поддержка функций Smart Link для устройств на Andriod и iOS
• Поддержка интерпретаторов АТ-команд и NodeMCU Lua, Облачного Сервера и Наборов Разработки (SDK), обновление прошивки через UART/OTA (по воздуху)
• Шаг между контактами: 2.54 мм
• Светодиодная индикация: пользовательский вывод GPIO2
• Рабочая температура: -40°...+85°
• Размеры: 46.6 х 23.1 х 4.1 мм

С технической стороны, внутренняя начинка ESP-12F сочетает в себе исполнительный контроллер ESP8266EX (наподобие Ардуино, Тинси, СТМ32 и других), микросхему внешней флеш-памяти размером 4 Мбайт и несколько SMD-компонентов, необходимых для нормального функционирования модуля. Наличие памяти позволяет ESP8266-12F работать практически автономно и не зависеть от дополнительных внешних микроконтроллеров. Плата-адаптер, на которой размещён EPS8266 ESP-12F, оснащена понижающим регулятором напряжения AMS1117-3.3, необходимым для питания модуля от внешнего источника с постоянным напряжением 5 вольт или для сопряжения с прочими устройствами, работающими на 5-вольтовой логике, а также кнопку перевода контроллера в режим программирования, индикатор наличия питания и делитель напряжения для единственного аналогового контакта ESP8266.

Особенности отладочного модуля с интегрированным контроллером ESP-12F

Плата адаптера даёт несколько преимуществ перед простыми серийными модулями ESP из семейства ESP8266. Во первых, при подаче питания, она подтягивает несколько специальных выводов контроллера к нужным логическим уровням, благодаря чему ESP-12F сразу же запускается в нормальном режиме с одновременной загрузкой собственной прошивки и исполняемой программы из встроенной флеш-памяти. Во вторых, установленная кнопка помогает переключать ESP8266EX в режим программирования, исключая необходимость самостоятельного замыкания соответствующих этому режиму контактов GPIO0 и GND. В третьих, делитель напряжения допускает подключение к аналоговому выводу ADC входящих сигналов с уровнем напряжения в диапазоне от 0 до +3.3 вольта, против 0-1 вольт у простого ESP8266. В четвёртых, конструкцией платы предусмотрены изначально припаянные штырьковые выводы с шагом 2.54мм, используемые для подключения UART-программаторов или для обмена данными между контроллером ESP-12F и периферийными устройствами по универсальной шине UART. Наконец в пятых, в комплект с модулем входят пара переходников, установка которых разрешает последующее их использование в беспаячных проводных соединениях или, как вариант, подключении внешних разъёмов Dupont.

Компоновка выводов общего назначения (GPIO) ESP8266 выполнена в необычном виде. Вместо привычного 2-рядного расположения контактов по бокам платы, на адаптере присутствуют 4 линии с выводами контроллера и входящего напряжения, некоторые из них дублируют друг-друга. В двух рядах разведены общедоступные контакты ESP-12F, в остальных - тематически сгруппированы выводы, используемые в определённых программных интерфейсах. Группа из 6 контактов CS, MISO, GPIO9, GPIO10, MOSI, SCLK - интерфейс внешней SPI флешь-памяти. Группа из 4 контактов GND, GPIO5, GPIO4, VCC - интерфейс шины связи I2C, предопределённый в среде разработки Arduino IDE на контакты GPIO5 и GPIO4.