ESP-01S模块
一、核心处理器与功能
- 核心处理器：ESP-01的核心处理器是ESP8266，该处理器集成了Tensilica L106超低功耗32位微型MCU，带有16位精简模式，主频支持80MHz和160MHz。
- Wi-Fi功能：ESP8266集成了Wi-Fi MAC/BB/RF/PA/LNA，支持标准的IEEE802.11 b/g/n协议和完整的TCP/IP协议栈，可以方便地与其他设备或网络进行通信。
二、模块特点
- 设计紧凑：ESP-01尺寸小巧，设计紧凑，适用于空间有限的应用。
- 多种工作模式：ESP-01可以通过路由器连接到互联网（STA模式），使手机或电脑能够实现对设备的远程控制；也可以作为热点（AP模式），使其他设备能够连接到它。
- 可编程GPIO引脚：ESP-01提供了多个可编程的GPIO引脚，可以用于控制外部设备，如传感器和执行器等。
- 灵活的IP地址配置：用户可以通过串口输入更改控制器在局域网的IP地址。
用途
由于我们的arduino uno是没有WIFI联网功能的，所以一些好玩的项目，或者一些常用的网络通信协议tcp、mqtt等也是用不了的
那么为了拓展arduino uno的可玩性，方便开发更多项目，我们可以外接一个ESP-01S模块，让ESP-01S联网接收信息，然后将信息传入arduino uno
但是由于arduino uno本身内存和性能就比较低，运行联网的项目可能会占用大量的资源，可能导致项目运行不了
课程后续会更新ESP8266/ESP32这种高内存高性能的芯片，自带WIFI和蓝牙，做项目非常好，而且也可以用arduino IDE进行编程
（二）ESP-01S
ESP-01S的通信模式为串口通信（TX/RX）
所以我们可以先用串口调试工具，来看看这个模块是怎么工作的
将串口通信工具的RX和模块的TX链接，工具的TX和模块的RX链接，GND和VCC连接
ESP-01S访问天气API获取信息
文章末尾带AT指令大全
①AT（测试指令）
返回"OK"代表模块运行正常
②AT+CWMODE=3（工作模式--AP兼Station模式）
返回"OK"代表设置成功
③AT+CWJAP="12345678","88888888"（连接WIFI，账号、密码）
连接过程会陆续返回3条信息，如果连接成功，最后返回"OK"
④AT+CIPSTART="TCP","api.xemowo.top",80（使用TCP协议，接入API服务器，端口为80）
连接成功则返回"OK"，若长时间没动静，则返回"closed"关闭连接
⑤AT+CIPMODE=1（设置透传模式）
设置成功，返回"OK"
⑥AT+CIPSEND（发送数据）
此时会返回">"符号，代表可以访问API了
⑦GET http://api.xemowo.top/api/tqyb.php?city=442000（GET请求，访问API）
返回天气API的JSON信息
⑧自此，ESP-01S整套访问API的流程结束，方法就是往串口发送指令，然后返回对应的指令，还是比较简单的
（三）程序
①接线
首先要接线，注意tx和rx的位置
| arduino uno | esp-01s |
| TX | RX |
| RX | TX |
| GND | GND |
| 5V | VCC |
②创建变量
创建一个字符串变量用于储存我们接收到的数据
创建两个整数型变量，用于存储温湿度数据
创建一个char变量，储存接收过程的数据
String rcvData="";//保存数据
int temperature = 0;//温度数据
int humidity = 0;//湿度数据
char SerialRcvBuf[500];
复制代码③发送AT指令函数
while循环，send_cmd函数可以发送一条串口数据，然后在返回的数据中含有需要的数据就退出while循环
例：while (!send_cmd("AT", "OK"));
发送指令，while (!Serial.available());一直判断是否有接收到信息
如果接收到，则进入if判断
if (Serial.find(keyword)) //返回关键词判断,比如ok
{
returntrue;
}
else
{
returnfalse;
}
Serial.find函数：如果接收的信息中，带有所需的信息，如"OK"
则返回true，否则false
while (Serial.available()) Serial.read(); //清空串口缓存
注意，每次执行完，要情况缓存，用于下次执行
//boolean 成功返回true，失败返回false
boolean send_cmd(String data, char*keyword)
{
boolean result = false;
if (data != "") //对于tcp连接命令，直接等待第二次回复
{
Serial.println(data); //发送AT指令
}
if (data == "AT") //寻找esp8266是否正常工作
delay(1000);
else
while (!Serial.available()); // 等待wifi模块应答
delay(200);
if (Serial.find(keyword)) //返回关键词判断,比如ok
{
returntrue;
}
else
{
returnfalse;
}
while (Serial.available()) Serial.read(); //清空串口缓存
delay(500);
}
复制代码④初始化函数SETUP
利用AT指令函数，我们可以在setup的时候，初始化ESP-01S
设置波特率为115200（注意，要和ESP-01S的波特率一致）
然后逐条执行AT程序，下列AT指令在上文中有讲解
然后执行完最后一条AT指令后，发送一条信息，提示初始化成功Serial.println("connect success");
void setup() {
Serial.begin(115200);
while (!send_cmd("AT", "OK"));
while (!send_cmd("AT+CWMODE=3", "OK")); //工作模式
while (!send_cmd("AT+CWJAP="XEMOWO","1SUNjiajun"", "OK")); //接入AP
while (!send_cmd("AT+CIPSTART="TCP","api.xemowo.top",80", "OK")); //接入服务器
while (!send_cmd("AT+CIPMODE=1", "OK")); //透传模式
while (!send_cmd("AT+CIPSEND", ">")); //开始发送
Serial.println("connect success"); //发送报文信息
}
复制代码⑤循环函数LOOP
直接串口发送"GET http://api.xemowo.top/api/tqyb.php?city=442000"GET访问API地址
如果Serial.available()串口缓存区不为0时
先将保存数据的变量清空
然后进入while循环，直到缓存区没内容为止
读取每个字节的数据，存入到字符串变量内
SerialRcvBuf[rcvMark]= char(Serial.read());
rcvMark++;然后字节个数，自加
这里你可以直接将char转换成字符串类型，也可以不用
rcvData = String(SerialRcvBuf); // 执行转换与保存
Serial.println(SerialRcvBuf);
复制代码然后执行两条函数（下文解析），用于读取串口数据内的温度和湿度信息
temperatureJson(SerialRcvBuf);
humidityJson(SerialRcvBuf);
复制代码最后，打印温度和湿度数据
Serial.println(humidity);
Serial.println(temperature);
复制代码Serial.println("GET http://api.xemowo.top/api/tqyb.php?city=442000");
if (Serial.available() > 0) {
memset(SerialRcvBuf, 0, sizeof(SerialRcvBuf));// 先清空buffer
byte rcvMark=0;
while(Serial.available() > 0){
SerialRcvBuf[rcvMark]= char(Serial.read());
delay(2);
rcvMark++;
}
// Serial.println(SerialRcvBuf);
rcvData = String(SerialRcvBuf); // 执行转换与保存
Serial.println(SerialRcvBuf);
temperatureJson(SerialRcvBuf);
humidityJson(SerialRcvBuf);
Serial.println(humidity);
Serial.println(temperature);
}
delay(5000);
}
复制代码⑥temperatureJson和humidityJson读取JSON信息内所需的数据，使用截取的方式
（两段函数大同小异，只讲一段）
首先，我们得到的数据是这样的，我们需要获取其中的temperature和humidity
很显然可以用arduinojson来解析，但是不行（下文讲解）
所以可以采用截取字符串的方法，因为json的变量名是不变的
{"province":"广东","city":"中山市","adcode":"442000","weather":"晴","temperature":"18","winddirection":"北","windpower":"≤3","humidity":"59","reporttime":"2024-11-26 19:00:46","temperature_float":"18.0","humidity_float":"59.0"}
复制代码利用strstr函数，截取数据中temperature的位置
const char* cityFieldStart = strstr(json, "temperature");
复制代码从temperature的位置开始算，跳过14位，相当于跳过temperature":"，就只剩下18这个数据量
cityFieldStart += 14; // "temperature":" 共有14个字符
复制代码寻找cityFieldStart值的下一个"分号，就是 18"的这个分号，为结束的位置
const char* cityValueEnd = strchr(cityFieldStart, '"');
复制代码末尾的位置 减去 寻找值temperature的位置的位置，可以得到数据量 18 的位置
size_t cityValueLength = cityValueEnd - cityFieldStart;
复制代码创建变量，用于储存数据量 18
char cityValueBuffer[cityValueLength + 1];
复制代码将数据量移动到变量内
strncpy(cityValueBuffer, cityFieldStart, cityValueLength);
复制代码使用atoi函数，将字符串转换成整数，并存入变量内
temperature = atoi(cityValueBuffer);//atoi字符串转换为整数
复制代码void temperatureJson(const char* json) {
// 查找"city":"的起始位置
const char* cityFieldStart = strstr(json, "temperature");
if (!cityFieldStart) {
Serial.println("City field not found in JSON.");
return;
}
// 跳过"temperature":"部分，指向值的起始位置（即第二个引号之后）
cityFieldStart += 14; // "temperature":" 共有14个字符
// 查找值的结束位置（即下一个引号）
const char* cityValueEnd = strchr(cityFieldStart, '"');
if (!cityValueEnd) {
Serial.println("Error extracting city value from JSON.");
return;
}
// 计算temperature值的长度（不包括起始和结束引号）
size_t cityValueLength = cityValueEnd - cityFieldStart;
// 创建一个字符数组来存储temperature值（加1用于null终止符）
char cityValueBuffer[cityValueLength + 1];
// 复制temperature值到字符数组中
strncpy(cityValueBuffer, cityFieldStart, cityValueLength);
cityValueBuffer[cityValueLength] = '\0'; // 确保字符串以null终止
// 打印temperature值
Serial.print("temperatureJson: ");
Serial.println(cityValueBuffer);
temperature = atoi(cityValueBuffer);//atoi字符串转换为整数
Serial.println(temperature);
}
复制代码⑦代码现象
（四）问题
在学习ESP-01S与arduino uno通信的过程中，遇到几个问题，大家有什么解决方法也可以留言
①串口缓存区，内存不足
现象：接收到的串口的JSON数据不全，只有一半
原因：arduino uno的串口库定义的缓存区内存太小，不足以显示完整所有的数据
解决方法：
文件夹：C:\Users\XEMOWO\AppData\Local\Arduino15\packages\arduino\hardware\avr\1.8.6\cores\arduino
找到arduino uno的内置库，找到串口通信的定义库HardwareSerial.h
将SERIAL_TX_BUFFER_SIZE和SERIAL_RX_BUFFER_SIZE都改成300，300足够显示很长的数据
②为什么不使用Arduino json库
正常来说，使用Arduino json可以解析JSON信息，但是不知道为什么我在使用的过程中，解析不了
提示：deserializeJson() failed: NoMemory
我将函数的储存改大，依旧报错
StaticJsonDocument<384> doc;
复制代码（在ESP32中可以正常使用，感觉是uno的闪存跟不上）
希望有懂的朋友可以解答一下
（五）完整程序
String rcvData="";//保存数据
int temperature = 0;//温度数据
int humidity = 0;//湿度数据
char SerialRcvBuf[500];
void setup() {
Serial.begin(115200);
while (!send_cmd("AT", "OK"));
while (!send_cmd("AT+CWMODE=3", "OK")); //工作模式
while (!send_cmd("AT+CWJAP="XEMOWO","1SUNjiajun"", "OK")); //接入AP
while (!send_cmd("AT+CIPSTART="TCP","api.xemowo.top",80", "OK")); //接入服务器
while (!send_cmd("AT+CIPMODE=1", "OK")); //透传模式
while (!send_cmd("AT+CIPSEND", ">")); //开始发送
Serial.println("connect success"); //发送报文信息
}
void loop() {
Serial.println("GET http://api.xemowo.top/api/tqyb.php?city=442000");
if (Serial.available() > 0) {
memset(SerialRcvBuf, 0, sizeof(SerialRcvBuf));// 先清空buffer
byte rcvMark=0;
while(Serial.available() > 0){
SerialRcvBuf[rcvMark]= char(Serial.read());
delay(2);
rcvMark++;
}
// Serial.println(SerialRcvBuf);
rcvData = String(SerialRcvBuf); // 执行转换与保存
Serial.println(SerialRcvBuf);
temperatureJson(SerialRcvBuf);
humidityJson(SerialRcvBuf);
Serial.println(humidity);
Serial.println(temperature);
}
delay(5000);
}
//boolean 成功返回true，失败返回false
boolean send_cmd(String data, char *keyword)
{
boolean result = false;
if (data != "") //对于tcp连接命令，直接等待第二次回复
{
Serial.println(data); //发送AT指令
}
if (data == "AT") //寻找esp8266是否正常工作
delay(1000);
else
while (!Serial.available()); // 等待wifi模块应答
delay(200);
if (Serial.find(keyword)) //返回关键词判断,比如ok
{
return true;
}
else
{
return false;
}
while (Serial.available()) Serial.read(); //清空串口缓存
delay(500);
}
// 提取并打印JSON中temperature字段的值的函数
void temperatureJson(const char* json) {
// 查找"city":"的起始位置
const char* cityFieldStart = strstr(json, "temperature");
if (!cityFieldStart) {
Serial.println("City field not found in JSON.");
return;
}
// 跳过"city":"部分，指向值的起始位置（即第二个引号之后）
cityFieldStart += 14; // "city":" 共有7个字符
// 查找值的结束位置（即下一个引号）
const char* cityValueEnd = strchr(cityFieldStart, '"');
if (!cityValueEnd) {
Serial.println("Error extracting city value from JSON.");
return;
}
// 计算city值的长度（不包括起始和结束引号）
size_t cityValueLength = cityValueEnd - cityFieldStart;
// 创建一个字符数组来存储city值（加1用于null终止符）
char cityValueBuffer[cityValueLength + 1];
// 复制city值到字符数组中
strncpy(cityValueBuffer, cityFieldStart, cityValueLength);
cityValueBuffer[cityValueLength] = '\0'; // 确保字符串以null终止
// 打印city值
Serial.print("temperatureJson: ");
Serial.println(cityValueBuffer);
temperature = atoi(cityValueBuffer);//atoi字符串转换为整数
Serial.println(temperature);
}
void humidityJson(const char* json) {
// 查找"city":"的起始位置
const char* cityFieldStart2 = strstr(json, "humidity");
if (!cityFieldStart2) {
Serial.println("City field not found in JSON.");
return;
}
// 跳过"city":"部分，指向值的起始位置（即第二个引号之后）
cityFieldStart2 += 11; // "city":" 共有7个字符
// 查找值的结束位置（即下一个引号）
const char* cityValueEnd2 = strchr(cityFieldStart2, '"');
if (!cityValueEnd2) {
Serial.println("Error extracting city value from JSON.");
return;
}
// 计算city值的长度（不包括起始和结束引号）
size_t cityValueLength2 = cityValueEnd2 - cityFieldStart2;
// 创建一个字符数组来存储city值（加1用于null终止符）
char cityValueBuffer2[cityValueLength2 + 1];
// 复制city值到字符数组中
strncpy(cityValueBuffer2, cityFieldStart2, cityValueLength2);
cityValueBuffer2[cityValueLength2] = '\0'; // 确保字符串以null终止
// 打印city值
Serial.print("humidity: ");
Serial.println(cityValueBuffer2);
humidity = atoi(cityValueBuffer2);//atoi字符串转换为整数
}
复制代码（六）AT指令大全
指令表出处：https://blog.csdn.net/michaelchain/article/details/119627777
基本命令
AT: 测试, 模块正常应当返回OK
AT+RST: 重启模块
AT+GMR: 检查固件版本信息
ATE: 配置 AT 命令的回显.
ATE0: 关闭回显
ATE1: 打开回显
AT+UART_CUR? 查看当前的UART配置
AT+UART_DEF? 查看默认的UART配置
WIFI命令
AT+CWMODE?: 查看当前的WIFI模式(Station/SoftAP/Station+SoftAP), 用=号可以设置
AT+CWMODE=3
AT+CWLAP: 列出周围的WIFI AP, 需要先设置为station模式, AT+CWMODE=1
AT+CWJAP: 连接到WIFI AP, 命令格式 AT+CWJAP="DXQ","aa123456"
掉电重启后, 模块会自动连接之前连接的WIFI
AT+CWQAP: 断开与WIFI AP的连接
AT+CIPSTAMAC: 查看客户端模式时的MAC地址
AT+CIPSTA?: 查看客户端模式的IP地址及掩码
AT+CIPAPMAC?: Query/Set the MAC address of an ESP SoftAP.
AT+CIPAP?: Query/Set the IP address of an ESP SoftAP.
TCP/IP命令
AT+CIPSTATUS: 获取TCP/UDP/SSL连接状态和信息, 先会显示一个状态, 然后会列出各个连接
0: The ESP station is not initialized.
1: The ESP station is initialized, but not started a Wi-Fi connection yet.
2: The ESP station is connected to an AP and its IP address is obtained.
3: The ESP station has created a TCP/SSL transmission.
4: All of the TCP/UDP/SSL connections of the ESP device station are disconnected.
5: The ESP station started a Wi-Fi connection, but was not connected to an AP or disconnected from an AP.
AT+PING: ping指定的地址, 返回平均响应时间
AT+PING="192.168.110.1"
AT+CIPSTART: 建立TCP/UDP/SSL连接
AT+CIPSTART="TCP","192.168.110.1",22
AT+CIPSTART="TCPv6","test-ipv6.com",80
AT+CIPSTART="UDP","192.168.101.110",1000,1002,2 第4个参数是本地端口, 第5个是模式, UDP unicast
AT+CIPSTART="UDPv6","FF02::FC",1000,1002,0 UDP multicast based on IPv6 network
AT+CIPSTART="SSL","iot.espressif.cn",8443
AT+CIPSEND: 透传模式发送数据
AT+CIPSENDEX: Send data in the normal transmission mode in expanded ways.
AT+CIPCLOSE: 关闭TCP/UDP/SSL连接
AT+CIFSR: 获取本地IP地址和MAC地址
AT+CIPSNTPTIME: 查询SNTP时间
AT+CIPMUX?: 查询连接类型, 0单连接, 1多连接
AT+CIPMUX=1 设置为多连接
AT+CIPSERVER: 创建或删除一个 TCP/SSL 服务, 创建前需要执行AT+CIPMUX=1
AT+CIPSERVER=1,80 创建一个TCP服务
AT+CIPSERVER=1,443,"SSL",1 创建一个SSL服务
AT+CIPSERVER=0,1 删除一个服务并关闭所有连接
AT+CIPSERVERMAXCONN?: 查询允许的服务最大连接数量
AT+CIPSTO?: 查询本地TCP服务超时时间
AT+CIPSNTPCFG?: 查询 time zone and SNTP server.
AT+CIPMODE: 查询传输模式
0: 普通传输模式
1: Wi-Fi 透传模式, 只有在TCP单连接模式, 以及UDP+remote host and port do not change模式, 或者SSL单连接模式时允许
/3 
