ESP8266的無(wú)線(xiàn)光色電測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(濮陽(yáng)市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，濮陽(yáng) 457000)

ESP8266的無(wú)線(xiàn)光色電測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

焦再峰，胡興彬，鞏合春，霍磊，時(shí)曉紅

(濮陽(yáng)市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，濮陽(yáng) 457000)

ESP8266是一款高性能無(wú)線(xiàn)芯片，在家居自動(dòng)化、可穿戴設(shè)備、工業(yè)無(wú)線(xiàn)控制等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)以TFT觸摸屏作為用戶(hù)顯示界面，檢測(cè)命令和檢測(cè)數(shù)據(jù)在TFT觸摸屏進(jìn)行顯示，以Arduino Leonardo平臺(tái)作為主控模塊，ESP8266作為與功率計(jì)和光譜儀的無(wú)線(xiàn)通信接口，通過(guò)ESP8266進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的透?jìng)鳎鉀Q了檢測(cè)設(shè)備的無(wú)線(xiàn)通信問(wèn)題。

ESP8266；Arduino；TFT觸摸屏

引 言

隨著無(wú)線(xiàn)技術(shù)的不斷成熟，WiFi技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)普及，為人們的日常生活提供了極大的便利。樂(lè)鑫公司開(kāi)發(fā)的ESP8266對(duì)WiFi技術(shù)的發(fā)展具有強(qiáng)力的推動(dòng)作用，但是WiFi技術(shù)在檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)滯后，故本文開(kāi)發(fā)了一種基于ESP8266無(wú)線(xiàn)光色電測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)檢測(cè)設(shè)備無(wú)線(xiàn)化進(jìn)行探索。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

如圖1所示，本無(wú)線(xiàn)光色電測(cè)試系統(tǒng)由 TFT觸摸屏、Arduino 主控模塊、 ESP8266模塊、功率計(jì)、光譜儀組成。由于本設(shè)計(jì)中顯示內(nèi)容為光電參數(shù)，且主要為字符，故TFT觸摸屏僅采用了一塊320×240的彩屏，Arduino 主控模塊是本系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)對(duì)功率計(jì)和光譜儀下發(fā)動(dòng)作指令，并對(duì)功率計(jì)和光譜儀上傳的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在TFT觸摸屏上進(jìn)行顯示。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 Arduino主控模塊

Arduino是當(dāng)下最流行的開(kāi)源硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，因其簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)過(guò)程和較短的開(kāi)發(fā)周期，被廣泛應(yīng)用在硬件開(kāi)發(fā)上。本系統(tǒng)采用Arduino Leonardo平臺(tái)作為主控模塊，Arduino Leonardo是一款基于A(yíng)tmega32U4的微控制器板，擁有12個(gè)模擬輸入引腳、7個(gè)PWM 輸出引腳、1個(gè)DC接口、1個(gè)Micro USB接口、1個(gè)ICSP接口。EEPROM空間為1 KB，SRAM空間為2.5 KB，F(xiàn)lash空間為32 KB，其中有4 KB由引導(dǎo)程序占用，時(shí)鐘速度為16 MHz。

Arduino Leonardo可以通過(guò)Arduino IDE軟件來(lái)編程，Arduino Leonardo的Atmega32U4芯片燒寫(xiě)了bootloader程序，使其不通過(guò)外部硬件編程器也可以向Arduino Leonardo上傳新的程序，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)的過(guò)程。

2.2 TFT觸摸屏

本系統(tǒng)顯示部分采用分辨率為320×240的TFT觸摸屏，該屏采用三星S6D1121控制器，該控制器有1.38 MB的顯示RAM和一整套控制功能，數(shù)據(jù)口采用8位模式，工作電壓VCC為+3.3 V，由Arduino Leonardo提供，其芯片引腳定義如圖2所示。

圖2 S6D1121引腳定義

圖3 ESP8266外圍電路

S6D1121與Arduino Leonardo連接的引腳定義代碼如下：

#define LCD_CS A3 //片選

#define LCD_RS A2 //寄存器選擇

#define LCD_WR A1 //寫(xiě)命令

#define DB0 8 #define DB1 9 #define DB2 10 #define DB3 11

#define DB4 4 #define DB5 13 #define DB6 6 #define DB7 7

2.3 ESP8266模塊

2.3.1 設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用無(wú)線(xiàn)通信方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)，ESP8266是一個(gè)完整而且自成體系的 WiFi單片網(wǎng)絡(luò)解決方案，即ESP8266一個(gè)芯片集成了單片機(jī)+WiFi兩部分功能。

ESP8266具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力，一般情況下，采用ESP8266開(kāi)發(fā)產(chǎn)品或設(shè)備有兩種設(shè)計(jì)思路：第一種，ESP8266模塊僅用作網(wǎng)絡(luò)通信接口，完成信息的無(wú)線(xiàn)傳輸，ESP8266模塊與外部單片機(jī)通過(guò)串口TXD/RXD進(jìn)行通信，外部單片機(jī)向ESP8266模塊發(fā)送AT命令，對(duì)ESP8266模塊進(jìn)行操作；第二種，在ESP8266模塊上直接進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，ESP8266內(nèi)部集成單片機(jī)，通過(guò)I/O口直接控制MOS開(kāi)關(guān)管、傳感器、繼電器等外圍器件或電路。第一種設(shè)計(jì)思路開(kāi)發(fā)周期短、擴(kuò)展能力強(qiáng)，適用于通信較為復(fù)雜的系統(tǒng)，但成本相對(duì)較高；第二種設(shè)計(jì)思路，適用于控制電路簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)要求低成本的情況，但用戶(hù)開(kāi)發(fā)難度大，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用第一種設(shè)計(jì)思路。

2.3.2 工作模式

ESP8266支持AP、station、AP+station三種工作模式。AP即無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)，具備無(wú)線(xiàn)至有線(xiàn)的橋接功能的設(shè)備稱(chēng)為接入點(diǎn)，例如路由器、Station即無(wú)線(xiàn)終端，配備無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)備都可作為終端，例如手機(jī)、筆記本電腦等。故利用ESP8266可以靈活地實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用圖1所示的無(wú)線(xiàn)連接方式，即與Arduino Leonardo連接的ESP8266作為AP，功率計(jì)和光譜儀作為station。

2.3.3 透?jìng)鞴δ?/p>

透?jìng)骷赐该鱾鬏敗１鞠到y(tǒng)中，Arduino Leonardo通過(guò)UART將命令發(fā)給ESP8266，ESP8266再通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳出去；ESP8266通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接收到的數(shù)據(jù)，同理通過(guò)UART傳到Arduino Leonardo。此過(guò)程中，ESP8266作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?，?fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳到目標(biāo)地址，不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.3.4 電路設(shè)計(jì)

ESP8266外圍電路如圖3所示。

ESP8266與Arduino Leonardo直接通過(guò)串口進(jìn)行連接，即8266TXD/8266RXD分別與Arduino Leonardo的RXD/TXD連接。為了節(jié)約開(kāi)發(fā)成本和縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間， ESP8266與功率計(jì)和光譜儀的連接在功率計(jì)和光譜儀原本的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，功率計(jì)和光譜儀原本的通信接口為T(mén)ype-B USB母頭，故ESP8266與功率計(jì)和光譜儀連接時(shí)，CH340G外圍電路如圖4所示，USB接口采用與功率計(jì)和光譜儀相配套的Type-B USB公頭，USB轉(zhuǎn)串口采用CH340G芯片，CH340G芯片的TXD/RXD分別與8266RXD/8266TXD連接。PL3500外圍電路如圖5所示，LDO芯片采用PL3500，為CH340G和ESP8266提供+3.3 V工作電平。

圖4 CH340G外圍電路

圖5 PL3500外圍電路

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 顯示界面設(shè)計(jì)

TFT觸摸屏提供人機(jī)交互界面，對(duì)光譜儀下發(fā)命令的操作界面如圖6所示。光譜儀和功率計(jì)反饋的檢測(cè)數(shù)據(jù)在TFT觸摸屏上進(jìn)行顯示，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示界面如圖7所示。

圖6 下發(fā)命令操作界面

圖7 檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示界面

3.2 WiFi設(shè)置

Arduino Leonardo把ESP8266設(shè)置為AP模式，SSID設(shè)為ESP8266-Arduino，密碼為12345678，模塊本身IP地址為192.168.4.1，其端口號(hào)設(shè)置為8266，設(shè)置AP模式的程序如下：

voidwifi_set_apmode(){

Serial.begin(115200); //波特率

Serial.flush();

Serial.println("AT");

delay(10);

Serial.println("AT+CIPMODE=2"); //AP模式

delay(10);

Serial.println("AT+CWSAP="ESP8266-Arduino","12345678",11,0"); //AP模式

delay(10);

Serial.println("AT+CIPMUX=1"); //多鏈接

delay(10);

Serial.println("AT+CIPSERVER=1,8266");//設(shè)置端口號(hào)

delay(10);

}

功率計(jì)和光譜儀作為station，在原有程序的基礎(chǔ)上增加wifi_set_stationmode()函數(shù)，此函數(shù)功能是功率計(jì)和光譜儀對(duì)ESP8266發(fā)送AT指令，將其設(shè)置為station工作模式，然后根據(jù)上述AP模塊的SSID、密碼設(shè)置station接口配置參數(shù)，并接入上述AP，主要命令為：

wifi_set_CIPMODE1();

wifi_set_SSID();

wifi_set_password();

wifi_set_IP();

結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于ESP8266的無(wú)線(xiàn)光色電測(cè)試系統(tǒng)，以Arduino Leonardo平臺(tái)作為主控模塊，ESP8266作為無(wú)線(xiàn)通信接口，結(jié)合透?jìng)鞴δ?，在原功率?jì)和光譜儀的基礎(chǔ)上完成了檢測(cè)設(shè)備的無(wú)線(xiàn)化改造。該系統(tǒng)在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)功率計(jì)和光譜儀的無(wú)線(xiàn)控制以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)傳輸，對(duì)WiFi技術(shù)在檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有

DesignofWirelessColorLightElectricalMeasurementSystemBasedonESP8266

JiaoZaifeng,HuXingbin,GongHechun,HuoLei,ShiXiaohong

(Puyang Quality and Technical Supervision Inspection and Testing Center,Puyang 457000,China)

The ESP8266 is a high-performance wireless chip,which is widely used in home automation,wearable equipment,industrial wireless control and other fields.The system uses a TFT touch screen as a user interface,on which testing commands and data can be displayed.The Arduino Leonardo platform is used as the main control module.The ESP8266 works as the interface of the power meter and the spectrometer,and testing commands and data can be transfered through the ESP8266 to solve the wireless communication problem of the testing equipment.

ESP8266;Arduino;TFT touch screen

TP393

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