ماژول وای فای Esp8266

ماژول وای فای Esp8266 از میکروچیپ ارزان قیمت ESP8266 که دارای هسته وایفای Wi-Fi می باشد ساخته شده است.

این میکروچیپ دارای پروتکل TCP/IP است و قابلیت پردازش میکروکنترلری می باشد.

ESP8266 توسط شرکت Espressif Systems در شانگهای چین طراحی و ساخته شده است.

• چیپ ESP8266 برای اولین بار در آگوست سال 2014 با نام ESP-01 توسط شرکت Ai-Thinker تجاری سازی شده و به عنوان اولین ماژول Wi-Fi ارزان قیمت ولی با کیفیت و کارآمد وارد بازار جهانی شد.

• این ماژول کوچک به میکروکنترلرها امکان اتصال به شبکه وای فای را می دهد و یک ارتباط TCP/IP ساده به وسیله دستورالعمل های Hayes فراهم میکند.
• اگر چه در ابتدا داکیومنت های انگلیسی برای این چیپ وجود نداشت ولی به سرعت به عنوان یک چیپ پرقدرت پذیرفته شد.
• قیمت بسیار پایین نسبت به آی سی های هم خانواده و همچنین نیاز به قطعات جانبی کم باعث شد که در ابعاد کوچک و قیمت مناسب ارائه شود، و به همین دلیل مورد توجه هکرها قرار گرفت که به تشریح ماژول، آی سی و نرم افزار و همچنین ترجمه مستندات چینی پرداختند.
• چیپ ESP8285 از هم خانواده ESP8266 می باشد که دارای 1MiB حافظه فلش داخلی می باشدو قابلیت اتصال به WiFi به وسیله یک چیپ را در اختیار قرار می دهد.
• جایگزین این میکروکنترلر وای فای، چیپ ESP32 می باشد که در سال 2016 ارائه شد.

مشخصات:

• پردازنده L106 یک پردازنده 32 بیتی با معماری RISC مبتنی بر هسته Tensilica Xtensa Diamond Standard 106 می باشد که با فرکانس 80 مگا هرتز کار می کند.

• 32 KiB instruction RAM
• 32 KiB instruction cache RAM
• 80 KiB user-data RAM
• 16 KiB ETS system-data RAM
• پورت QSPI برای اتصال حافظه فلش تا 16 مگابیت

• استاندارد IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi
• Integrated TR switch, balun, LNA, power amplifier and matching network
• استاندارد های رمز گذاری WEP یا  WPA/WPA2ویا  open networks
• 16 پین GPIO
• یک پورت SPI
• قابلیت پیاده سازی ارتباط I2C به صورت نرم افزاری
• ارتباط I2S به همراه DMA
• ارتباط سریال به وسیله پین های اختصاصی (غیر مشترک با دیگر سخت افزارها)
• دارای ورودی آنالوگ 10 بیتی

شرح پایه های ماژول ESP-01

 

ترتیب پین ها در تمامی مدل های ماژول ESP-01 مشترک می باشد.

پین 1: VCC

• ورودی مثبت تغذیه می باشد ولتاژ مناسب برای این ماژول 3.3 ولت می باشد و حداکثر ولتاژ قابل تحمل برای ماژول ESP82666 ولت می باشد.

پین 2: GND

• ورودی منفی تغذیه می باشد. زمین مدار معادل صفرولت

پین 3: RX

• پین گیرنده سریال می باشد. (UART RXD)

پین 4: TX

• پین گیرنده سریال می باشد. (UART TXD)

پین 5: CH_PD

• پایه Power Down ماژول

پین 6: RST

• پایه ریست ماژول

پین 7: GPIO 0

• پایه ورودی و خروجی شماره 0

پین 8: GPIO 2

• پایه ورودی و خروجی شماره 0

کامپایلرهای ESP8266 SDKs:

در اکتبر 2014  شرکت Espressif Systems یک SDK بسته توسعه نرم افزار یا کامپایلر مجزا برای برنامه نویسی چیپ ESP8266 را منتشر کرد. بنابراین از آن پس میشد میکروکنترلر واسط را حذف کرد و از آی سی ESP8266 به عنوان یک میکروکنترلر دارای هسته وایفای استفاده نمود و مستقیم برای آن برنامه نویسی کرد.

بعد از آن نسخه های مختلفی توسط شرکت Espressif System طراحی شد که از آنها دو نسخه به صورت رسمی منتشر شد، یکی از آنها بر ایه FreeRTOS و دیگری بر پایه Callbacks می باشند.

جایگزینی که برای کامپایلر Espressif وجود دارد یک نرم افزار متن باز به نام ESP-Open-SDK است که توسط Paul Sokolovsky ارائه شد، که بر پایه  GCC است که توسط Max Filippov بازسازی شد.

جایگزین بعدی که برای این ای سی قدرتمند دارای پردازشگر WI-Fi رونمایی شد Unofficial Development Ki بود که توسط Mikhail Grigorev ارائه شد.

و دیگر SDk هایی که اغلب متن باز هستند در زیر معرفی می شوند:

• کامپایلر آردوینو که بر پایه زبان C++ می باشد یکی از بهترین و ساده ترین کامپایلرهایی است که در اختیار عموم قرار دارد و به وسیله آن میتوان برای پردازنده آیسی ESP8266 و تمامی کامپوننت های آن از جمله وایفای آن برنامه نویسی کرد و تمامی اجزا آن را کنترل نمود.

با توجه به کتابخانه هایی که برای کامپایلر آردوینو وجود دارد توسط آردوینو می توان برای ماژول وایفای ESP8266 نیز مانند تمامی بردهای آردوینو برنامه نویسی نمود.

کتابخانه ماژول ESP8266 در سایت GitHub موجود می باشد.

• ESP8266 BASIC یک نرم افزار متن باز یک مترجم اختصاصی برای اینترنت اشیا می باشد. این مترجم Self-hosting browser-based می باشد.
• ESP Easy یک کامپایلر یا مترجم دیگر برای ESP8266 می باشد که توسط علاقه مندان اتوماسیون هوشمند home automation طراحی شده است
• ESP-Open-RTOS
• ESP-Open-SDK
• Espruino
• MicroPython
• Mongoose OS
• NodeMCU
• Sming
• uLisp
• Zbasic
• Zerynth

ماژول هایی که توسط شرکت Espressif طراحی و روانه بازار شده اند:

در جدول بالا و همچنین در جدول هایی که در ذیل وجود دارد،

Active pins: پین های قابل استفاده در ماژول می باشد که شامل GPIO, Adc میباشد که می توانید به دستگاه های خارجی متصل نمایید.

Pitch: فاصله بین پدهای موجود در ماژول می باشد، در صورتی که بخواهید از این ماژول ها در روی برد بورد استفاده نمایید یه اینکه برای آنها طراحی PCB انجام دهید.

Form factor: پکیج ماژول را شرح می دهد، به عنوان مثال “2 × 9 DIL” به این معنی است که دو ردیف هدر 9 پین دارد که به صورت “Dual In Line” چیده شده اند (مانند پایه های یک آی سی)

LED: اکثر ماژول های ESP دارای یک LED داخلی می باشند که می توان آن را توسط برنامه روشن یا خانوش نمود، و وضعیت ماژول را مشخص نمود.

Antenna: روش های مختلفی برای اتصال آنتن به ماژول های وایفای وجود دارد که شامل آنتن PCB که توسط مدار PCB طراحی می شود، آنتن سرامیکی که یک قطعه کوچک است که درون ماژول وجود دارد و نیاز به آنتن خارجی را از بین می برد و همچنین کانکتور برای اتصال آنتن خارجی می تواند وجود داشته باشد.

از آنجایی که ماژول های وای فای مقدار زیادی تداخلات فرکانسی وجود دارد (Radio Frequency Interference) سازمان های دولتی مانند FCC شیلد های الکترونیکی را ترجیح میدهند برای اینکه تداخلات امواج با دیگر دستگاهها کاهش پیدا کند.

از این رو برخی از این ماژول های ESP دارای یک کیس فلزی هستند که بر روی آن  عبارت FCC قرار دارد. این بدان معنی است که توسط کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC) مورد تایید است.

 

ماژول های ESP محصول شرکت Ai-Thinker

اولین شرکتی که شروع به ساخت ماژول وای فای توسط چیپ ESP8266 نمود شرکت Ai-Thinker است که همچنان در دسترس می باشد و ماژول های Wi-Fi تولید شده توسط Ai-Thinker دارای کیفیت مناسبی می باشد و در انواع مختلفی به صورت DIP و SMD و دارای آنتن PCB، سرامیکی و آنتن خارجی با ظرفیت فلش مختلفی تولید شده است.

ماژول های شرکت Ai-Thinker با نام تجاری ESP-xx modules معرفی شده اند.

برای ساخت یک سیستم توسعه یافته قابل اجرا قطعات زیادی مورد نیاز است، خصوصا یک مبدل usb به سریال و یک تغذیه 3.3 ولت خارجی و … مورد نیاز است.

به همین دلیل توسعه دهندگان تازه کار برد های ESP8266 به برد های بزرگتر که شامل قطعات بالا باشد (مانند NodeMCU) را بیشتر می پسندند و بعد از اینکه پروژه به پایان رسید از ماژول هایی استفاده می کنند که قطعات اضافه را نداشته باشد و کم حجم تر و ارزان تر باشد را استفاده می نمایند.

در جدول زیر تمامی ماژول های طراحی شده توسط شرکت Ai-Thinker را مشاهده می کنید:

دیگر بردهای طراحی شده بر پایه ESP8266

علت محبوبیت تعدادی از این بردها نسبت به ماژول های سری ESP-xx وجود مبدل usb به سریال (مانند آی سی CP2102 و CH340) و یک کانکتور USB برای اتصال به کامپیوتر و وجود یک رگولاتور 3.3 ولت که تغذیه برد را از طریق USB کامپیوتر تامین می کند.

برای ماژول های ارزان قیمت تر (ماژول های ساخت شرکت Ai-Thinker که شامل مبدل سریال به یو اس بی و رگولاتور نیستند) باید این قطعات جداگانه خریداری شده و به ماژول متصل شوند.

و استفاده از ماژول های جدیدتر ESP8266 مانند NodeMCU راحتتر می باشد زیرا علاوه بر وجود مبدل سریال و رگولاتور ولتاژ پایه های GPIO نیز در دسترس قرار دارد و قابل استفاده می باشد.

اغلب بردهای لیست شده در جدول زیر بر پایه ماژول ESP-12E ساخت شرکت Ai-Thinker می باشد.