ESP8266开发之旅 网络篇④ Station——ESP8266WiFiSTA库的使用
1. 前言
在前面的篇章中，博主给大家讲解了ESP8266的软硬件配置以及基本功能使用，目的就是想让大家有个初步认识。并且，博主一直重点强调 ESP8266 WiFi模块有三种工作模式：
- Station模式，也叫站点模式；
- Soft-Access Point模式，也叫Soft-AP模式，可以理解为WiFi热点模式；
- 以上两种的集合模式，Station 兼Soft-Access Point，也是Mesh NetWork的实现基础；
任何基于ESP8266的WiFi功能开发，都是基于上面其中一种工作模式来进行开发。所以，它们是我们WiFi基础学习的重点。
本篇章将讲解Station模式。
2. 回顾Station模式 —— 我想连上谁
Station模式又叫做站点工作模式，类似于无线终端，有图有真相：
Station模式又叫做站点工作模式，类似于无线终端，有图有真相：
处于Station模式下的ESP8266，可以连接到AP。通过Station（简称为“STA”）模式，ESP8266作为客户端连接到路由的wifi信号。 以下黑色字体内容摘录于博主自建qq群里面在arduino 联网.pdf文件，博主觉得讲得挺生动，故分享给大家：
- 首先AP发出信标帧（beacon），意思就是我在这里，谁来泡我啊，移动工作站也会发出探（probe）帧，意思是有谁我可以泡啊，每隔一定时间发出一次。（后面会讲到Scan功能）。
- 所以，根据这一点，可以产生很多有价值的应用。比如你的带WiFi功能的手机，即使在不连接wifi的情况下，只要打开WiFi功能，就可以被路由器截获这帧信息，路由器收集之后，你的信息就会被一个审计的东西发到服务器上，你手机号xxx上线时间xxx下线时间xxx都浏览了哪些网页，WiFi建立连接过程都一目了然，你的位置也全都暴露了，这就叫WiFi探针。具体流程如下所示：
- STA --------> Probe Request ----------> AP
- STA <-------- Probe Response <---------- AP，这个是由wifi返回的应答帧；
接下来是身份验证过程，可以使用诸如WEP、WEP2、WPA等加密方式应用到认证请求上： - STA --------> Authentication Request ----------> AP
认证请求中包含认证Auth类型，OpenSystem，sharedKey等信息，路由器返回认证结果： - STA <-------- Authentication Response <---------- AP
连接请求： - STA --------> Association Request ----------> AP
请求与AP建立关联，从而可以进行数据交互；
认证通过连接请求OK返回。 - STA <-------- Association Response <---------- AP
通过这个连接过程分析，也证明了我们经常听到的一句话，不要轻易连接不明WiFi热点，各种盗取信息层出不穷。
同时，学过网络的同学都知道，每台设备都会有个一个IP地址，用来在整个网络环境下的唯一标识。
而处于Station模式下的ESP8266，可以使用DHCP Client的方式，由上级路由分配的ip，或者设置成静态ip。
如果是采用DHCP分配的方式，获取的ip是动态的，在一些需要知道设备ip才能通信的场合下，就需要通过其他手段来获取ip（一种思路是通过访问webserver去获取模块信息）；
如果是采用设置静态ip的方式，那么就有一个要求前提，要求连接AP设置的网段和静态的要一致，在不能固定AP网段的情况下，这种方式不可取。
Station模式下的WiFi模块，有几个特点，以便用来管理WiFi连接：
- 当最近使用的可接入点连接断开，但后面重新可用，那么ESP8266会自动去重新连接它（名词解析，最近使用的可接入点，就是ESP8266 最后连接的WiFi热点）；
- 第一点说到的情况，对于ESP8266模块重新启动也一样适用；
- 这两点实现的原理就是：ESP8266会把最近使用的可接入点的校验信息（ssid账号和psw密码）会存到flash 存储中。使用保存在flash中的校验信息，ESP8266就可以重新连接到最近使用的可接入点，尽管你再次改变代码烧写进去，只要你不改变WiFi原来的工作模式和校验信息（说简单点就是，如果你烧写代码不擦除所有flash空间并且设置了自动连接，那么在仍然是station模式下就会自动连接wifi热点，不过在这里，博主建议大家在begin之前先调用 WiFi.disconnect()，可以避免一些奇怪的连接问题）。
3. ESP8266WiFiSTA库
有了前面的理论基础，那么我们开始详解一下ESP8266 station模式的专用库——ESP8266WiFiSTA库，大家使用的时候不需要
#include <ESP8266WiFiSTA.h>只需要引入
#include<ESP8266WiFi.h> 至于原因，敬请回顾 ESP8266开发之旅 网络篇② ESP8266 工作模式与ESP8266WiFi库。
首先，对于STA类库的描述，可以拆分为四个部分：
- 第一部分方法，和一个接入点（Access Point，wifi热点）建立连接；
- 第二部分方法，管理第一部分方法建立的连接；
- 第三部分方法，提供一些关于这个连接的信息，包括MAC地址、IP地址等；
- 第四部分方法，提供一些备用方法去连接WiFi-Protected Setup（WPS）以及智能配置方法（SmartConfig）；
讲解之前，先浏览一下博主整理的百度脑图，以便有个整体认识：
3.1 第一部分方法——建立连接
3.1.1 begin —— 建立连接
建立连接，ESP8266模块切换工作模式为Station模式。
会用到以下方法:
class ESP8266WiFiSTAClass {
// ----------------------------------------------------------------------------------------------
// ---------------------------------------- STA function ----------------------------------------
// ----------------------------------------------------------------------------------------------
.......
public:
wl_status_t begin(const char* ssid, const char *passphrase = NULL, int32_t channel = 0, const uint8_t* bssid = NULL, bool connect = true);
wl_status_t begin(char* ssid, char *passphrase = NULL, int32_t channel = 0, const uint8_t* bssid = NULL, bool connect = true);
wl_status_t begin();
.......
};下面是函数详解：
/**
* 切换工作模式到STA模式，并自动连接到最近接入的wifi热点
* @param void
* @return void
* @note 调用这个方法就会切换到STA模式，并且连接到最近使用的接入点（会从flash中读取之前存储的配置信息）
* 如果没有配置信息，那么这个方法基本上没有什么用。
*/
wl_status_t begin()
/**
* 切换工作模式到STA模式，并根据connect属性来判断是否连接wifi
* @param ssid wifi热点名字
* @param password wifi热点密码
* @param channel wifi热点的通道号，用特定通信通信，可选参数
* @param bssid wifi热点的mac地址，可选参数
* @param connect boolean参数，默认等于true，当设置为false，不会去连接wifi热点，会建立module保存上面参数
* @return wl_status_t wifi状态
* @note 调用这个方法就会切换到STA模式。
* 如果connect等于true，会连接到ssid的wifi热点。
* 如果connect等于false，不会连接到ssid的wifi热点，会建立module保存上面参数。
*/
wl_status_t begin(char* ssid, char *passphrase = NULL, int32_t channel = 0, const uint8_t* bssid = NULL, bool connect = true注意点：
- 如果ESP8266模块之前处于AP模式，那么当你调用begin()有可能进入到STA+softAP模式；
- 当你发现一些操作异常，那么你就检测一下当前处于什么模式（WiFi.mode()）;
3.1.2 config —— 配置IP地址
/**
* 禁止DHCP client，设置station 模式下的IP配置
* @param local_ip station固定的ip地址
* @param gateway 网关
* @param subnet 子网掩码
* @param dns1，dns2 可选参数定义域名服务器（dns）的ip地址，这些域名服务器
* 维护一个域名目录（如www.google.co.uk），并将它们翻译成ip地址
* @return boolean值，如果配置成功，返回true；
* 如果配置没成功（模块没处于station或者station+soft AP模式），返回false；
*/
bool config(IPAddress local_ip, IPAddress gateway, IPAddress subnet, IPAddress dns1 = (uint32_t)0x00000000, IPAddress dns2 = (uint32_t)0x00000000)注意点：
- 有着固定IP配置地址的station，通常会更快连接上网络，原因是通过DHCP client获得IP配置这一步被跳过了。如果你把三个参数（local_ip, gateway and subnet）设置为0.0.0.0，那么它会重新启动DHCP，这时你需要重新连接wifi以拿到最新的IP。
3.2 第二部分方法——管理连接
3.2.1 reconnect —— 重新连接网络
函数讲解：
/**
* 断开连接并且重新连接station到同一个AP
* @param void
* @return false or true
* 返回false，意味着ESP8266不处于STA模式或者说Station在此之前没有连接到一个可接入点。
* 返回true，意味着已经成功重新启动连接，但是用户仍应该去检测网络连接状态指导WL_CONNECTED。
*/
bool reconnect()案例使用：
/**
* 使用案例
*/
WiFi.reconnect();
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
{
delay(500);
Serial.print(".");
}3.2.2 disconnect —— 断开网络连接
函数讲解：
/**
* 断开wifi连接，设置当前配置SSID和pwd为null
* @param wifioff 可选参数，设置为true，那么就会关闭Station模式
* @return false or true 返回wl_status_t状态
*/
bool disconnect(bool wifioff = false);注意点：
- 调用该函数将会清掉之前最近一个连接点信息（wifi热点信息）。查看函数源码：
/**
* Disconnect from the network
* @param wifioff
* @return one value of wl_status_t enum
*/
bool ESP8266WiFiSTAClass::disconnect(bool wifioff) {
bool ret;
struct station_config conf;
/**以下两步为清除最近连接点信息*/
*conf.ssid = 0;
*conf.password = 0;
ETS_UART_INTR_DISABLE();
if(WiFi._persistent) {
wifi_station_set_config(&conf);
} else {
wifi_station_set_config_current(&conf);
}
ret = wifi_station_disconnect();
ETS_UART_INTR_ENABLE();
if(wifioff) {
WiFi.enableSTA(false);
}
return ret;
}- 对于STA模式下如果出现WiFi账号密码正确的前提下仍然连接不上WiFi热点，可以尝试在begin方法之前调用该方法。当然，博主建议在begin之前都尽量调用该方法。
3.2.3 isConnected —— 是否连接上网络
函数讲解：
/**
* 判断STA模式下是否连接上AP
* @return 如果STA连接上AP，那么就返回true
*/
bool isConnected();3.2.4 setAutoConnect —— 设置是否自动连接到最近接入点
函数讲解：
/**
* 当电源启动后，设置ESP8266在STA模式下是否自动连接flash中存储的AP
* @param autoConnect bool 默认是自动连接
* @return 返回保存状态 true or false
*/
bool setAutoConnect(bool autoConnect);3.2.5 getAutoConnect —— 判断是否设置了自动连接
函数讲解：
/**
* 检测ESP8266 station模式下是否启动自动连接
* @return 返回自动连接状态 true or false
*/
bool getAutoConnect();3.2.6 setAutoReconnect —— 设置是否自动重新连接到最近接入点
函数讲解：
/**
* 设置当断开连接的时候是否自动重连
* @param autoConnect bool
* @return 返回保存状态 true or false
*/
bool setAutoReconnect(bool autoReconnect);注意点：
- 如果在网络已经断开了之后才去设置setAutoReconnect(true)，这是无效的
3.2.7 waitForConnectResult —— 等待网络连接结果
函数讲解：
/**
* 等待直到ESP8266连接AP返回结果
* @return uint8_t 连接结果
* 1.WL_CONNECTED 成功连接
* 2.WL_NO_SSID_AVAIL 匹配SSID失败（账号错误）
* 3.WL_CONNECT_FAILED psw错误
* 4.WL_IDLE_STATUS 当wi-fi正在不同的状态中变化
* 5.WL_DISCONNECTED 这个模块没有配置STA模式
*/
uint8_t waitForConnectResult();3.3 第三部分方法——连接信息
提供一些关于这个连接的信息，包括MAC地址、IP地址等；
3.3.1 macAddress —— 获取mac地址
获取mac地址有2个函数，请看函数讲解：
/**
* 获取ESP station下的Mac地址
* @param mac uint8_t数组的指针，数组长度为Mac地址的长度，这里为6
* @return 返回uint8_t数组的指针
*/
uint8_t * macAddress(uint8_t* mac);
/**
* 获取ESP station下的Mac地址
* @return 返回String的Mac地址
*/
String macAddress();应用实例：
//实例代码1 这只是部分代码 不能直接使用
if (WiFi.status() == WL_CONNECTED)
{
uint8_t macAddr[6];
WiFi.macAddress(macAddr);
Serial.printf("Connected, mac address: %02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n", macAddr[0], macAddr[1], macAddr[2], macAddr[3], macAddr[4], macAddr[5]);
//Connected, mac address: 5C:CF:7F:08:11:17
}
//实例代码2 这只是部分代码 不能直接使用
if (WiFi.status() == WL_CONNECTED)
{
Serial.printf("Connected, mac address: %s\n", WiFi.macAddress().c_str());
////Connected, mac address: 5C:CF:7F:08:11:17
}3.3.2 localIP —— 获取IP地址
函数讲解：
/**
* 返回ESP8266 STA模式下的IP地址
* @return IP地址
*/
IPAddress localIP();应用实例：
//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
if (WiFi.status() == WL_CONNECTED)
{
Serial.print("Connected, IP address: ");
Serial.println(WiFi.localIP());
//Connected, IP address: 192.168.1.10
}3.3.3 subnetMask —— 获取IP地址
函数讲解：
/**
* 获取子网掩码的地址
* @return 返回子网掩码的IP地址
*/
IPAddress subnetMask();应用实例：
//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.print("Subnet mask: ");
Serial.println(WiFi.subnetMask());
//Subnet mask: 255.255.255.03.3.4 gatewayIP —— 获取网关地址
函数讲解：
/**
* 获取网关IP地址
* @return 返回网关IP地址
*/
IPAddress gatewayIP();应用实例：
//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.printf("Gataway IP: %s\n", WiFi.gatewayIP().toString().c_str());
//Gataway IP: 192.168.1.93.3.5 dnsIP —— 获取dns地址
函数讲解：
/**
* 获取DNS ip地址
* @param dns_no dns序列号
* @return 返回DNS服务的IP地址
*/
IPAddress dnsIP(uint8_t dns_no = 0);应用实例：
/实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.print("DNS #1, #2 IP: ");
WiFi.dnsIP().printTo(Serial);
Serial.print(", ");
WiFi.dnsIP(1).printTo(Serial);
Serial.println();
//DNS #1, #2 IP: 62.179.1.60, 62.179.1.613.3.6 hostname —— 获取host名字
函数讲解：
/**
* 获取ESP8266 station DHCP的主机名
* @return 主机名
*/
String hostname();3.3.7 hostname(name) —— 设置host名字
设置host名字，有3个可用函数，请看函数讲解：
/**
* 设置ESP8266 station DHCP的主机名
* @param aHostname 最大长度:32
* @return ok
*/
bool hostname(char* aHostname);
bool hostname(const char* aHostname);
bool hostname(String aHostname);应用实例：
//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.printf("Default hostname: %s\n", WiFi.hostname().c_str());
WiFi.hostname("Station_Tester_02");
Serial.printf("New hostname: %s\n", WiFi.hostname().c_str());
//Default hostname: ESP_081117
//New hostname: Station_Tester_023.3.8 status —— 获取当前wifi连接状态
函数讲解：
/**
* 返回wifi的连接状态
* @return 返回wl_status_t中定义的其中一值，wl_status_t在 wl_definitions.h中定义
*/
wl_status_t status();3.3.9 SSID —— 获取wifi网络的名字
函数讲解：
/**
* 返回当前通信网络的SSID
* @return SSID
*/
String SSID() const;应用实例：
//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.printf("SSID: %s\n", WiFi.SSID().c_str());
//SSID: sensor-net3.3.10 psk —— 获取wifi网络密码
函数讲解：
/**
* 返回当前通信网络的密码
* @return psk
*/
String psk() const;3.3.11 BSSIDstr —— 获取wifi网络macaddress
函数讲解：
/**
* 返回当前通信网络的mac地址
* @return bssid uint8_t *
*/
uint8_t * BSSID();
String BSSIDstr();应用实例：
//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.printf("BSSID: %s\n", WiFi.BSSIDstr().c_str());
//BSSID: 00:1A:70E:C1:683.3.12 RSSI —— 获取wifi网络的信号强度
函数讲解：
/**
* Return the current network RSSI.返回当前通信网络的信号强度，单位是dBm
* @return RSSI value
*/
int32_t RSSI();应用实例：
//实例代码 这只是部分代码 不能直接使用
Serial.printf("RSSI: %d dBm\n", WiFi.RSSI());
//RSSI: -68 dBm3.4 第四部分方法——智能配置
第四部分方法，提供一些备用远程配置方法去连接WiFi-Protected Setup（WPS）以及智能配置方法（SmartConfig）；
bool beginWPSConfig(void);
/**
* 启动 SmartConfig
*/
bool beginSmartConfig();
/**
* 停止 SmartConfig
*/
bool stopSmartConfig();
/**
* 查找SmartConfig状态来决定是否停止配置
* @return smartConfig Done
*/
bool smartConfigDone();这部分不是本篇的重点，暂时忽略，后续章节会详细讲解。
4. 实例操作
上面博主讲了一堆方法理论的知识，下面我们开始讲解操作实例，博主尽量都在代码中注释，直接看代码就好。
4.1 应用实例1
statin模式下，创建一个连接到可接入点（wifi热点），并且打印IP地址。
源码：
/**
* Demo1：
* statin模式下，创建一个连接到可接入点（wifi热点），并且打印IP地址
* @author 单片机菜鸟
* @date 2019/09/02
*/
#include <ESP8266WiFi.h>
#define AP_SSID "TP-LINK_5344" //这里改成你的wifi名字
#define AP_PSW "6206908you11011010"//这里改成你的wifi密码
//以下三个定义为调试定义
#define DebugBegin(baud_rate) Serial.begin(baud_rate)
#define DebugPrintln(message) Serial.println(message)
#define DebugPrint(message) Serial.print(message)
void setup(){
//设置串口波特率，以便打印信息
DebugBegin(115200);
//延时2s 为了演示效果
delay(2000);
DebugPrintln("Setup start");
//启动STA模式，并连接到wifi网络
WiFi.begin(AP_SSID, AP_PSW);
DebugPrint(String("Connecting to ")+AP_SSID);
//判断网络状态是否连接上，没连接上就延时500ms，并且打出一个点，模拟连接过程
//笔者扩展：加入网络一直都连不上 是否可以做个判断，由你们自己实现
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED){
delay(500);
DebugPrint(".");
}
DebugPrintln("");
DebugPrint("Connected, IP address: ");
//输出station IP地址，这里的IP地址由DHCP分配
DebugPrintln(WiFi.localIP());
DebugPrintln("Setup End");
}
void loop() {
}操作结果：
4.2 应用实例2
statin模式下，配置IP地址，网关地址，子网掩码，并且打印IP地址。
源码：
/**
* Demo2：
* statin模式下，配置IP地址，网关地址，子网掩码，并且打印IP地址
* @author 单片机菜鸟
* @date 2019/09/02
*/
#include <ESP8266WiFi.h>
#define AP_SSID "TP-LINK_5344" //这里改成你的wifi名字
#define AP_PSW "6206908you11011010"//这里改成你的wifi密码
//以下三个定义为调试定义
#define DebugBegin(baud_rate) Serial.begin(baud_rate)
#define DebugPrintln(message) Serial.println(message)
#define DebugPrint(message) Serial.print(message)
IPAddress staticIP(192,168,1,22);//固定IP地址
IPAddress gateway(192,168,1,9);//网关地址
IPAddress subnet(255,255,255,0);//子网掩码地址
void setup(){
//设置串口波特率，以便打印信息
DebugBegin(115200);
//延时2s 为了演示效果
delay(2000);
DebugPrintln("Setup start");
//启动STA模式，并连接到wifi网络
WiFi.begin(AP_SSID, AP_PSW);
DebugPrint(String("Connecting to ")+AP_SSID);
//配置网络
WiFi.config(staticIP,gateway,subnet);
//判断网络状态是否连接上，没连接上就延时500ms，并且打出一个点，模拟连接过程
//笔者扩展：加入网络一直都连不上 是否可以做个判断，由你们自己实现
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED){
delay(500);
DebugPrint(".");
}
DebugPrintln("");
DebugPrint("Connected, IP address: ");
//输出station IP地址，这里的IP地址理论上就是上面配置的
DebugPrintln(WiFi.localIP());
DebugPrintln("Setup End");
}
void loop() {
}操作结果：
4.3 应用实例3
statin模式下，创建一个连接到可接入点（wifi热点），并且打印station信息。
源码：
/**
* Demo3：
* statin模式下，创建一个连接到可接入点（wifi热点），并且打印station信息
* @author 单片机菜鸟
* @date 2019/09/02
*/
#include <ESP8266WiFi.h>
#define AP_SSID "TP-LINK_5344" //这里改成你的wifi名字
#define AP_PSW "6206908you11011010" //这里改成你的wifi密码
//以下三个定义为调试定义
#define DebugBegin(baud_rate) Serial.begin(baud_rate)
#define DebugPrintln(message) Serial.println(message)
#define DebugPrint(message) Serial.print(message)
void setup(){
//设置串口波特率，以便打印信息
DebugBegin(115200);
//延时2s 为了演示效果
delay(2000);
DebugPrintln("Setup start");
//启动STA模式，并连接到wifi网络
WiFi.begin(AP_SSID, AP_PSW);
//设置自动连接
WiFi.setAutoConnect(true);
//设置自动重连
WiFi.setAutoReconnect(true);
DebugPrint(String("Connecting to ")+AP_SSID);
//判断网络状态是否连接上，没连接上就延时500ms，并且打出一个点，模拟连接过程
//笔者扩展：加入网络一直都连不上 是否可以做个判断，由你们自己实现
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED){
delay(500);
DebugPrint(".");
}
DebugPrintln("");
DebugPrintln("rint Network Info:");
if (WiFi.status() == WL_CONNECTED){
//输出mac地址
DebugPrintln(String("Connected, mac address: ")+WiFi.macAddress().c_str());
//输出station IP地址，这里的IP地址由DHCP分配
DebugPrintln(String("Connected, IP address: ")+WiFi.localIP().toString());
//输出子网掩码地址
DebugPrintln(String("Subnet mask: ")+WiFi.subnetMask().toString());
//输出网关 IP地址
DebugPrintln(String("Gataway IP: ")+WiFi.gatewayIP().toString());
//输出hostname
DebugPrintln(String("Default hostname: ")+WiFi.hostname());
//设置新的hostname
WiFi.hostname("Station_host_博哥");
DebugPrintln(String("New hostname: ")+WiFi.hostname());
//输出SSID
DebugPrintln(String("SSID: ")+WiFi.SSID());
//输出psk
DebugPrintln(String("psk: ")+WiFi.psk());
//输出BSSID
DebugPrintln(String("BSSID: ")+WiFi.BSSIDstr());
//输出RSSI
DebugPrintln(String("RSSI: ") + WiFi.RSSI() + " dBm");
}
DebugPrintln("Setup End");
}
void loop() {
}操作结果：
注意点：
- 方法里面都是使用WiFi.xxxx，那么这个WiFi是什么鬼呢？楼主翻阅了源码，给大家找到了它的定义地方：
ESP8266WiFi.cpp文件的最后一行。
ESP8266WiFiClass WiFi;- 如果发现打印出来的信息不是期望的信息，可以尝试在方法后面加上toString，比如：
//举个例子
WiFi.SSID() 改成 WiFi.SSID().toString()5. 总结
本节主要是基于ESP8266WiFiSTA库来讲解Station模式下的函数使用，并且给大家提供了三个实例，至于更多例子我就不继续举例，只能说引导大家入门使用。
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