ESP-WROOM-02

WiFiモジュール(ESP-WROOM-02)

2015-08-23 初版

はじめに

WiFiモジュールとしてESP-WROOM-02が出回り始めました。

500円程度と非常に安価です。

マニュアルが散在しており、使い方がわかりません。(使い方がわからないので安価ともいえます)

不明な点が多いので、使い物になるかわかりません。(MACアドレスはどうなっているなど)

そこで、手探りで情報をまとめていきます。

なお、未確認情報(マニュアルに記述されても動作するとは限らない)もあるため、必ずしも正しい情報とは限りません。

あらかじめご了承ください。

WiFiモジュールですので、最低限ネットワークの知識が必要です。

pingて何という方にはお勧めしません。

著作権と免責事項

個人利用に限定され、著作権者の許可なく商用利用できません。

直接間接に関わらず、使用によって生じたいかなる損害も筆者は責任を負いません。

入手先

秋月電子で550円(税込み)で販売しています。

aitendoで580円(通販、税別)500円(店頭、税別)で販売しています。

なおaitendoではDIP化する変換基板も販売しています。

技適

日本の技適(TELEC)を取得しており、日本でも安心して利用できます。

国際的な相互認証を利用しています。

ESP-WROOM-02のブロック図

ESP-WROOM-02のブロック図です。

このWiFiモジュールはアンテナ、コントローラであるESP8266、水晶発振子、Flashメモリで構成されています。

FlashメモリにESP8266用のプログラム(ファームウェア)を格納します。

メモリ構造はややこしいです。

開発環境

コントローラであるESP8266の開発環境はLubuntuというLinux上で行います。

そのため、Windows上にOracle VM VirtualBoxを使って仮想マシンを構築します。(VirtualBoxは約100MB)

仮想マシンにLubuntuやコンパイラのイメージ(ESP8266_lubuntu_20141021.ova、約950MB)をインポートします。

ESP8266_lubuntu_20141021.ovaのダウンロード

Lubuntu上のgccでコンパイルします。

バイナリファイル*.binが生成されます。

いくつかのサンプルが用意されています。

ファームウェアの書き込み方法

バイナリファイル*.binをWindows上の書き込みソフトウェアESP FLASH DOWNLOAD TOOLを使って書き込みます。

ESP FLASH DOWNLOAD TOOLのダウンロード

PCとESP-WROOM-02はUARTで接続します(USBシリアル変換が必要、ロジック電圧は3.3Vです。一般的なUSB-RS232C変換ケーブルは使えません)。

デフォルトではATコマンドを実行するファームウェアを書き込みます。

※WiFi経由でファームウェアを書き換えるFOTA(Firmware Over The Air)方法もあります。

※ただし事前にFOTAに対応した一部のファームウェアを書き込んでおくことが必要です。

※あらかじめクラウド上のサーバに書き込むファームウェアをアップロードしておき、パッケージ化しておく必要があります。

※いろいろと特殊な操作が必要です。

ESP-WROOM-02の操作方法

XBeeと似ています。

通常はATコマンドを実行するファームウェアを書き込みます。

そしてターミナルソフトからUART経由でESP-WROOM-02モジュールをATコマンドでコントロールします。

ATコマンドを使ってLAN設定を行ったり、TCP/UDP経由でデータを送信します。

使用できるATコマンドはリストアップされています。

ESP8266に内蔵されたさまざまな機能(GPIO,ADCなど)を利用したいときには、ファームウェアを改良する必要があります。

ESP8266用のAPIが用意されています。

ファームウェアを拡張することで、さまざまな機能を利用できます。

逆にいえば、ファームウェアを拡張しないと、細かい操作はできません。

標準で用意されているATコマンドに、GPIOやADCを操作するコマンドは用意されていないようです。

ユーザ定義のATコマンドを追加することで対応します。

※ESP-WROOM-02をサーバとしてもクライアントとしても利用することを想定しているようです。

※クライアントとする場合はTCP/UDPで通信し、その情報でGPIOを操作したり、ADCを操作したりしてIoTを実現するイメージです。

※サーバとする場合はHTTPでWebサーバを構築するようなイメージです。

※ATコマンド操作ではUART通信速度の制限を受けてしまうので、WiFiとしてメリットは薄れます。

※コントローラの性能にも制限されてしまうので、WiFiの通信速度としてどこまで期待できるかは未知数です。

ESP-WROOM-02のピン配置

NO. Pin Name Function

1 3V3 3.3V(Vdd)

2 EN Chip enable. Active high.

3 IO14 GPIO14/HSPI_CLK

4 IO12 GPIO12/HSPI_MISO

5 IO13 GPIO13/HSPI_MOSI/UART0_CTS

6 IO15 GPIO15/MTDO/HSPI_CS/UART0_RTS

7 IO2 GPIO2/UART1_TXD

8 IO0 GPIO0

9 GND GND

10 IO4 GPIO4

11 RXD UART0_RXD/GPIO3

12 TXD UART0_TXD/GPIO1

13 GND GND

14 IO5 GPIO5

15 RST Reset. Active low.

16 TOUT ADC

17 IO16 GPIO16/WAKEUP

18 GND GND

通常はEN=プルアップ、RST=プルアップします。

なお動作時の消費電流は約80mAですので、電池駆動は諦めたほうがよいでしょう。

PINの設定で２つの動作モードが決まります。

UART Download Mode=ファームウェアの書き込みモードです。

Flash Boot Mode=実行モードです。

Mode GPIO15 GPIO0 GPIO2

UART Download Mode Low Low High

Flash Boot Mode Low High High

ESP-WROOM-02の機能ブロック図

機能でみたときのブロック図です。

何ができるのかがわかります。

ATコマンド

ATコマンドには４つのタイプ(動作モード)があります。

ATコマンド用のファームウェアを書き込んでおく必要があります。

タイプコマンド形式内容

テスト AT+[X]=? コマンドのテストやパラメータ確認

問い合わせ AT+[X]? パラメータの現在値確認

設定 AT+[X]=[...] パラメータの設定

実行 AT+[X] パラメータなしに実行

基本コマンドのリスト

ATコマンドをユーザ拡張することもできます。例AT+TEST

AT ATコマンドのテスト

AT+RST モジュールのリセット

AT+GMR バージョンの表示

AT+GSLP deep-sleepモードに移行

ATE ECHOのオンオフ設定

AT+RESTORE パラメータを工場出荷時に戻す

AT+UART_CUR UARTの設定

AT+UART_DEF UARTのデフォルト設定(保存)

AT+SLEEP sleepモードの設定

AT+RFPOWER RF出力の設定

AT+RFVDD RF用VDD電圧を設定

WiFiコマンドのリスト

AT+CWMODE_CUR WiFiモードの設定

AT+CWMODE_DEF WiFiモードのデフォルト設定(保存)

AT+CWJAP_CUR 接続

AT+CWJAP_DEF デフォルトの接続(保存)

AT+CWLAP 可能なAPのリスト

AT+CWQAP 切断

AT+CWSAP_CUR APの設定

AT+CWSAP_DEF APのデフォルト設定(保存)

AT+CWLIF (相手)IPの確認

AT+CWDHCP_CUR DHCPの設定

AT+CWDHCP_DEF DHCPのデフォルト設定(保存)

AT+CWAUTOCONN 自動接続

AT+CIPSTAMAC_CUR stationモードのMACの設定

AT+CIPSTAMAC_DEF stationモードのMACのデフォルト設定(保存)

AT+CIPAPMAC_CUR softAPモードのMACの設定

AT+CIPAPMAC_DEF softAPモードのMACのデフォルト設定(保存)

AT+CIPSTA_CUR stationモードのIPの設定

AT+CIPSTA_DEF stationモードのIPのデフォルト設定(保存)

AT+CIPAP_CUR softAPモードのIPの設定

AT+CIPAP_DEF softAPモードのIPのデフォルト設定(保存)

AT+CWSTARTSMART SmartConfigの開始

AT+CWSTOPSMART SmartConfigの中断

TCP/IPコマンドのリスト

AT+CIPSTATUS 接続状態の確認

AT+CIPSTART TCP/UDPの接続

AT+CIPSEND データ送信

AT+CIPSENDEX 拡張データ送信

AT+CIPSENDBUF 送信バッファーへのデータ書き込み

AT+CIPBUFRESET セグメントIDのリセット

AT+CIPBUFSTATUS 送信バッファーの状態確認

AT+CIPCHECKSEQ セグメントの状態確認

AT+CIPCLOSE TCP/UDPの切断

AT+CIFSR (自分)IPの確認

AT+CIPMUX 多重接続モードの設定

AT+CIPSERVER サーバーとして設定

AT+CIPMODE 転送モード設定

AT+SAVETRANSLINK 転送リンクの保存

AT+CIUDATE FOTA方式でファームウェアの更新

AT+PING pingの送信

AT+CIPDINFO リモートIPの確認

+IPD 受信データ

Flashメモリの構造

ESP-WROOM-02は4MBのFlashメモリを搭載しています。

FOTAに対応したコンパイルし、複数の*.binファイルを生成します。gen_misc.shを使います。

FOTAに対応した複数の*.binファイルを書き込みます。ESP FLASH DOWNLOAD TOOLを使います。

FOTAに未対応のコンパイル方法、書き込み方法もあります。

binファイルアドレス内容

master_device_key.bin 0x3E000 FOTA用プログラム

esp_init_data_default.bin 0x3FC000 デフォルトのRFパラメータ

blank.bin 0x3FE000 デフォルトのシステムパラメータ

boot.bin 0x00000 ブートローダー

user1.bin=Irom0text.bin+Flash.bin 0x01000 ユーザプログラム1

user2.bin=Irom0text.bin+Flash.bin 0x81000 ユーザプログラム2(FOTAの更新領域)

gen_misc.shを２回実行し、user1.binとuser2.binを生成します。

gen_misc.shには５つのステップがあります。

STEP1(BOOT)=0/1/2 1=boot_v1.2+を選択

STEP2(APP)=0/1/2 1を選択してuser1.binを生成、2を選択してuser2.binを生成

STEP3(SPI_SPEED)=0/1/2/3 2=40MHzを選択

STEP4(SPI_MODE)=0/1/2/3 0=QIOを選択

STEP5(SPI_SIZE_MAP)=0/2/3/4/5/6 6=4096KB(1024KB+1024KB)を選択

NO.	Pin Name	Function
1	3V3	3.3V(Vdd)
2	EN	Chip enable. Active high.
3	IO14	GPIO14/HSPI_CLK
4	IO12	GPIO12/HSPI_MISO
5	IO13	GPIO13/HSPI_MOSI/UART0_CTS
6	IO15	GPIO15/MTDO/HSPI_CS/UART0_RTS
7	IO2	GPIO2/UART1_TXD
8	IO0	GPIO0
9	GND	GND
10	IO4	GPIO4
11	RXD	UART0_RXD/GPIO3
12	TXD	UART0_TXD/GPIO1
13	GND	GND
14	IO5	GPIO5
15	RST	Reset. Active low.
16	TOUT	ADC
17	IO16	GPIO16/WAKEUP
18	GND	GND

Mode	GPIO15	GPIO0	GPIO2
UART Download Mode	Low	Low	High
Flash Boot Mode	Low	High	High

タイプ	コマンド形式	内容
テスト	AT+[X]=?	コマンドのテストやパラメータ確認
問い合わせ	AT+[X]?	パラメータの現在値確認
設定	AT+[X]=[...]	パラメータの設定
実行	AT+[X]	パラメータなしに実行

AT	ATコマンドのテスト
AT+RST	モジュールのリセット
AT+GMR	バージョンの表示
AT+GSLP	deep-sleepモードに移行
ATE	ECHOのオンオフ設定
AT+RESTORE	パラメータを工場出荷時に戻す
AT+UART_CUR	UARTの設定
AT+UART_DEF	UARTのデフォルト設定(保存)
AT+SLEEP	sleepモードの設定
AT+RFPOWER	RF出力の設定
AT+RFVDD	RF用VDD電圧を設定

AT+CWMODE_CUR	WiFiモードの設定
AT+CWMODE_DEF	WiFiモードのデフォルト設定(保存)
AT+CWJAP_CUR	接続
AT+CWJAP_DEF	デフォルトの接続(保存)
AT+CWLAP	可能なAPのリスト
AT+CWQAP	切断
AT+CWSAP_CUR	APの設定
AT+CWSAP_DEF	APのデフォルト設定(保存)
AT+CWLIF	(相手)IPの確認
AT+CWDHCP_CUR	DHCPの設定
AT+CWDHCP_DEF	DHCPのデフォルト設定(保存)
AT+CWAUTOCONN	自動接続
AT+CIPSTAMAC_CUR	stationモードのMACの設定
AT+CIPSTAMAC_DEF	stationモードのMACのデフォルト設定(保存)
AT+CIPAPMAC_CUR	softAPモードのMACの設定
AT+CIPAPMAC_DEF	softAPモードのMACのデフォルト設定(保存)
AT+CIPSTA_CUR	stationモードのIPの設定
AT+CIPSTA_DEF	stationモードのIPのデフォルト設定(保存)
AT+CIPAP_CUR	softAPモードのIPの設定
AT+CIPAP_DEF	softAPモードのIPのデフォルト設定(保存)
AT+CWSTARTSMART	SmartConfigの開始
AT+CWSTOPSMART	SmartConfigの中断

AT+CIPSTATUS	接続状態の確認
AT+CIPSTART	TCP/UDPの接続
AT+CIPSEND	データ送信
AT+CIPSENDEX	拡張データ送信
AT+CIPSENDBUF	送信バッファーへのデータ書き込み
AT+CIPBUFRESET	セグメントIDのリセット
AT+CIPBUFSTATUS	送信バッファーの状態確認
AT+CIPCHECKSEQ	セグメントの状態確認
AT+CIPCLOSE	TCP/UDPの切断
AT+CIFSR	(自分)IPの確認
AT+CIPMUX	多重接続モードの設定
AT+CIPSERVER	サーバーとして設定
AT+CIPMODE	転送モード設定
AT+SAVETRANSLINK	転送リンクの保存
AT+CIUDATE	FOTA方式でファームウェアの更新
AT+PING	pingの送信
AT+CIPDINFO	リモートIPの確認
+IPD	受信データ

binファイル	アドレス	内容
master_device_key.bin	0x3E000	FOTA用プログラム
esp_init_data_default.bin	0x3FC000	デフォルトのRFパラメータ
blank.bin	0x3FE000	デフォルトのシステムパラメータ
boot.bin	0x00000	ブートローダー
user1.bin=Irom0text.bin+Flash.bin	0x01000	ユーザプログラム1
user2.bin=Irom0text.bin+Flash.bin	0x81000	ユーザプログラム2(FOTAの更新領域)