徐松亮ESP8266专项教学4-基于Arduino开发ESP8266的适用性

其他 2020-02-09 10:59:09 阅读次数: 0

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一，前言

  • 适合人群

    • 对Arduino开发环境熟悉的开发人员或电子产品研发爱好者

  • 本文目的

    • 我本身主要用C环境来开发产品，这也是目前专业嵌入式工程师主流的开发模式，本来以为Arduino只是爱好者用的东西，做做实验还行，不能做产品。
    • 但比较尴尬的是，Arduino提供很多好用的例程和库，如果正好与需求对应，导致我们用C开发周期需要2周，但是用Arduino开发只要1小时，这就无法接受了，难道我们专业的工程师还不如爱好者不成？
    • 再有就是随着Arduino的快速发展，导致库和例程越来越多，系统也越来越稳定。
    • 综上，我决定下点时间学习一下Arduino，毕竟正牌专业出身，以专业的基础来学它，事半功倍。
    • 现在的观念就是，一定要了解每种开发环境的库与例程，这样有需求的时候就可以选择开发模式，减少开发周期。
    • 所以，这篇文章不是带大家做实验，而是总结一下Ardiuno开发ESP8266的库与例程。

  • Arduino介绍与环境搭建

  • Arduino免费吗

    • 开源且免费

  • Arduino开发模式与micropython开发模式比对

    • 从库与例程来看：Ardiuno开发环境要比micropython开发环境强大灵活一些。

二，官方说明文档

三，硬件资源

  • NodeMCU电路板（其实凡是ESP8266为核心的电路板都可以使用，对应好IO即可）

四，基础函数分类介绍

  • 数字IO控制（图中蓝色引脚D0-D5，D12-D16）

    • 输入
      • pinMode()
        • INPUT
        • INPUT_PULLUP
        • INPUT_PULLDOWN_16
      • digitalRead()
    • 输出
      • pinMode()
        • OUTPUT
      • digitalWrite()
    • 中断（任何引脚，除了P0.16）
      • 相关函数
        • 设定中断
          • attachInterrupt()
        • 删除中断
          • detachInterrupt()
      • 可以设定的模式
        • 变更中断
        • 上升沿中断
        • 下降沿中断

  • 模拟输入（图中ADC）

    • 读取VCC电源电压
      • ADC_MODE(ADC_VCC)
      • ESP.getVcc()
    • 读取ADC引脚电压
      • analogRead(A0)
      • 0.0-1.0V的电压对应0-1024数据

  • 模拟输出（利用PWM，0-16引脚都可以使用）

    • 设置输出：analogWrite(pin,value)
      • pin：0-16
      • vale：0-new_range
    • 更改范围：analogWriteRange(new_range)
      • 默认：0-1023
      • 改后：0-new_range
    • 更改频率：analogWriteFreq(new_frequency)
      • 默认：1kHz
      • 改后：new_frequency

  • 计时

    • 复位后的ms计时
      • millis()
    • 复位后的us计时
      • micros()

  • 延时

    • ms延时
      • 系统会保留wifi与TcpIp的网络连接与处理任务，所以，建议如果用户循环程序中有耗时的处理（>50ms）时，建议加如下面的延时指令周期性释放一下CPU执行权。
      • delay(ms)
    • us延时
      • 死等函数，所以不建议用于超过20ms的应用
      • delayMicroseconds(us)

  • 串口

    • UART0
      • Serial.swap()
        • 引脚重映射
      • Serial.baudRate()
        • 设置波特率
      • Serial.detectBaudrate(time_t timeoutMillis)
        • 自动探测波特率
      • Serial.begin()
        • 启动串口
      • Serial.set_tx()
        • 串口发送
      • Serial.setDebugOutput(true)
        • 设置为调试口
    • UART1
      • Serial1.baudRate()
        • 设置波特率
      • Serial1.detectBaudrate(time_t timeoutMillis)
        • 自动探测波特率
      • Serial1.begin()
        • 启动串口
      • Serial1.setDebugOutput(true)
        • 设置为调试口

五，库函数分类介绍

  • Wifi

  • Ticker

  • EEPROM

    • 在SPIFFS之后，仅仅使用flash的一个扇区
      • 是不是只有在使用SPIFFS后才能使用EEPROM库？当前未知，有待考证！
    • 设定要操作的空间
      • EEPROM.begin(size)
        • size：4-4096 Bytes
    • 写数据：
      • EEPROM.write()
    • 提交写数据：
      • EEPROM.commit()
    • 终止操作
      • 相当于执行commit()并释放RAM空间
      • EEPROM.end()

  • I2C

    • 只支持主模式，最高速率450KHz
    • 设定引脚
      • Wire.begin(int sda,int scl)
    • 常规操作（略）

  • SPI

    • 重新设定引脚
      • SPI.pins()
    • 常规操作（略）

  • SoftwareSerial

  • ESP-specific APIs

    • 深睡模式

      • ESP.deepSleep(microsecond,mode)
        • 等待wifi关闭后，进入深睡
        • mode
          • WAKE_RF_DEFAULT
          • WAKE_RFCAL
          • WAKE_NO_RFCAL
          • WAKE_RF_DISABLE
        • 最大深睡时间获取(ms)
          • ESP.deepSleepMax()
      • ESP.deepSleepInstant(microsecond,mode)
        • 直接进入深睡

    • RTC-Memory

      • 写数据
        • ESP.rtcUserMemoryWrite()
      • 读数据
        • ESP.rtcUserMemoryRead()

    • 设备重启

      • 重启指令
        • ESP.restart()
      • 获取重启原因
        • ESP.getResetReason()

    • 获取信息

      • 获取空闲堆信息
        • ESP.getFreeHeap()
      • 获取堆碎片信息
        • ESP.getHeapFragmentation()
      • 获取堆最大申请空间
        • ESP.getMaxFreeBlockSize()
      • 获取芯片ID
        • ESP.getChipId()
      • 获取内核版本
        • ESP.getCoreVersion()
      • 获取SDK版本
        • ESP.getSdkVersion()
      • 获取主频
        • ESP.getCpuFreqMHz()
      • 获取当前程序大小
        • ESP.getSketchSize()
      • 获取空闲的程序空间
        • ESP.getFreeSketchSpace()
      • 获取当前程序的MD5
        • ESP.getSkechMD5()
      • 获取Flash芯片ID
        • ESP.getFlashChipId()
      • 获取Flash芯片容量（根据SDK）
        • ESP.getFlashChipSize()
      • 获取Flash芯片的真实容量（根据芯片ID）
        • ESP.getFlashChipRealSize()
      • 获取Flash芯片速度（Hz）
        • ESP.getFlashChipSpeed()
      • 获取开机后的指令计数
        • ESP.getCycleCount()
      • 获取电源电压
        • ESP.getVcc()

  • mDNS/DNS-SD应答

    • 多方式本地查询DNS。具体不是很懂，用时再说吧！

  • SSDP

    • 暂时没有过，用时再说。

  • DNS server

    • DNS服务应用

  • Servo

    • 伺服电机的应用库，最多支持24个伺服系统。
    • 前12个使用Timer0
    • 后12个使用Timer1

  • 增强EEPROM

    • 改进的EEPROM库，减少回流增加使用寿命。

  • 文件系统

    • SPIFFS

  • 其他库（不包含在IDE中）

    • Adafruit_ILI9341 
      • ILI9341库，这是一款液晶库，SPI接口。
    • arduinoVNC
      • VNC客户端
    • arduinoWebSockets
      • WebSocket服务器和客户端
    • aREST 
      • REST API handler library
    • Blynk 
    • DallasTemperature
      • DS18B20等温度器件
    • DHT-sensor-library 
      • DHT11/22的驱动程序
    • DimSwitch 
      • 电子调光镇流器
    • Encoder 
      • 旋转编码器库
    • esp8266_mdns 
      • mDNS库
    • ESP-NOW
      • Wrapper lib for ESP-NOW
    • ESPAsyncTCP
      • 异步TCP库
    • ESPAsyncWebServer 
      • 异步Web服务器库
    • Homie for ESP8266 
      • 为ESP8266实现Homie的Arduino框架，一个用于物联网的MQTT约定。
    • NeoPixel
      • Adafruit的NeoPixel库
    • NeoPixelBus
      • Arduino NeoPixel library compatible with ESP8266. Use the “DmaDriven” or “UartDriven” branches for ESP8266. Includes HSL color support and more.
    • PubSubClient
      • MQTT库
    • RTC 
      • Ds1307
      • Ds3231
    • Souliss, Smart Home
      • 基于Arduino, Android, openHAB的智能家居框架
    • ST7735
      • 1.44寸液晶驱动芯片
    • Task 
      • Arduino非优先多任务库。虽然与所提供的功能中包含的Ticker库相似，但是这个库是为了实现跨Arduino兼容性。
    • TickerScheduler
      • 库为Ticker提供了简单的调度器以避免WDT重置
    • Teleinfo
      • 通用法国电能表库读取电信能源监测数据，如消耗，合同，功率，周期，…
    • UTFT-ESP8266 
      • UTFT显示库支持ESP8266
    • WiFiManager
      • WiFi Connection manager with web captive portal. If it can’t connect, it starts AP mode and a configuration portal so you can choose and enter WiFi credentials.
    • OneWire
      •  Library for Dallas/Maxim 1-Wire Chips.
    • Adafruit-PCD8544-Nokia-5110-LCD-Library
      • Port of the Adafruit PCD8544 - library for the ESP8266.
    • PCF8574_ESP 
      • GPIO扩展芯片
    • Dot Matrix Display Library 2
      • 点矩阵显示库（通用16×32）
    • SdFat-beta
      • sd卡库支持长文件名，基于软件和硬件的SPI和更多。
    • FastLED
      • 一个可以轻松高效地控制各种LED芯片组的库，比如Neopixel (WS2812B)， DotStar, LPD8806等等。包括褪色，梯度，颜色转换功能。
    • OLED 
      • 用于控制I2C连接的OLED显示器的库。测试用0.96英寸的OLED图形显示器。
    • MFRC522 
      • 用于使用Mifare RC522 rfid标签阅读器/写入器的库。
    • Ping
      • lets the ESP8266 ping a remote machine.
    • AsyncPing
      • 完全异步Ping库(具有完整的Ping统计信息和硬件MAC地址)。

五，OTA

  • Arduino IDE

  • Web Browser

  • HTTP Server

六，总结

  • 用了一天的时间，把英文说明书看了一遍。本想把例子也列出来，但是发现示例真是太多了，这正是说明Arduino的强大。
  • 主要是网络相关的应用例程特别多，或许要是有网络相关的应用，Arduino是个不错的开发环境。
徐松亮
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