Hướng dẫn sử dụng ESP8266 trong các ứng dụng Internet Of Things (Phần 1) – Htelectronics

Phần 1: Giới thiệu tổng quan về ESP8266

Xin chào, tiếp nối loạt bài viết về chuẩn tiếp xúc Bluetooh Low Energy, ngày hôm nay tất cả chúng ta sẽ mở màn quy trình tìm hiểu và khám phá các ứng dụng Internet Of Things sử dụng công nghệ tiên tiến truyền không dây khác, đó chính là chuẩn truyền Wifi. Hiện tại dòng chip ESP8266 của Espressif đang được sử dụng rất phổ cập trong các thiết bị tiếp xúc với smartphone hay web server trải qua Wifi nhờ giá tiền rẻ, module nhỏ gọn và đặc biệt quan trọng dễ sử dụng trải qua firmware có sẵn từ nhà phân phối. Do đó trong loạt bài viết này tất cả chúng ta sẽ đàm đạo và khám phá thiên nhiên và môi trường lập trình ứng dụng với các dòng chip ESP8266

Giới thiệu về dòng chip Wifi ESP8266

Chip ESP8266 được tăng trưởng bởi Espressif để phân phối giải pháp tiếp xúc Wifi cho các thiết bị IoT. Điểm đặc biệt quan trọng của dòng ESP8266 là nó được tích hợp các mạch RF như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter ngay bên trong chip với size rất nhỏ chỉ 5×5 mm nên các board sử dụng ESP8266 không cần size board lớn cũng như không cần nhiều linh phụ kiện xung quanh. Ngoài ra, giá tiền của ESP8266 cũng rất thấp đủ để mê hoặc các nhà tăng trưởng mẫu sản phẩm IoT

Tóm lại, ESP8266 vừa tích hợp nhiều phần cứng hỗ trợ, vừa kích thước nhỏ, vừa hợp túi tiền thì sao chúng ta có thể cưỡng lại được, đúng không nào ?

Cấu trúc phần cứng của dòng chip ESP8266 hoàn toàn có thể tóm tắt như sau :

• Sử dụng 32-bit MCU core có tên là Tensilica
• Tốc độ system clock có thể set ở 80MHz hoặc 160MHz
• Không tích hợp bộ nhớ Flash để lưu chương trình
• Tích hợp 50KB RAM để lưu dữ liệu ứng dụng khi chạy
• Có đầy đủ các ngoại vi chuẩn đê giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1 I2C, 1 I2S, 2 UART, 2 PWM
• Tích hợp các mạch RF để truyền nhận dữ liệu ở tần số 2.4GHz
• Hỗ trợ các hoạt động truyền nhận các IP packages ở mức hardware như Acknowledgement, Fragmentation và Defragmentation, Aggregation, Frame Encapsulation v.v…  (và phần stack TCP/IP sẽ được thực hiện trên firmware của ESP8266)

Do không tương hỗ bộ nhớ Flash nên các board sử dụng ESP8266 phải gắn thêm chip Flash bên ngoài và thường là Flash SPI để ESP8266 hoàn toàn có thể đọc chương trình ứng dụng với chuẩn SDIO hoặc SPI .
Dưới đây là mạch nguyên tắc không thiếu cho ESP8266 :

Chúng ta hoàn toàn có thể thấy board ESP8266 chỉ cần thạch anh và SPI flash chip và vài linh phụ kiện điện trở rất đơn thuần phải không nào. Do đó việc tích hợp tiếp xúc Wifi vào board ứng dụng với ESP8266 rất thuận tiện và nhanh gọn .
Công ty Espressif cũng cung ứng khá vừa đủ tài liệu và software tools để các nhà tăng trưởng loại sản phẩm hoàn toàn có thể nhanh gọn làm quen và tăng trưởng ứng dụng với ESP8266. Các bạn hoàn toàn có thể tải về từ trang https://espressif.com/en/products/hardware/esp8266ex/resources. Chúng ta sẽ tranh luận 1 số tools trong các bài sau khi đi sâu vào thao tác với ESP8266 nha .
Về quy mô lập trình ứng dụng với ESP8266, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể chia làm 2 loại như sau :

• Sử dụng firmware được cung cấp bởi Espressif và giao tiếp thông qua AT commands
• Lập trình firmware trực tiếp vào ESP8266 sử dụng bộ thư viện SDK cung cấp bởi Espressif

Chúng ta sẽ bàn luận phương pháp lập trình và so sánh 2 loại lập trình trên trong các bài viết tiếp theo .

Các chế độ boot up của ESP8266

Do ESP8266 không tích hợp Flash bên trong chip để lưu code ứng dụng nên tất cả chúng ta phải lưu code ứng dụng trong bộ nhớ ngoài gồm có chip SPI Flash hoặc SDCard. Chúng ta hoàn toàn có thể liên kết 1 số chân GPIO để báo cho ESP8266 nơi lưu code ứng dụng để từ đó ESP8266 hoàn toàn có thể đọc code và thực thi .
Các chính sách boot up của ESP và thông số kỹ thuật chân GPIO tương ứng như sau :

Chân MTD0 chính là chân GPIO15 của ESP8266. Chúng ta có thể kết nối điện trở kéo lên/kéo xuống hoặc dùng nút nhấn v.v.. trên board tạo tín hiệu High/Low cho các chân để chọn bộ nhớ chứa code trên board mà ESP8266 có thể đọc vào và thực thi (ví dụ như SPI Flash chip, SDCard). Ngoài ra ESP8266 còn chế độ cho phép truyền code ứng dụng từ máy tính thông qua UART và lưu vào bộ nhớ SPI Flash trên board. Chúng ta sẽ dùng chế độ này để nạp code mới cho các board ESP8266

Các loại module cho ESP8266 trên thị trường

Ngoại trừ module ESP-WROOM-02 được tăng trưởng bởi chính Espressif cho mục tiêu điều tra và nghiên cứu các tính năng của ESP8266, các module ứng dụng phổ cập lúc bấy giờ của ESP8266 đều được tăng trưởng bởi công ty AI-Thinker
Hiện tại có khá nhiều module khác nhau cho ESP8266 được sản xuất bởi công ty AI-Thinker. Đặc điểm khác nhau giữa các module này gồm có :

• Loại anten sử dụng (PCB anten, chip anten hoặc gắn anten ngoài)
• Dung lượng của chip Flash SPI trên board
• Kích thước board của module
• Có gắn khung nhôm chống nhiễu hay không
• Số lượng pin GPIO đưa ra chân kết nối

Hiện tại AI-Thinker sản xuất 14 loại module cho ESP từ module ESP-01 đến ESP-14. Các bạn hoàn toàn có thể tìm hiểu thêm chi tiết cụ thể tổng thể 14 loại module này trong website http://www.esp8266.com/wiki/doku.php?id=esp8266-module-family
Ở thị trường việt nam thì 3 module là ESP-01, ESP-07 và ESP-12F khá phổ cập và sẽ được sử dụng để demo trong các bài viết sau nên tất cả chúng ta sẽ trình làng sơ các module ở đây :

ESP-01

Sử dụng on-board PCB antenna
Có 2 LED trên board để báo nguồn và báo TX
Cung cấp 3 chân GPIO (GPIO0, GPIO2 và GPIO6) và 2 chân TXD/RXD cho UART
Dung lượng SPI Flash 4MByte
Đưa chân ra jumper luôn nên có thể kết nối trực tiếp với các board khác 1 cách nhanh chóng
Thông tin chi tiết có thể tham khảo ở đây

ESP-07

Sử dụng chip anten on-board và có IPEX connector hỗ trợ gắn thêm anten ngoài để tăng khoảng cách truyền
Có 2 LED trên board để báo nguồn và báo TX
Đưa ra 9 chân GPIO, 2 chân TX/RX cho UART, 1 chân REST để reset chip, 1 chân ADC, 1 chân CH_PD để đưa chip vào chế độ low power
Dung lượng SPI Flash trên board là 4MByte
Có thể hàn thêm jumper để kết nối trực tiếp với board khác hoặc hàn trực tiếp lên board ứng dụng
Thông tin chi tiết có thể tham khảo ở đây

ESP-12F

Sử dụng PCB anten on-board
Đưa ra 11 chân GPIO, 2 chân TX/RX cho UART,  các chân cho SPI, chân RST để reset chip, 1 chân ADC
Dung lượng SPI Flash là 4MByte
Có thể hàn jumper để căm dây vào các board khác hoặc hàn trực tiếp lên board ứng dụng
Thông tin chi tiết có thể tham khảo ở đây

Qua 3 module ESP8266 trên tất cả chúng ta hoàn toàn có thể so sánh nhanh như sau :

• ESP-01 đơn giản nhất, số chân GPIO ít nhất và không có shield chống nhiễu
• ESP-07 thì nhiều chân GPIO hơn, có shield chống nhiễu nhưng dùng chip antenna nên khoảng cách truyền không xa bằng PCB anten. Tuy nhiên có thể tăng khoảng cách truyền bằng cách gắn thêm anten ngoài với IPEX connector trên board
• ESP-12F đưa ra nhiều chân GPIO nhất, có shield chống nhiễu và on-board PCB anten  (lưu ý là mặc dù có các chân SPI nhưng đã được sử dụng để đọc SPI Flash bên trong nên chúng ta không thể sử dụng các chân này nha)

Do đó tùy vào nhu yếu của ứng dụng, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể lựa chọn module từ đơn thuần đến phức tạp
Qua bài viết này, tất cả chúng ta đã được ra mắt tổng quan về dòng chip ESP8266 cho tiếp xúc Wifi của các thiết bị IoT. Đây là chip SOC tích hợp rất đầy đủ mạch RF và phần cứng để tương hỗ truyền nhận tài liệu trên Wifi nên không nhu yếu phong cách thiết kế board phức tạp ; và đặc biệt quan trọng giá tiền lại rất rẻ nên rất phổ cập trong hội đồng tăng trưởng ứng dụng IoT. Trong bài viết, tất cả chúng ta đã khảo sát kiến trúc phần cứng, các ngoại vi, mạch nguyên tắc cũng như các module phổ cập lúc bấy giờ của ESP8266. Đây chính là kỹ năng và kiến thức thiết yếu để liên tục tìm hiểu và khám phá sâu hơn về cách sử dụng ESP8266 trong các bài viết tiếp theo .

Source: http://wp.ftn61.com
Category: Hỏi Đáp