W poprzedniej lekcji tego kursu poznałeś podstawowe informacje o ESP8266 i dowiedziałeś się, jak zainstalować MicroPythona. Tym razem zajmiemy się jego konfiguracją.

Łączenie z siecią Wi-Fi
Otwórz jakikolwiek monitor portu szeregowego (ja używam Realterm), ustaw właściwy port COM i prędkość transmisji 115200 bodów. Po zresetowaniu płytki przyciskiem RST powinieneś ujrzeć informacje o module, numer wersji oraz krótką instrukcję łączenia się z siecią w trybie STA (moduł połączy się z istniejącą siecią, zamiast tworzyć swoją własną). Najwyższa pora to zrobić.

Aby uzyskać dostęp do funkcji służących do obsługi sieci trzeba najpierw zaimportować moduł, wysyłając komendę import network. Po wykonaniu tej czynności możemy włączyć obsługę trybu STA poprzez wysłanie sta_if = network.WLAN(network.STA_IF); sta_if.active(True). Jeśli chcesz, możesz teraz sprawdzić, które sieci są widziane przez moduł używając sta_if.scan() lub od razu połączyć się ze swoją siecią wpisując sta_if.connect('nazwa_sieci', 'hasło'). Żeby sprawdzić, czy poprawnie połączyłeś się z siecią możesz wpisać sta_if.isconnected() lub sta_if.ifconfig(), dzięki czemu otrzymasz jeszcze dane dotyczące konfiguracji potrzebne później.

Struktura plików
Wszystko, co wykonałeś do tej pory było tymczasowe. Ustawienia znikną w przypadku zaniku zasilania lub zresetowania płytki. Co więc zrobić, żeby układ automatycznie łączył się z siecią po resecie?
Odpowiedzią jest plik boot.py, który – jak można wnioskować po nazwie – wykonywany jest w momencie uruchamiania układu. Po wykonaniu tego pliku jest wykonywany plik main.py. Nic nie stoi na przeszkodzie, żeby dodać więcej plików, ale póki co te dwa w zupełności wystarczą. Do tych plików można się dostać z poziomu linii komend, ale ich edytowanie nie jest wtedy zbytnio wygodne. Z pewnością jeszcze do tego wrócimy, gdy zechcemy napisać program, który będzie coś zapisywał do plików, zaś do ich wgrywania z poziomu komputera użyjemy narzędzia WebREPL.

WebREPL
WebREPL jest wygodnym narzędziem do komunikacji z modułem, ponieważ pozwala na pobieranie oraz wysyłanie plików bez używania komend. Można się do niego dostać na dwa sposoby: wchodząc na tę stronę lub ściągając go z GitHuba i otwierając plik webrepl.html w przeglądarce. Jeśli wybrałeś drugą opcję, polecam od razu zamienić w pliku webrepl.html ciąg ws://192.168.4.1:8266/ na ciąg zawierający adres IP Twojego modułu, czyli pierwszy z adresów uzyskanych poprzez użycie sta_if.ifconfig(), dzięki temu nie będziesz musiał go za każdym razem zmieniać. Jeśli w polu znajduje się prawidłowy adres, wciśnij Connect. Za pierwszym razem zostaniesz poproszony o utworzenie hasła, które będzie wymagane do każdego kolejnego połączenia przez WebREPL. Teraz możesz pobrać plik boot.py. Jego zawartość powinna wyglądać następująco:

1
2
3
4
5
6
7

# This file is executed on every boot (including wake-boot from deepsleep)
#import esp
#esp.osdebug(None)
import gc
import webrepl
webrepl.start()
gc.collect()

# jest w Pythonie oznaczeniem komentarza, wszystko w danej linii jest niewidoczne dla interpretera i nie będzie wykonywane. Czwarta i piąta linia odpowiada za zaimportowanie modułów gc (garbage collector) oraz webrepl, zaś kolejne dwie uruchamiają WebREPL oraz odśmiecanie pamięci. Za nimi dopisz kod odpowiedzialny za łączenie z siecią, czyli:

8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

import network
import time
network.WLAN(network.AP_IF).active(False)
sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
sta_if.active(True)
sta_if.connect('ssid', 'hasło')
count = 0
while not sta_if.isconnected():
	time.sleep_ms(1)
	count += 1
	if count==10000:
		print('Not connected')
		break
print('Config: ', sta_if.ifconfig())

Zwróć uwagę na wcięcia – w Pythonie zastępują one nawiasy klamrowe znane z innych języków. W tym przypadku w pętli while wykonywane są kolejno: odczekanie jednej milisekundy, zwiększenie licznika o 1 oraz sprawdzenie warunku, czy licznik osiągnął wartość 10000. Jest to zabezpieczenie przeciwko pozostaniu w pętli, jeśli moduł nie będzie mógł nawiązać połączenia przez 10 sekund (instrukcja break przerywa pętlę). Dzięki temu będziesz mógł połączyć się ręcznie poprzez monitor portu szeregowego, jeśli z powodu np. złych danych nie stanie się to automatycznie. Pamiętaj też o podaniu danych swojej sieci WLAN. Po wszystkim zapisz plik boot.py i wyślij go do modułu ponownie korzystając z WebREPL. Po zresetowaniu modułu powinien on automatycznie połączyć się z siecią i wypisać na port szeregowy informacje o połączeniu. Będzie robił to samo za każdym razem, gdy wciśniesz reset lub ponownie podłączysz zasilanie. Kod zawiera także linijkę do wyłączenia pracy w trybie Access Pointa – domyślnie jest on bowiem włączony, co pozwala praktycznie każdemu połączyć się z modułem.

Jeśli uważnie przeczytasz informacje wysyłane przez ESP, zobaczysz jeszcze wzmiankę o braku pliku main.py. Faktycznie, nie ma go domyślnie i moduł po połączeniu się z siecią nie zrobi nic więcej. Plikiem tym zajmiemy się w kolejnej części kursu i napiszemy klasyczny program migający diodą.

W tym kursie zajmiemy się programowaniem modułu ESP8266. Jeśli jeszcze nie wiesz, co to jest, to spieszę z wyjaśnieniem. Jest to tani układ obsługujący komunikację po Wi-Fi oraz posiadający porty we/wy którymi rzecz jasna można sterować. Moduły te występują w kilku wersjach, różniących się pojemnością pamięci, ilością portów oraz wymiarami. Najtańszy, a zarazem posiadający najmniej możliwości jest układ ESP-01. Wyposażony jest w pamięć o pojemności 512Kb (niebieski) lub 1Mb (czarny) i jedynie 2 porty GPIO, co szybko stałoby się problemem przy próbie użycia go do bardziej skomplikowanego projektu. Istnieje jeszcze kilka modeli, różniących się wielkością pamięci i ilością wyprowadzeń. Jedynym odstępstwem od reguły jest ESP-14, który posiada także mikrokontroler ST8S i to on jest właściwym urządzeniem, które się w tym przypadku programuje.

W takim razie który moduł wybrać?
Sprawa jest prostsza, niż mogłoby się wydawać. Wszystkie moduły wymagają zasilania 3.3V i pracy w takiej logice, do komunikacji zaś wymagany jest konwerter USB-UART. To wszystko powoduje, że już uruchomienie samego modułu objawi się plątaniną kabli. Na szczęście jest rozwiązanie – płytka NodeMCU, która zawiera wszystko, co potrzebne, czyli stabilizator napięcia i konwerter USB-UART i wystarczy ją tylko podłączyć kablem USB do komputera. Dostępna jest w dwóch wersjach, z modułem ESP-12 (512 kB) lub ESP-12E (4MB). Obie kosztują około 15 zł na eBayu, ale polecam kupić wersję z modułem ESP-12E ze względu na większą pojemność pamięci i liczbę portów. Można ją rozpoznać po antenie bez soldermaski. Płytki mogą się także różnić użytym konwerterem USB-UART, będzie to CP2102 lub CH340G. Pierwszy wymaga samodzielnej instalacji sterowników na Windowsie, natomiast drugi nie. Sam konwerter jest sprawą drugorzędną, możesz po prostu wybrać płytkę, która bardziej Ci “pasuje”. Ja wybrałem tę z CP2102.

Korzystanie z modułu
Pewnie teraz zastanawiasz się “z czym to się je”. Tutaj też jest kilka możliwości. Podstawową jest używanie tzw. komend AT. Są to tekstowe komendy wysyłane przez port szeregowy, na które moduł odpowiada w ten sam sposób. To rozwiązanie jest toporne i wymaga dodatkowego mikrokontrolera do wysyłania komend i interpretacji odpowiedzi. Ma to sens w zasadzie tylko przy module z małą ilością wyprowadzeń, jak ESP-01. Druga możliwość to użycie firmware NodeMCU (tak, nazwa płytki pochodzi właśnie od tego firmware). Programuje się wówczas w skryptowym języku Lua, który nie jest zbytnio popularny. Ciężko wypowiadać mi się na temat możliwości tego firmware, bo nigdy go nie używałem. Znalazłem ciekawszą alternatywę – MicroPythona, czyli implementację Pythona na mikrokontrolery. Projekt ten jest bezustannie rozwijany i w obecnej wersji (1.8.4) ma już całkiem spore możliwości. Obsługa ESP8266 przy użyciu MicroPythona będzie tematem tego kursu.
Wszystkie poprzednie możliwości łączy jedna cecha – korzystają z firmware, które pozwalają na wprowadzanie danych na wyższym poziomie, bez przejmowania się tym, jak odbywa się to na poziomie sprzętowym. I tu ukryta jest czwarta możliwość, czyli programowanie w C. Wspominam to jedynie jako ciekawostkę, bo jest to niepraktyczne i po prostu wygodniej użyć któregoś z dostępnych firmware.

Wgrywanie firmware
Aby wgrać firmware, trzeba je najpierw przede wszystkim pobrać. Na stronie micropython.org znajdują się wszystkie wersje skompilowane do pliku binarnego. Jak widać, nowe wydania pojawiają się co miesiąc, warto więc czasem przeprowadzać aktualizację, aby zyskać nowe funkcjonalności albo pozbyć się bugów. Póki co, po prostu pobierz najnowszą wersję. Będziesz jeszcze potrzebował Pythona w wersji 2.7.x do pobrania stąd oraz modułu pyserial. Jeśli wszystko już zainstalujesz, pobierz narzędzie esptool z GitHuba, które pozwoli Ci wgrać firmware do ESP8266. Następnie skopiuj plik firmware do folderu z esptoolem i uruchom w tym folderze wiersz poleceń (możesz to zrobić poprzez wpisanie w pasku adresu “cmd”). W wierszu poleceń wpisz

esptool.py --port COM1 --baud 115200 write_flash --flash_size=32m 0 esp8266-20160909-v1.8.4.bin

wpisując poprawne parametry, tj. numer portu COM, baudrate (standardowo 9600 lub 115200), rozmiar pamięci w megabitach i nazwę pliku. Po wciśnięciu enter powinien pokazać się taki widok:

Oznacza to, że firmware jest wgrywany. Jeśli nic się nie wgrywa, sprawdź, czy poprawnie wpisałeś dane i spróbuj z innym baudrate. Możesz także spróbować uprzednio wyczyścić pamięć komendą

esptool.py --port COM1 erase_flash

Jeśli będziesz chciał kiedyś zaktualizować firmware, zrób to bez czyszczenia pamięci. Zachowasz wtedy swoje skrypty .py.

Po wgraniu firmware moduł powinien działać w trybie AP, tzn. pojawi się nowa sieć Wi-Fi o SSID MicroPython-xxxxxx, gdzie xxxxxx będzie fragmentem adresu MAC modułu.
W kolejnej części kursu pokażę, jak napisać pierwszy program, a właściwie skrypt, wykonywany przez właśnie zainstalowany interpreter.