ESP32 开发笔记(三）源码示例 22_WIFI_STA_UDP 在站模式STA下实现UDP通讯

开发板购买链接

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开发板简介
开发环境搭建 windows
基础例程：
    0_Hello Bug （ESP_LOGX与printf）    工程模板/打印调试输出
    1_LED                                                    LED亮灭控制       
    2_LED_Task                                          使用任务方式控制LED
    3_LEDC_PWM                                      使用LEDC来控制LED实现呼吸灯效果
    4_ADC_LightR                                      使用ADC读取光敏电阻实现光照传感
    5_KEY_Short_Long                              按钮长按短按实现
    6_TouchPad_Interrupt                          电容触摸中断实现
    7_WS2812_RMT                                  使用RMT实现RGB_LED彩虹变色示例
    8_DHT11_RMT                                    使用RMT实现读取DHT11温湿度传感器
    9_SPI_SDCard                                    使用SPI总线实现TF卡文件系统示例
    10_IIC_ADXL345                                使用IIC总线实现读取ADXL345角度加速度传感器
    11_IIC_AT24C02                                 使用IIC总线实现小容量数据储存测试
    12_IR_Rev_RMT                                使用RMT实现红外遥控接收解码（NEC编码）
    13_IR_Send_RMT                              使用RMT实现红外数据发送（NEC编码）
    14_WIFI_Scan                                    附近WIFI信号扫描示例    
    15_WIFI_AP                                        创建软AP示例
    16_WIFI_AP_TCP_Server                  在软AP模式下实现TCP服务端
    17_WIFI_AP_TCP_Client                   在软AP模式下实现TCP客户端
    18_WIFI_AP_UDP                              在软AP模式下实现UDP通讯
    19_WIFI_STA                                      创建STA站模连接路由器
    20_WIFI_STA_TCP_Server                在站模式STA下实现TCP服务端
    21_WIFI_STA_TCP_Client                 在站模式STA下实现TCP客户端
    22_WIFI_STA_UDP                            在站模式STA下实现UDP通讯
    23_LCD_Test                                      LCD液晶触摸屏显示测试 
    24_LVGL_Test                                     LVGL图形库简单示例

Station模式简介

Station模式又叫做站点工作模式，类似于无线终端

处于Station模式下的ESP32，可以连接到AP（WIFI路由器）。通过Station（简称为“STA”）模式，ESP32作为客户端连接到路由的wifi信号。

基于AP组建的基础无线网络（Infra）：Infra：也称为基础网，是由AP创建，众多STA加入所组成的无线网络，这种类型的网络的特点是AP是整个网络的中心，网络中所有的通信都通过AP来转发完成。 

在此模式下设备可以通过AP分配的IP地址直接访问外网和内网，原理图如下：

UDP协议介绍

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）
UDP是传输层的协议，功能即为在IP的数据报服务之上增加了最基本的服务：复用和分用以及差错检测。

UDP提供不可靠服务，具有TCP所没有的优势：

UDP无连接，时间上不存在建立连接需要的时延。空间上，TCP需要在端系统中维护连接状态，需要一定的开销。此连接装入包括接收和发送缓存，拥塞控制参数和序号与确认号的参数。UCP不维护连接状态，也不跟踪这些参数，开销小。空间和时间上都具有优势。
举个例子：

DNS如果运行在TCP之上而不是UDP，那么DNS的速度将会慢很多。
HTTP使用TCP而不是UDP，是因为对于基于文本数据的Web网页来说，可靠性很重要。
同一种专用应用服务器在支持UDP时，一定能支持更多的活动客户机。

分组首部开销小**，TCP首部20字节，UDP首部8字节。

UDP没有拥塞控制，应用层能够更好的控制要发送的数据和发送时间，网络中的拥塞控制也不会影响主机的发送速率。某些实时应用要求以稳定的速度发送，能容 忍一些数据的丢失，但是不能允许有较大的时延（比如实时视频，直播等）

UDP提供尽最大努力的交付，不保证可靠交付。所有维护传输可靠性的工作需要用户在应用层来完成。没有TCP的确认机制、重传机制。如果因为网络原因没有传送到对端，UDP也不会给应用层返回错误信息

UDP是面向报文的，对应用层交下来的报文，添加首部后直接乡下交付为IP层，既不合并，也不拆分，保留这些报文的边界。对IP层交上来UDP用户数据报，在去除首部后就原封不动地交付给上层应用进程，报文不可分割，是UDP数据报处理的最小单位。
正是因为这样，UDP显得不够灵活，不能控制读写数据的次数和数量。比如我们要发送100个字节的报文，我们调用一次sendto函数就会发送100字节，对端也需要用recvfrom函数一次性接收100字节，不能使用循环每次获取10个字节，获取十次这样的做法。

UDP常用一次性传输比较少量数据的网络应用，如DNS,SNMP等，因为对于这些应用，若是采用TCP，为连接的创建，维护和拆除带来不小的开销。UDP也常用于多媒体应用（如IP电话，实时视频会议，流媒体等）数据的可靠传输对他们而言并不重要，TCP的拥塞控制会使他们有较大的延迟，也是不可容忍的

实验流程

1、ESP32创建站模式连接WIFI

2、连接成功后ESP32创建UDP服务

3、电脑端创建TCP Client(电脑必须与开发板在同一路由器下)

4、相互发送数据

一、编写代码

先引用必要头文件

#include <stdio.h>
#include "esp_system.h"
#include "esp_spi_flash.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_err.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "esp_event.h"
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/event_groups.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "driver/gpio.h"

编写主函数

// 主函数
void app_main(void)
{
	ESP_LOGI(TAG, "APP Start......");
	//初始化flash
	esp_err_t ret = nvs_flash_init();
	if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES){
		ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
		ret = nvs_flash_init();
	}
	ESP_ERROR_CHECK(ret);
	wifi_init_sta();// WIFI作为STA的初始化
	while(1){
		vTaskDelay(100 / portTICK_RATE_MS);
		if(gpio_get_level(0)==0){
			//新建一个udp连接任务
			xTaskCreate(&udp_connect, "udp_connect", 4096, NULL, 5, NULL);
			break;
		}
	}
	gpio_pad_select_gpio(LED_GPIO);// 选择要操作的GPIO
	gpio_set_direction(LED_GPIO, GPIO_MODE_OUTPUT);// 设置GPIO为推挽输出模式

	while(1) {
		gpio_set_level(LED_GPIO, 0);// GPIO输出低
		vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
		gpio_set_level(LED_GPIO, 1);// GPIO输出高
		vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
	}
}

修改WIFI名称和密码

#define WIFI_SSID				"TP-YIXIN"			// WIFI 网络名称
#define WIFI_PAS				"a12345678"			// WIFI 密码

创建STA模式并连接WIFI

// WIFI作为STA的初始化
void wifi_init_sta()
{
	udp_event_group = xEventGroupCreate();
	tcpip_adapter_init();
	ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_init(event_handler, NULL));
	wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
	ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));
	wifi_config_t wifi_config = {
		.sta = {
			.ssid = WIFI_SSID,
			.password = WIFI_PAS},
	};
	ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA));
	ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(ESP_IF_WIFI_STA, &wifi_config));
	ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());
	ESP_LOGI(TAG, "wifi_init_sta finished.");
	ESP_LOGI(TAG, "connect to ap SSID:%s password:%s \n",WIFI_SSID, WIFI_PAS);
}

创建UDP连接任务

// 建立UDP连接并从UDP接收数据
static void udp_connect(void *pvParameters)
{
	//等待WIFI连接成功事件，死等
	xEventGroupWaitBits(udp_event_group, WIFI_CONNECTED_BIT, false, true, portMAX_DELAY);
	ESP_LOGI(TAG, "start udp connected");
	vTaskDelay(3000 / portTICK_RATE_MS);
	ESP_LOGI(TAG, "create udp Client");
	int socket_ret = create_udp_client();
	if (socket_ret == ESP_FAIL){
		ESP_LOGI(TAG, "create udp socket error,stop...");
		vTaskDelete(NULL);
	}else{
		ESP_LOGI(TAG, "create udp socket succeed...");            
		//建立UDP接收数据任务
		if (pdPASS != xTaskCreate(&recv_data, "recv_data", 4096, NULL, 4, NULL)){
			ESP_LOGI(TAG, "Recv task create fail!");
			vTaskDelete(NULL);
		}else{
			ESP_LOGI(TAG, "Recv task create succeed!");
		}
	}
	vTaskDelete(NULL);
}

创建UDP客户端

// 建立udp client
esp_err_t create_udp_client()
{
	ESP_LOGI(TAG, "will connect gateway ssid : %s port:%d",UDP_ADRESS, UDP_PORT);
	//新建socket
	connect_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);                         /*参数和TCP不同*/
	if (connect_socket < 0){
		//打印报错信息
		show_socket_error_reason("create client", connect_socket);
		//新建失败后，关闭新建的socket，等待下次新建
		close(connect_socket);
		return ESP_FAIL;
	}
	//配置连接服务器信息
	client_addr.sin_family = AF_INET;
	client_addr.sin_port = htons(UDP_PORT);
	client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(UDP_ADRESS);

    struct sockaddr_in Loacl_addr; 
    Loacl_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    Loacl_addr.sin_family = AF_INET;
    Loacl_addr.sin_port = htons(UDP_PORT); //设置本地端口
    uint8_t res = 0;
    res = bind(connect_socket,(struct sockaddr *)&Loacl_addr,sizeof(Loacl_addr));
    if(res != 0){
        printf("bind error\n");
 
    }



	int len = 0;            //长度
	char databuff[1024] = "Hello Server,Please ack!!";    //缓存
	//测试udp server
	len = sendto(connect_socket, databuff, 1024, 0, (struct sockaddr *) &client_addr,sizeof(client_addr));
	if (len > 0) {
		ESP_LOGI(TAG, "Transfer data to %s:%u,ssucceed\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
	} else {
		show_socket_error_reason("recv_data", connect_socket);
		close(connect_socket);
		return ESP_FAIL;
	}
	return ESP_OK;
}

创建UDP数据接收处理

// 接收数据任务
void recv_data(void *pvParameters)
{
	int len = 0;            //长度
	char databuff[1024];    //缓存
	while (1){
		memset(databuff, 0x00, sizeof(databuff));//清空缓存
		//读取接收数据
		len = recvfrom(connect_socket, databuff, sizeof(databuff), 0,(struct sockaddr *) &client_addr, &socklen);
		if (len > 0){
			//打印接收到的数组
			ESP_LOGI(TAG, "UDP Client recvData: %s", databuff);
			//接收数据回发
			sendto(connect_socket, databuff, strlen(databuff), 0,(struct sockaddr *) &client_addr, sizeof(client_addr));
		}else{
			//打印错误信息
			show_socket_error_reason("UDP Client recv_data", connect_socket);
			break;
		}
	}
	close_socket();
	vTaskDelete(NULL);
}

WIFI事件处理

// wifi 事件
static esp_err_t event_handler(void *ctx, system_event_t *event)
{
	switch (event->event_id)
	{
	case SYSTEM_EVENT_STA_START:        //STA模式-开始连接
		esp_wifi_connect();
		break;
	case SYSTEM_EVENT_STA_DISCONNECTED: //STA模式-断线
		esp_wifi_connect();
		xEventGroupClearBits(udp_event_group, WIFI_CONNECTED_BIT);
		break;
	case SYSTEM_EVENT_STA_CONNECTED:    //STA模式-连接成功
		xEventGroupSetBits(udp_event_group, WIFI_CONNECTED_BIT);
		break;
	case SYSTEM_EVENT_STA_GOT_IP:       //STA模式-获取IP
		ESP_LOGI(TAG, "got ip:%s\n",ip4addr_ntoa(&event->event_info.got_ip.ip_info.ip));xEventGroupSetBits(udp_event_group, WIFI_CONNECTED_BIT);
		break;
	default:
		break;
	}
	return ESP_OK;
}

二、下载测试

打开ESP-IDF Command Prompt

cd命令进入此工程目录

cd F:\ESP32_DevBoard_File\22_WIFI_STA_UDP

查看电脑设备管理器中开发板的串口号

执行idf.py -p COM9 flash monitor从串口9下载并运行打开口显示设备调试信息   Ctrl+c退出运行

测试流程

打开电脑端网络助手

修改WIFI_SSID、WIFI_PAS为你家的WIFI

当开发板成功连接WIFI后会打印WIFI_STA_TCP_Client Demo: got ip:192.168.XXX.XXX

开发板按BOOT键开始创建UDP连接

网络助手选择UDP 

本地主机地址：下拉选择本地IP

本地主机端口：1275或随便输

单击连接

远程主机输入192.168.0.67:9527开发板获取到的IP，或直接255.255.255.255 :9527

发送数据，开发板会返回相同数据，具体查看串口信息。

测试效果如下图：