Zastosowanie modułu Wi-Fi ESP-12 (2). Wirtualny interfejs szeregowy

Jak sama nazwa mówi, jest to transmisja szeregowa polegająca na wysyłaniu ciągu bitów, które są następnie składane w paczkę danych. Pojedyncza paczka danych składa się z bitu start, danych, bitu stopu i ewentualnie bitu parzystości, jeżeli transmisja jest tak skonfigurowana. Słówko Asynchronous w nazwie informuje, że jest to transmisja asynchroniczna, co oznacza, iż zegar taktujący rytm wysyłania danych nie jest przesyłany do odbiornika, tak jak ma to miejsce np. w SPI czy I²C. Dlatego każdorazowo należy ustawić odpowiednią prędkość w nadajniku i odbiorniku – oczywiście, musi ona być taka sama. Efektem ustawienia różnych prędkości będzie odczytanie błędnych danych z interfejsu.

ESP-12 i wirtualny UART

Moduł ESP-12 ma sprzętowy interfejs portu szeregowego, co oznacza, że na wyjściu będą same dane wysłane przez nadajnik. Nie trzeba martwić się o bity startu, stopu itd. Jedyne, co należy zrobić, to skonfigurować ten port. Program źródłowy przedstawiony na listingu 1 jest rozwiązaniem dla przewodowego UART. Algorytm funkcjonowania programu zaprezentowano na na schemacie blokowym zamieszczonym na rysunku 1.

Wszystkie dane, które zostaną odebrane w pakiecie UDP od razu są wysyłane przez port szeregowy. Analogicznie, wszystkie dane, które nie zawierają znaku „+” są pakowane do pakietu UDP i wysyłane do odbiorcy.

Komunikacja UDP została zastosowana z powodu prostoty oraz szybkości wysyłania danych. Testy wykazały, że przy większej ilości danych wysyłanych pakietami TCP, w pewnym momencie następowało przepełnienie, gdyż czas potrzebny na: nawiązanie połączenia TCP, wysłanie pakietu, oczekiwanie na potwierdzenie, ewentualną retransmisję pakietu oraz zamknięcie połączenia, powodował zgromadzenie zbyt dużej ilości danych oczekujących w buforze. Przy wykorzystaniu transmisji UDP, każdy znak odczytany z interfejsu jest natychmiastowo wysyłany pakietem. W wypadku UDP nie nawiązuje się połączenia oraz nie trzeba go zamykać. Wadą tego rozwiązania jest możliwość „zagubienia” pakietu danych. Kontrolę błędów transmisji należałoby wykonać programowo, np. wysyłając na koniec ciągu znaków sumę kontrolną CRC.

Firmware interpretuje i realizuje 9 komend AT. Każda komenda rozpoczyna się członem „+AT_” i musi być zakończona znakiem końca linii. Dopiero wtedy moduł zaakceptuje komendę i będzie próbować ją przetworzyć. Wysyłanie danych za pomocą UDP nie wymaga znaku końca linii, jeżeli przed danymi nie wystąpił znak „+”, to dane będą przesyłane paczkami UDP do odbiornika.

W tabeli 1 wymieniono komendy realizowane przez moduł Wi-Fi ESP-12. Nie są one specjalnie skomplikowane, a w razie wątpliwości warto sięgnąć albo do źródła programu z tego odcinka cyklu, albo do dokumentacji samego modułu.

Program sterujący pokazano na listingu 1. Jedynym ograniczeniem jest brak możliwości stosowania znaku „+” w wiadomościach. Komentarze są przy każdej ważniej części.

Wykorzystanie w praktyce – bezprzewodowy czujnik

Do testu użyjemy modułu ESP-12 realizującego program z listingu 1. Do tego będzie nam potrzebne Arduino Uno R3 oraz potencjometr. Odbiornikiem będzie komputer pracujący jako serwer UDP na porcie 8080. Odbiornikiem może być każde urządzenie mogące obsłużyć protokół UDP, jednak najlepiej sprawowałby się tutaj bliźniaczy moduł ESP-12 z wgranym programem wirtualnego portu szeregowego.

Mikrokomputer Arduino będzie mierzył napięcie na wejściu przetwornika A/C i wysyłał za pomocą interfjesu szeregowego, więc zmiany będzie można zaobserwować w programie ustawionym na nasłuchiwanie transmisji odbywającej się przez port 8080.

Najpierw jednak należy skonfigurować wirtualny UART. Dla tego celu trzeba wysłać dwie komendy: komendę ustanawiającą połączenie z siecią Wi-Fi (bez tego żadne połączenie nie zostanie nawiązane). Następnie ustawiamy adres odbiornika i możemy zacząć wysyłać dane. W tym przykładzie dane będą tylko wysyłane, nic nie będzie odbierane przez UART. Przykładowy program pokazano na listingu 2.