代码收藏家技术教程 2024-09-08

ESP32嵌入式人工智能：WiFi功能与远程控制LED详解

1、WiFi简介

ESP32的最大优点就是集成了wifi与蓝牙，有了这2个无线模块就可以实现物联网智能控制了，尤其适合无线控制的场景，弥补了STM32处理器在无线Wifi上的缺憾。

WiFi是一种无线网络技术，全称为无线保真网络（Wireless Fidelity）。它允许电子设备（如电脑、智能手机、平板电脑等）通过无线方式连接到互联网或局域网，使用户可以无需使用有线连接就能够访问网络。

WiFi使用了射频信号来传输数据。它基于IEEE 802.11标准，通过无线接入点（无线路由器）将有线网络信号转换为无线信号，并将其传播到设备附近的范围内。当设备连接到WiFi网络时，它会通过认证和加密等过程与无线接入点建立安全的连接。

有了WiFi，后期我们就可以部署Web Server，通过手机、电脑通过互联网远程控制各类智能设备，实现真正的万物互联。

2、WIFI 的六种工作模式

WIFI配置具体的模式主要有以下这几种：STA模式、AccessPoint模式、Monitor模式、Ad-hoc（IBSS）模式、WDS模式、Mesh模式。

在ESP32主要有2种工作模式，即STA模式、AccessPoint模式。

第一种：STA模式
任何一种无线网卡都可以运行在此模式下，这种模式也可以称为默认模式。在此模式下，无线网卡发送连接与认证消息给热点，热点接收到后完成认证后，发回成功认证消息，此网卡接入无线网络。这种模式下，wifi工作于从模式。
第二种：AccessPoint模式
在一个无线网络环境中，无线热点是作为一个主设备，工作于主模式（Master mode）。通过管理控制可控制的STA，从而组成无线网络，也有相应的安全控制策略。由AP形成的网络，由AP的MAC地址唯一识别。热点完成创建后，会由热点创建一个被别的设备可识别的名称，称为SSID。在Linux下，要使用AP模式，必须使系统支持hostapd。

3、ESP3的2种工作模式的设置

import network

wlan = network.WLAN(network.STA_IF) # create station interface
wlan.active(True)       # activate the interface
wlan.scan()             # scan for access points
wlan.isconnected()      # check if the station is connected to an AP
wlan.connect('ssid', 'key') # connect to an AP
wlan.config('mac')      # get the interface's MAC address
wlan.ifconfig()         # get the interface's IP/netmask/gw/DNS addresses

ap = network.WLAN(network.AP_IF) # create access-point interface
ap.config(ssid='ESP-AP') # set the SSID of the access point
ap.config(max_clients=10) # set how many clients can connect to the network
ap.active(True)         # activate the interface

4、ESP32通过WiFI连接路由器

def do_connect():
    import network
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('connecting to network...')
        wlan.connect('ssid', 'key')
        while not wlan.isconnected():
            pass
    print('network config:', wlan.ifconfig())

将ssid与key替换成本地路由器的SSID和密码。

获取ESP32连接的配置情况（IP地址，子网掩码，网管与互联网公网IP）

5、通过WiFi与PC交互数据

在PC上打开网络调试助手，注意设置正确的本机IP。

（1）发送‘hello world’

（2）接收数据 recvfrom

注意3点：第一，发送和接收所创建的SOCKET要是一个，不能重新创建，不然接收不到数据，所以要把第一个发送函数的创建套接字放到函数外，关闭套接字语句去掉。第二网络调试助手要注意设置套接字，一般选最后一个。第三发送的utf-8的中文是bytes字节流的形式，需要用utf-8进行解码decode.

def Wifi_Send(IPAddr,Port,send_data):
    # 准备接收方的地址与端口号
    dest_addr = (IPAddr, Port)
    # 4. 发送数据到指定的电脑上
    udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)
    # 5. 关闭套接字
    # udp_socket.close()

def Wifi_Receive():
    recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)
    return recv_data

do_connect()

IPAddr = '192.168.1.101'
Port = 8080
send_data = "hello world"
# 创建udp套接字
udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
Wifi_Send(IPAddr,Port,send_data)
while True:
    recv_data = Wifi_Receive()
    print(recv_data[0])
    print(type(recv_data[0]))
    print(recv_data[0].decode('utf-8'))

注意选择59963的最后一个SOCKET连接，接收到的数据类型为元组类型数据。

6、通过PC远程控制LED灯

我们独立按键与流水灯模块接了4个灯0-3，上电后让所有的LED默认关闭，通过指令里面的数字和ON/OFF 来控制LED灯的亮灭。.

import socket
import time
import network
from machine import Pin
import re

def do_connect():
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('connecting to network...')
        wlan.connect('TP-LINK_40302', 'wang1982')
        while not wlan.isconnected():
            pass
    print('network config:', wlan.ifconfig())


def start_udp():
    # 启动网络功能（UDP）
    # 1.创建udp套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 2. 绑定本地信息
    udp_socket.bind(("0.0.0.0", 5678))
    return udp_socket

def GPIO_Init():
    P0 = Pin(19, Pin.OUT)  
    P1 = Pin(18, Pin.OUT)
    P2 = Pin(5, Pin.OUT)
    P3 = Pin(17, Pin.OUT)
    global LED_List
    LED_List = [P0,P1,P2,P3]
    for i in LED_List:
        i.value(1)

    
def Led_ctrl(num,state):
    LED_List[num].value(state)
    
def main():
    global state
    GPIO_Init()
    #链接wifi
    do_connect()
    #创建UDP
    udp_socket = start_udp()
    # 接收网络数据
    while True:
        recv_data, sender_info = udp_socket.recvfrom(1024)
        print("{}发送{}".format(sender_info, recv_data))
        recv_data_str = recv_data.decode("utf-8")
        try:
            print(recv_data_str)
        except Exception as ret:
            print("error:", ret)       
        # 5. 处理接收的数据
        match = re.search(r'\d',recv_data_str)
        if match:
            num = int(match.group(0)) 
        if "on" in recv_data_str:
            state=0
            Led_ctrl(num,state)
        elif "off" in recv_data_str:
            state=1
            Led_ctrl(num,state)


if __name__ == "__main__":
    main()

通过正则表达式获取要控制的LED灯的ID，这里得到的match变量的类型是正则表达式的匹配对象，需要将其转化成int型变量，传递到函数led_ctrl里，作为列表的索引值。

match = re.search(r'\d',recv_data_str)
if match:
num = int(match.group(0))