ESP32 开发之旅⑤ Station——WiFiSTA库的使用

其他 2020-01-16 10:20:51 阅读次数: 0

授人以鱼不如授人以渔，目的不是为了教会你具体项目开发，而是学会学习的能力。希望大家分享给你周边需要的朋友或者同学，说不定大神成长之路有博哥的奠基石。。。

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文章目录

1. 前言

    在前面的篇章中，博主给大家讲解了ESP32的软硬件配置以及基本功能使用，目的就是想让大家有个初步认识。并且，博主一直重点强调 ESP32 WiFi模块有三种工作模式：

  1. Station模式，也叫站点模式；
  2. Soft-Access Point模式，也叫Soft-AP模式，可以理解为WiFi热点模式；
  3. 以上两种的集合模式，Station 兼Soft-Access Point，也是Mesh NetWork的实现基础；

    任何基于ESP32的WiFi功能开发，都是基于上面其中一种工作模式来进行开发。所以，它们是我们WiFi基础学习的重点。
    本篇章将讲解Station模式。

2. 回顾Station模式 —— 我想连上谁

    Station模式又叫做站点工作模式，类似于无线终端，有图有真相：
Station模式又叫做站点工作模式，类似于无线终端，有图有真相：
image
    处于Station模式下的ESP32，可以连接到AP。

通过Station（简称为“STA”）模式，ESP32作为客户端连接到路由的wifi信号。

以下黑色字体内容摘录于博主自建qq群里面在arduino 联网.pdf文件，博主觉得讲得挺生动，故分享给大家：

  1. 首先AP发出信标帧（beacon），意思就是我在这里，谁来泡我啊，移动工作站也会发出探（probe）帧，意思是有谁我可以泡啊，每隔一定时间发出一次。（后面会讲到Scan功能）。

  2. 所以，根据这一点，可以产生很多有价值的应用。比如你的带WiFi功能的手机，即使在不连接wifi的情况下，只要打开WiFi功能，就可以被路由器截获这帧信息，路由器收集之后，你的信息就会被一个审计的东西发到服务器上，你手机号xxx上线时间xxx下线时间xxx都浏览了哪些网页，WiFi建立连接过程都一目了然，你的位置也全都暴露了，这就叫WiFi探针。具体流程如下所示：

  • STA --------> Probe Request ----------> AP
  • STA <-------- Probe Response <---------- AP，这个是由wifi返回的应答帧；
    接下来是身份验证过程，可以使用诸如WEP、WEP2、WPA等加密方式应用到认证请求上：
  • STA --------> Authentication Request ----------> AP
    认证请求中包含认证Auth类型，OpenSystem，sharedKey等信息，路由器返回认证结果：
  • STA <-------- Authentication Response <---------- AP
    连接请求：
  • STA --------> Association Request ----------> AP
    请求与AP建立关联，从而可以进行数据交互；
    认证通过连接请求OK返回。
  • STA <-------- Association Response <---------- AP

    通过这个连接过程分析，也证明了我们经常听到的一句话，不要轻易连接不明WiFi热点，各种盗取信息层出不穷。
    同时，学过网络的同学都知道，每台设备都会有个一个IP地址，用来在整个网络环境下的唯一标识。
    而处于Station模式下的ESP32，可以使用DHCP Client的方式，由上级路由分配的ip，或者设置成静态ip。
    如果是采用DHCP分配的方式，获取的ip是动态的，在一些需要知道设备ip才能通信的场合下，就需要通过其他手段来获取ip（一种思路是通过访问webserver去获取模块信息）；
    如果是采用设置静态ip的方式，那么就有一个要求前提，要求连接AP设置的网段和静态的要一致，在不能固定AP网段的情况下，这种方式不可取。
    Station模式下的WiFi模块，有几个特点，以便用来管理WiFi连接：

  1. 当最近使用的可接入点连接断开，但后面重新可用，那么ESP32会自动去重新连接它（名词解析，最近使用的可接入点，就是ESP32 最后连接的WiFi热点）；

  2. 第一点说到的情况，对于ESP32模块重新启动也一样适用；

  3. 这两点实现的原理就是：ESP32会把最近使用的可接入点的校验信息（ssid账号和psw密码）会存到flash 存储中。使用保存在flash中的校验信息，ESP32就可以重新连接到最近使用的可接入点，尽管你再次改变代码烧写进去，只要你不改变WiFi原来的工作模式和校验信息（说简单点就是，如果你烧写代码不擦除所有flash空间并且设置了自动连接，那么在仍然是station模式下就会自动连接wifi热点，不过在这里，博主建议大家在begin之前先调用 WiFi.disconnect()，可以避免一些奇怪的连接问题）。

3. WiFiSTA库

    有了前面的理论基础，那么我们开始详解一下ESP32 station模式的专用库——WiFiSTA库，大家使用的时候不需要

#include <WiFiSTA.h>

    只需要引入

#include<WiFi.h>

至于原因，请看源码：
在这里插入图片描述
    首先，对于STA类库的描述，可以拆分为四个部分：

  1. 第一部分方法，和一个接入点（Access Point，wifi热点）建立连接；
  2. 第二部分方法，管理第一部分方法建立的连接；
  3. 第三部分方法，提供一些关于这个连接的信息，包括MAC地址、IP地址等；
  4. 第四部分方法，提供一些备用方法去连接WiFi-Protected Setup（WPS）以及智能配置方法（SmartConfig）；

3.1 第一部分方法——建立连接

3.1.1 begin —— 建立连接

    建立连接，ESP32模块切换工作模式为Station模式。
    会用到以下方法:

class WiFiSTAClass
{
    // ----------------------------------------------------------------------------------------------
    // ---------------------------------------- STA function ----------------------------------------
    // ----------------------------------------------------------------------------------------------

public:

    wl_status_t begin(const char* ssid, const char *passphrase = NULL, int32_t channel = 0, const uint8_t* bssid = NULL, bool connect = true);
    wl_status_t begin(char* ssid, char *passphrase = NULL, int32_t channel = 0, const uint8_t* bssid = NULL, bool connect = true);
    wl_status_t begin();
  ....... 省略
};

下面是函数详解：

/**
* 切换工作模式到STA模式，并自动连接到最近接入的wifi热点
* @param void
* @return void
* @note 调用这个方法就会切换到STA模式，并且连接到最近使用的接入点（会从flash中读取之前存储的配置信息）
*       如果没有配置信息，那么这个方法基本上没有什么用。
*/
wl_status_t begin()
 
/**
* 切换工作模式到STA模式，并根据connect属性来判断是否连接wifi
* @param ssid       wifi热点名字
* @param password   wifi热点密码
* @param channel    wifi热点的通道号，用特定通信通信，可选参数
* @param bssid      wifi热点的mac地址，可选参数
* @param connect    boolean参数，默认等于true，当设置为false，不会去连接wifi热点，会建立module保存上面参数
* @return wl_status_t  wifi状态
* @note 调用这个方法就会切换到STA模式。
*       如果connect等于true，会连接到ssid的wifi热点。
*       如果connect等于false，不会连接到ssid的wifi热点，会建立module保存上面参数。
*/
wl_status_t begin(char* ssid, char *passphrase = NULL, int32_t channel = 0, const uint8_t* bssid = NULL, bool connect = true

注意点：

  • 如果ESP32模块之前处于AP模式，那么当你调用begin()有可能进入到STA+softAP模式；
  • 当你发现一些操作异常，那么你就检测一下当前处于什么模式（WiFi.mode()）;

3.1.2 config —— 配置IP地址

函数说明：

/**
* 禁止DHCP client，设置station 模式下的IP配置
* @param  local_ip    station固定的ip地址
* @param  gateway     网关
* @param  subnet      子网掩码
* @param  dns1，dns2  可选参数定义域名服务器（dns）的ip地址，这些域名服务器
*                     维护一个域名目录（如www.google.co.uk），并将它们翻译成ip地址  
* @return boolean值，如果配置成功，返回true；
*         如果配置没成功（模块没处于station或者station+soft AP模式），返回false；
*/
bool config(IPAddress local_ip, IPAddress gateway, IPAddress subnet, IPAddress dns1 = (uint32_t)0x00000000, IPAddress dns2 = (uint32_t)0x00000000)
{
    esp_err_t err = ESP_OK;

    if(!WiFi.enableSTA(true)) {
        return false;
    }

    tcpip_adapter_ip_info_t info;

    if(local_ip != (uint32_t)0x00000000){
        info.ip.addr = static_cast<uint32_t>(local_ip);
        info.gw.addr = static_cast<uint32_t>(gateway);
        info.netmask.addr = static_cast<uint32_t>(subnet);
    } else {
        info.ip.addr = 0;
        info.gw.addr = 0;
        info.netmask.addr = 0;
    }

    err = tcpip_adapter_dhcpc_stop(TCPIP_ADAPTER_IF_STA);
    if(err != ESP_OK && err != ESP_ERR_TCPIP_ADAPTER_DHCP_ALREADY_STOPPED){
        log_e("DHCP could not be stopped! Error: %d", err);
        return false;
    }

    err = tcpip_adapter_set_ip_info(TCPIP_ADAPTER_IF_STA, &info);
    if(err != ERR_OK){
        log_e("STA IP could not be configured! Error: %d", err);
        return false;
    }

    if(info.ip.addr){
        _useStaticIp = true;
    } else {
        err = tcpip_adapter_dhcpc_start(TCPIP_ADAPTER_IF_STA);
        if(err == ESP_ERR_TCPIP_ADAPTER_DHCPC_START_FAILED){
            log_e("dhcp client start failed!");
            return false;
        }
        _useStaticIp = false;
    }

    ip_addr_t d;
    d.type = IPADDR_TYPE_V4;

    if(dns1 != (uint32_t)0x00000000) {
        // Set DNS1-Server
        d.u_addr.ip4.addr = static_cast<uint32_t>(dns1);
        dns_setserver(0, &d);
    }

    if(dns2 != (uint32_t)0x00000000) {
        // Set DNS2-Server
        d.u_addr.ip4.addr = static_cast<uint32_t>(dns2);
        dns_setserver(1, &d);
    }

    return true;
}

注意点：

  • 有着固定IP配置地址的station，通常会更快连接上网络，原因是通过DHCP client获得IP配置这一步被跳过了。如果你把三个参数（local_ip, gateway and subnet）设置为0.0.0.0，那么它会重新启动DHCP，这时你需要重新连接wifi以拿到最新的IP。

3.2 第二部分方法——管理连接

3.2.1 reconnect —— 重新连接网络

函数说明：

/**
* 断开连接并且重新连接station到同一个AP
* @param void
* @return false or true
*         返回false，意味着ESP8266不处于STA模式或者说Station在此之前没有连接到一个可接入点。
*         返回true，意味着已经成功重新启动连接，但是用户仍应该去检测网络连接状态指导WL_CONNECTED。
*/
bool reconnect()
{
    if(WiFi.getMode() & WIFI_MODE_STA) {
        if(esp_wifi_disconnect() == ESP_OK) {
            return esp_wifi_connect() == ESP_OK;
        }
    }
    return false;
}

案例使用：

/**
* 使用案例
*/
WiFi.reconnect();
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
{
  delay(500);
  Serial.print(".");
}

3.2.2 disconnect —— 断开网络连接

函数说明：

/**
* 断开wifi连接
* @param wifioff 可选参数，设置为true，那么就会关闭Station模式
* @param eraseap 可选参数，设置为true，清除ssid和psw
* @return false or true 返回wl_status_t状态
*/
bool disconnect(bool wifioff = false, bool eraseap = false);
{
    wifi_config_t conf;

    if(WiFi.getMode() & WIFI_MODE_STA){
        if(eraseap){
            memset(&conf, 0, sizeof(wifi_config_t));
            if(esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &conf)){
                log_e("clear config failed!");
            }
        }
        if(esp_wifi_disconnect()){
            log_e("disconnect failed!");
            return false;
        }
        if(wifioff) {
             return WiFi.enableSTA(false);
        }
        return true;
    }

    return false;
}
  • 对于STA模式下如果出现WiFi账号密码正确的前提下仍然连接不上WiFi热点，可以尝试在begin方法之前调用该方法。当然，博主建议在begin之前都尽量调用该方法。

3.2.3 isConnected —— 是否连接上网络

函数讲解：

	
/**
* 判断STA模式下是否连接上AP
* @return 如果STA连接上AP，那么就返回true
*/
bool isConnected()
{
    return (status() == WL_CONNECTED);
}

3.2.4 setAutoConnect —— 设置是否自动连接到最近接入点

函数讲解：

/**
* 当电源启动后，设置ESP32在STA模式下是否自动连接flash中存储的AP
* @param autoConnect bool 默认是自动连接
* @return 返回保存状态 true or false
*/
bool setAutoConnect(bool autoConnect)
{
    /*bool ret;
    ret = esp_wifi_set_auto_connect(autoConnect);
    return ret;*/
    return false;//now deprecated
}

注意：

  • 此方法已经废弃

3.2.5 getAutoConnect —— 判断是否设置了自动连接

函数讲解：

/**
* 检测ESP8266 station模式下是否启动自动连接
* @return 返回自动连接状态 true or false
*/
bool getAutoConnect()
{
    /*bool autoConnect;
    esp_wifi_get_auto_connect(&autoConnect);
    return autoConnect;*/
    return false;//now deprecated
}

注意：

  • 此方法已经废弃

3.2.6 setAutoReconnect —— 设置是否自动重新连接到最近接入点

函数讲解：

/**
* 设置当断开连接的时候是否自动重连
* @param autoConnect bool
* @return 返回保存状态 true or false
*/
bool setAutoReconnect(bool autoReconnect)
{
    _autoReconnect = autoReconnect;
    return true;
}

注意点：

  • 如果在网络已经断开了之后才去设置setAutoReconnect(true)，这是无效的
  • autoReconnect默认是true

3.2.7 waitForConnectResult —— 等待网络连接结果

函数讲解：

/**
* 等待直到ESP8266连接AP返回结果
* @return uint8_t 连接结果
*         1.WL_CONNECTED 成功连接
*         2.WL_NO_SSID_AVAIL  匹配SSID失败（账号错误）
*         3.WL_CONNECT_FAILED psw错误
*         4.WL_IDLE_STATUS 当wi-fi正在不同的状态中变化
*         5.WL_DISCONNECTED 这个模块没有配置STA模式
*/
uint8_t waitForConnectResult();

3.3 第三部分方法——连接信息

    提供一些关于这个连接的信息，包括MAC地址、IP地址等；

3.3.1 macAddress —— 获取mac地址

获取mac地址有2个函数，请看函数讲解：

/**
 * 获取ESP station下的Mac地址
 * @param mac   uint8_t数组的指针，数组长度为Mac地址的长度，这里为6
 * @return      返回uint8_t数组的指针
 */
uint8_t * macAddress(uint8_t* mac);

/**
 * 获取ESP station下的Mac地址
 * @return  返回String的Mac地址
 */
String macAddress();

应用实例：

//实例代码1 这只是部分代码 不能直接使用
if (WiFi.status() == WL_CONNECTED)
{
  uint8_t macAddr[6];
  WiFi.macAddress(macAddr);
  Serial.printf("Connected, mac address: %02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n", macAddr[0], macAddr[1], macAddr[2], macAddr[3], macAddr[4], macAddr[5]);
  //Connected, mac address: 5C:CF:7F:08:11:17
}

//实例代码2 这只是部分代码 不能直接使用
if (WiFi.status() == WL_CONNECTED)
{
  Serial.printf("Connected, mac address: %s\n", WiFi.macAddress().c_str());
  ////Connected, mac address: 5C:CF:7F:08:11:17
}

3.3.2 localIP —— 获取IP地址

函数讲解：

/**
 * 返回ESP8266 STA模式下的IP地址
 * @return IP地址
 */
IPAddress localIP();

应用实例：

//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
if (WiFi.status() == WL_CONNECTED)
{
  Serial.print("Connected, IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  //Connected, IP address: 192.168.1.10
}

3.3.3 subnetMask —— 获取子网掩码

函数讲解：

/**
 * 获取子网掩码的地址
 * @return 返回子网掩码的IP地址
 */
IPAddress subnetMask();

应用实例：

//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.print("Subnet mask: ");
Serial.println(WiFi.subnetMask());
//Subnet mask: 255.255.255.0

3.3.4 gatewayIP —— 获取网关地址

函数讲解：

/**
 * 获取网关IP地址
 * @return 返回网关IP地址
 */
IPAddress gatewayIP();

应用实例：

	
//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.printf("Gataway IP: %s\n", WiFi.gatewayIP().toString().c_str());
//Gataway IP: 192.168.1.9

3.3.5 dnsIP —— 获取dns地址

函数讲解：

/**
 * 获取DNS ip地址
 * @param dns_no dns序列号
 * @return 返回DNS服务的IP地址
 */
IPAddress dnsIP(uint8_t dns_no = 0);

应用实例：

/实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.print("DNS #1, #2 IP: ");
WiFi.dnsIP().printTo(Serial);
Serial.print(", ");
WiFi.dnsIP(1).printTo(Serial);
Serial.println();
//DNS #1, #2 IP: 62.179.1.60, 62.179.1.61

3.3.6 hostname —— 获取host名字

函数讲解：

/**
 * 获取ESP8266 station DHCP的主机名
 * @return 主机名
 */
String hostname();

3.3.7 hostname(name) —— 设置host名字

设置host名字，有3个可用函数，请看函数讲解：

/**
 * 设置ESP8266 station DHCP的主机名
 * @param aHostname 最大长度:32
 * @return ok
 */
bool hostname(char* aHostname);
bool hostname(const char* aHostname);
bool hostname(String aHostname);

应用实例：

//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.printf("Default hostname: %s\n", WiFi.hostname().c_str());
WiFi.hostname("Station_Tester_02");
Serial.printf("New hostname: %s\n", WiFi.hostname().c_str());
//Default hostname: ESP_081117
//New hostname: Station_Tester_02

3.3.8 status —— 获取当前wifi连接状态

函数讲解：

/**
 * 返回wifi的连接状态
 * @return 返回wl_status_t中定义的其中一值，wl_status_t在 wl_definitions.h中定义
 */
wl_status_t status();

3.3.9 SSID —— 获取wifi网络的名字

函数讲解：

/**
 * 返回当前通信网络的SSID
 * @return SSID
 */
String SSID() const;

应用实例：

//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.printf("SSID: %s\n", WiFi.SSID().c_str());
//SSID: sensor-net

3.3.10 psk —— 获取wifi网络密码

函数讲解：

/**
 * 返回当前通信网络的密码
 * @return psk
 */
String psk() const;

3.3.11 BSSIDstr —— 获取wifi网络macaddress

函数讲解：

/**
 * 返回当前通信网络的mac地址
 * @return bssid uint8_t *
 */
uint8_t * BSSID();
String BSSIDstr();

应用实例：

//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.printf("BSSID: %s\n", WiFi.BSSIDstr().c_str());
//BSSID: 00:1A:70E:C1:68

3.3.12 RSSI —— 获取wifi网络的信号强度

函数讲解：

/**
 * Return the current network RSSI.返回当前通信网络的信号强度，单位是dBm
 * @return  RSSI value
 */
int32_t RSSI();

应用实例：

//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.printf("RSSI: %d dBm\n", WiFi.RSSI());
//RSSI: -68 dBm

3.3.13 enableIpV6 —— 使能IPV6地址

函数讲解：

/**
 * Enable IPv6 on the station interface.
 * @return true on success
 */
bool WiFiSTAClass::enableIpV6()
{
    if(WiFiGenericClass::getMode() == WIFI_MODE_NULL){
        return false;
    }
    return tcpip_adapter_create_ip6_linklocal(TCPIP_ADAPTER_IF_STA) == 0;
}

3.3.14 localIPv6—— 获取IPV6地址

函数说明:

/**
 * Get the station interface IPv6 address.
 * @return IPv6Address
 */
IPv6Address WiFiSTAClass::localIPv6()
{
    static ip6_addr_t addr;
    if(WiFiGenericClass::getMode() == WIFI_MODE_NULL){
        return IPv6Address();
    }
    if(tcpip_adapter_get_ip6_linklocal(TCPIP_ADAPTER_IF_STA, &addr)){
        return IPv6Address();
    }
    return IPv6Address(addr.addr);
}

3.4 第四部分方法——智能配置

    第四部分方法，智能配置方法（SmartConfig）；

/**
 * 启动 SmartConfig
 */
bool beginSmartConfig();
/**
 * 停止 SmartConfig
 */
bool stopSmartConfig();
/**
 * 查找SmartConfig状态来决定是否停止配置
 * @return smartConfig Done
 */
bool smartConfigDone();

    这部分不是本篇的重点，暂时忽略，后续章节会详细讲解。

4. 实例操作

    上面博主讲了一堆方法理论的知识，下面我们开始讲解操作实例，博主尽量都在代码中注释，直接看代码就好。

4.1 应用实例1

    statin模式下，创建一个连接到可接入点（wifi热点），并且打印IP地址。

源码：

4.2 应用实例2

    statin模式下，配置IP地址，网关地址，子网掩码，并且打印IP地址。

源码：

4.3 应用实例3

    station模式下，创建一个连接到可接入点（wifi热点），并且打印station信息。

源码：

5. 总结

    本节主要是基于ESP8266WiFiSTA库来讲解Station模式下的函数使用，并且给大家提供了三个实例，至于更多例子我就不继续举例，只能说引导大家入门使用。

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