WIFI毗连与通讯

'' 不要期待运气降临, 应该去努力把握知识 ''  ——  弗莱明

ESP32-S3 支持 2.4 GHz 的 Wi-Fi 4（802.11n）标准，提供高达 150 Mbps 的数据传输速率。它支持 STA（Station）模式、AP（Access Point）模式和 Wi-Fi 直连（Wi-Fi Direct）模式，可以机动地毗连到其他设备或创建自身的网络。ESP32-S3 还支持硬件加速的 Wi-Fi 加密算法，包括 WPA/WPA2-PSK 和 WPA3-SAE 加密。这使得加密息争密数据的速率更快，提高了系统的整体性能和安全性。
Wi-Fi 库支持设置及监控 ESP32 Wi-Fi 连网功能。
它有三种模式：

• 基站模式（即 STA 模式或 Wi-Fi 客户端模式），此时 ESP32 毗连到接入点 (AP)。
  
• AP 模式（即 Soft-AP 模式或接入点模式），此时基站毗连到 ESP32。
  
• AP-STA 共存模式（ESP32 既是接入点，同时又作为基站毗连到别的一个接入点）。
  

常用API先容

下面是一些 ESP32S3 Arduino 库中常用的 Wi-Fi 相关函数的先容：

• 1. WiFi.begin(ssid, password)

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​                          该函数用于毗连到已经存在的Wi-Fi 网络。须要提供要毗连的网络的 SSID 和暗码作为参数。

• 1. WiFi.disconnect()

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  ​                该函数用于断开当前的 Wi-Fi 毗连。
  
• 1. WiFi.status()

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  ​                该函数返回当前 Wi-Fi 毗连的状态。返回值可能是以下之一： WL_CONNECTED：已毗连到 Wi-Fi 网络。 WL_DISCONNECTED：未毗连到 Wi-Fi 网络。 WL_IDLE_STATUS：Wi-Fi 处于空闲状态。 WL_NO_SSID_AVAIL：未找到指定的 Wi-Fi 网络。
  
• 1. WiFi.localIP()

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  ​                该函数返回 ESP32S3 设备在 Wi-Fi 网络中分配的本地 IP 地址。
  
• 1. WiFi.macAddress()

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  ​                该函数返回 ESP32S3 设备的 MAC 地址。
  
• 1. WiFi.scanNetworks()

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  ​                该函数用于扫描周围可用的 Wi-Fi 网络。它返回一个整数，表示扫描到的网络数目。可以使用其他函数（如WiFi.SSID() 和 WiFi.RSSI()）来获取每个网络的详细信息。
  
• 1. WiFi.SSID(networkIndex)

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  ​                该函数返回指定索引的扫描到的 Wi-Fi 网络的 SSID。
  
• 1. WiFi.RSSI(networkIndex)

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  ​                该函数返回指定索引的扫描到的 Wi-Fi 网络的信号强度（RSSI）。
  

STA模式

在 STA 模式下，ESP32-S3会创建 Wi-Fi 毗连，毗连到一个已经创建好的 Wi-Fi 热点上，通过该热点来访问互联网。STA 模式使用的场景比较多，比如在智能家居、物联网设备以及工业控制等范畴中，设备须要通过 Wi-Fi 毗连到网络来传递数据。
示例：毗连外部WIF，当毗连乐成时，通过Serial串口输出IP地址

1. #include <WiFi.h>
2. #define LED 48
4. // 定义 要连接的 Wi-Fi 名与密码
5. const char* ssid = "LEDC"; // 这是我手机热点
6. const char* password = "12345678"; // 热点的密码
8. void setup() {
9.     Serial.begin(115200);//串口调试
10.     // 先断开之前的连接
11.     WiFi.disconnect(true);
12.     // 连接 Wi-Fi
13.     WiFi.begin(ssid, password);
14.     Serial.print("正在连接 Wi-Fi");
15.     // 检测是否链接成功
16.     while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
17.           delay(500);
18.           Serial.print(".");
19.     }
20.     Serial.println("连接成功");
21.     Serial.print("IP address: ");
22.     Serial.println(WiFi.localIP());
23. }
25. void loop() {
26.         delay(1000);
27. }

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在 C 和 C++ 编程语言中，const char* 是一种常见的范例声明，以下是对其各个部分的详细阐释：

• const关键字：
  
  
  
  • const是一个修饰符，它限定了该声明的某种属性。当它出现在 const char* 这样的组合中时，其主要作用是保护指针所指向的数据。这意味着，一旦你使用 const char* 声明了一个指针，你就不能通过这个指针去修改其所指向的数据。它就像一个保护罩，确保数据在使用这个指针操作时不会被不测地篡改，从而增强了步伐的安全性和可靠性。
    
  
  
• char范例关键字：
  
  
  
  • char 是 C 和 C++ 中用于表示字符的数据范例。字符可以是单个的英文字母、数字、标点符号大概其他字符，并且在存储和处置惩罚文本数据时，我们通常会使用 char 范例。例如，存储字符 'a' 大概 '1' 时，会使用 char 范例。
    
  
  
• * 指针声明符：
  
  
  
  • * 这个符号在 C 和 C++ 中是专门用来声明指针的。当它和 char 组合在一起时，就表示我们要声明的是一个指针，而且这个指针指向的数据范例是 char。简朴来说，这个指针将存储一个内存地址，而该内存地址所存储的是 char 范例的数据。
    
  
  

​                当我们把 const、char 和 * 组合在一起形成 const char* 时，它的完整含义是：我们正在声明一个指针，这个指针指向的是 char 范例的数据，并且这些数据是不可修改的常量。
我们可以通过以下代码示例来进一步明白：

1. const char *str = "Hello, world!";

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​                在这个例子中，我们声明了一个名为 str 的变量，它的范例是 const char*。str 指向了一个存储在内存中的字符串 "Hello, world!"。这里的 const 关键字包管了我们不能通过 str 指针去修改 "Hello, world!" 这个字符串的内容。例如，以下操作是不允许的：

1. str[0] = 'h'; // 错误：尝试修改 const 指针指向的数据

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​                由于 str 是 const char* 范例，通过它修改所指向的数据是不合法的，编译器会报错，以防止我们不警惕修改了不应该修改的数据。
​                总之，使用 const char* 可以有效地防止在步伐中不测修改常量字符串，提高代码的健壮性和可维护性，同时也明确了该指针的操作范围和限定，使代码的意图更加清晰，让其他开发者一看便知，这个指针只能用来读取数据，而不能用于修改数据。
​                这样的声明在处置惩罚字符串常量、函数参数传递（当不希望函数修改字符串内容时）以及许多其他场景中都非常有效，由于它清晰地表明了指针所指向的数据是只读的，克制了潜伏的数据修改错误。
AP模式

​                接入点（AP）是一种提供 Wi-Fi 网络访问的设备，并将其毗连到有线网络的装置。ESP32S3除了不具有与有线网络的接口外，还可以提供类似的功能。这种操作模式称为软接入点（soft-AP）。可以同时毗连到soft-AP的最大站数可以设置4，默以为4。
当ESP32S3单独处于AP模式下时，可以被以为是一个无法访问外网的局域网WiFi路由器节点，它可以接受各类设备的毗连哀求。并可以和毗连设备进行TCP、UDP毗连，实现数据流。在局域物联网的设计中可以承担数据收发节点的作用。

Q：可以简朴明白为一个不能上网的热点？
​A：这种明白基本正确。ESP32S3 在 AP 模式下可以被视为一个热点，其他设备可以搜索并毗连到这个热点，但这个热点不会像家庭 Wi-Fi 路由器那样可以将设备毗连到互联网，而只是创建了一个本地的无线网络环境，供毗连的设备之间进行通讯。

示例：当ESP32S3 在 AP 模式下运行时，它将创建一个名为“ESP32S3”的无线网络，并分配一个 IP 地址。其他设备可以搜索并毗连到这个热点，但无法通过这个热点上网。

1. #include <WiFi.h>
3. // 设置要创建的热点名与密码
4. const char* ssid = "ESP32S3";
5. const char* password = "12345678";
7. void setup()
8. {
9.     Serial.begin(115200);
10.     // 创建热点
11.     WiFi.softAP(ssid, password);
12.     // 打印热点 IP
13.     Serial.print("Wi-Fi 接入的 IP：");
14.     Serial.println(WiFi.softAPIP());
15. }
17. void loop()
18. {
19.     delay(500);
20. }

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到此，你应该已经知道怎样使用STA 和 AP 模式了，但是，我们使用WIFI最主要的目标是数据的传输，所以接下来我会先容怎样使用WIFI进行数据传输。
TCP与UDP协议

请先确保WIFI已经毗连，接下来的代码将以STA模式为例子
TCP（Transmission Control Protocol）：

• 毗连性：
  
  
  
  • TCP 是一种面向毗连的协议。在进行数据传输之前，发送方和接收方须要通过三次握手创建一个可靠的毗连。这个过程确保双方都准备好进行数据传输，并且在传输结束后，会通过四次挥手来关闭毗连。
    
  • 三次握手的过程如下：
    
    
    • 客户端发送一个 SYN（同步）数据包给服务器，表示客户端想要创建毗连。
      
    • 服务器收到 SYN 后，回复一个 SYN-ACK（同步 - 确认）数据包给客户端，表示服务器已经收到哀求，并同意创建毗连。
      
    • 客户端收到 SYN-ACK 后，发送一个 ACK（确认）数据包给服务器，至此毗连创建乐成。
      
    
    
  
  
• 可靠性：
  
  
  
  • TCP 提供高度可靠的数据传输服务。它使用序列号和确认应答机制，确保数据按序、完整地到达接收方。
    
  • 发送方会将数据分割成多个数据包，并为每个数据包分配一个序列号。接收方收到数据包后，会向发送方发送确认应答（ACK），告知发送方已收到哪些数据包。
    
  • 如果发送方在肯定时间内没有收到确认应答，它会以为数据包丢失或损坏，将重新发送该数据包。
    
  • TCP 还采用流量控制和拥塞控制机制，以防止发送方发送过多的数据，克制网络拥塞或接收方缓冲区溢出。
    
  
  
• 数据传输顺序：
  
  
  
  • 由于使用序列号，接收方可以将接收到的数据包按照正确的顺序重新组装，包管了数据的顺序性，即使数据包在网络中经过差别的路径传输，最终也能以正确的顺序到达接收方。
    
  
  
• 头部开销：
  
  
  
  • TCP 的头部通常为 20 字节，包含序列号、确认应答号、窗口大小、数据偏移量、标记位等信息，这些信息用于包管数据的可靠性和进行流量控制。
    
  
  
• 应用场景：
  
  
  
  • 适用于对数据可靠性和完整性要求较高的应用，例如文件传输（FTP、HTTP）、电子邮件（SMTP、POP3）、远程登录（SSH、Telnet）等。这些应用不容许数据丢失或乱序，须要确保数据准确无误地到达目标地。
    
  
  

UDP（User Datagram Protocol）：

• 毗连性：
  
  
  
  • UDP 是一种无毗连的协议。发送方在发送数据前不须要与接收方创建毗连，只须要知道接收方的 IP 地址和端口号，就可以直接发送数据。
    
  • 因此，使用 UDP 发送数据的速率更快，但没有像 TCP 那样的毗连创建和关闭过程，也就淘汰了额外的开销和延迟。
    
  
  
• 可靠性：
  
  
  
  • UDP 不提供可靠性包管。如果数据在传输过程中丢失、损坏或乱序，UDP 不会进行重传，接收方也不会得到通知。
    
  • 对于一些对实时性要求高、能够容忍肯定程度的数据丢失的应用，这种特性可以调换更快的传输速率和更低的延迟。
    
  
  
• 数据传输顺序：
  
  
  
  • UDP 不包管数据的顺序性。由于没有序列号和确认应答机制，数据包可能会乱序到达接收方，接收方接收到的数据包顺序可能与发送方发送的顺序差别。
    
  
  
• 头部开销：
  
  
  
  • UDP 的头部相对简洁，只有 8 字节，包含源端口、目标端口、长度和校验和等信息，传输服从相对较高。
    
  
  
• 应用场景：
  
  
  
  • 适用于对实时性要求高的应用，如实时视频集会（Skype、Zoom 等）、在线游戏、流媒体（实时视频流、音频流）等。这些应用更注重数据的实时传输，少量的数据丢失不会对整体体验产生严重影响，但对延迟非常敏感，须要尽快将数据发送出去。
    
  
  

总结：

• TCP 以可靠性为焦点，通过复杂的毗连管理和确认机制包管数据的准确传输，适用于可靠性优先的场景；而 UDP 以速率和低延迟为上风，得当对实时性要求高、对数据丢失有肯定容忍度的场景。在选择使用 TCP 照旧 UDP 时，须要根据详细的应用需求和网络环境来决定。例如，在物联网设备中，如果须要可靠的数据采集和控制，可能会选择 TCP；而对于实时的传感器数据传输，为了淘汰延迟，可能会使用 UDP。
  

TCP例程

起首将两块ESP32一个作为服务器端，一个作为客户端。
先讲服务器端的代码

1. // 这个是一个简单的服务端，用于接收客户端发送的字符串，并回复一个固定的字符串
2. #include <WiFi.h>
3. #include <WiFiClient.h>// 引入 WiFiClient 类
4. #include <WiFiServer.h>// 引入 WiFiServer 类，服务器端必须有
6. // 定义 Wi-Fi 网络的 SSID 和密码
7. const char *ssid = "LEDC";
8. const char *password = "12344567";
9. // 定义服务器监听的端口号
10. const int serverPort = 6700;
11. WiFiServer server(serverPort);// 创建服务器对象
12. WiFiClient client; // 创建客户端对象
14. void setup()
15. {
16.     Serial.begin(115200);//串口调试
17.     // 连接到 Wi-Fi 网络
18.     WiFi.disconnect(true); // 先断开之前的 Wi-Fi 连接
19.     WiFi.begin(ssid, password); // 连接到 我的手机热点
20.     delay(1000);
21.     while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
22.     {
23.         delay(1000);
24.         Serial.println("Connecting to WiFi...");
25.     }
26.     Serial.println("Connectedヾ(≧▽≦*)o");
27.     // 启动服务器
28.     server.begin();
29.     Serial.println("Server started");
30.     Serial.print("IP Address: ");
31.     Serial.println(WiFi.localIP());// 获取手机热点分配给ESP32的IP地址并打印到串口
32.     delay(2000);
33. }
35. void loop()
36. {
37.     // 检查是否有新的客户端连接
38.     client = server.available();
39.     if (client)
40.     {
41.         Serial.println("Client connected");
42.         while (client.connected())
43.         {
44.             if (client.available())
45.             {
46.                 // 读取客户端发送的字符串，一直读取直到遇到换行符
47.                 String receivedString = client.readStringUntil('\n');
48.                 Serial.println("Rec from client: " + receivedString);
49.                 // 发送响应字符串
50.                 client.println("Message received by Server");
51.             }
52.         }
53.         Serial.println("Client disconnected");
54.         client.stop();
55.     }
56. }

复制代码

接下来是是客户端的代码

1. #include <WiFi.h>
2. #include <WiFiClient.h>
3. //客户端就不需要WiFiServer库了
5. // 定义 Wi-Fi 网络的 SSID 和密码
6. const char* ssid = "";
7. const char* password = "";
8. // 定义服务器的 IP 地址和端口号
9. const char* serverIP = "这个需要先看看服务器端串口调输出的IP地址是多少";
10. const int serverPort = 6700; //双方通信，监听的端口号要相同
12. WiFiClient client;
14. void setup() {
15.   Serial.begin(115200);
16.   delay(1000);
18.   // 连接到 Wi-Fi 网络
19.   WiFi.begin(ssid, password);
20.   while (WiFi.status()!= WL_CONNECTED) {
21.     delay(1000);
22.     Serial.println("Connecting to WiFi...");
23.   }
24.   Serial.println("Connectedヾ(≧▽≦*)o");
26.   // 尝试连接到服务器
27.   if (!client.connect(serverIP, serverPort)) {
28.     Serial.println("Connection to server failed");
29.     return;
30.   }
31.   Serial.println("Connected to server");
32. }
34. void loop() {
35.   if (client.connected()) {
36.     // 发送字符串
37.     client.println("Elaina is fine, very fine.");
38.     Serial.println("String sent: Elaina is fine, very fine.");
39.     // 检查是否有服务器的响应
40.     if (client.available()) {
41.       String response = client.readStringUntil('\n');
42.       Serial.println("Received from server: " + response);
43.     }
44.   } else {
45.     Serial.println("Not connected to server");
46.   }
47.   // 可以根据需要调整发送间隔
48.   delay(3000);
49. }

复制代码

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