Librería ESP8266WIFI Arduino

La librería WiFi para ESP8266 ha sido desarrollada basándose en el SDK de ESP8266, usando nombres convencionales y la filosofía de funcionalidades generales de la librería WiFi de Arduino. Con el tiempo, la riqueza de las funciones WiFi del SDK de ESP8266 pasadas a ESP8266/Arduino superan a la librería WiFi de Arduino y se hizo evidente que tenemos que proporcionar documentación por separado sobre lo que es nuevo y extra.

Esta documentación lo guiará a través de varias clases, métodos y propiedades de la librería ESP8266WiFi. Si eres nuevo en C++ y Arduino, no te preocupes. Comenzaremos por conceptos generales y luego pasaremos a la descripción detallada de los miembros de cada clase en particular, incluidos los ejemplos de uso.

Comienzo rápido

Esperamos que ya esté familiarizado con la carga del sketch Blink.ino en el módulo ESP8266 y obtenga el LED parpadeando. 

Para conectar el módulo ESP al WiFi (como conectar un teléfono móvil a un punto caliente), solo necesita un par de líneas de código:

#include <ESP8266WiFi.h>void setup(){   Serial.begin(115200);   Serial.println();    WiFi.begin("nombre-red", "contraseña-red");    Serial.print("Conectando");   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)   {     delay(500);     Serial.print(".");   }   Serial.println();    Serial.print("Conectado, dirección IP: ");   Serial.println(WiFi.localIP());}void loop() {}

En la línea WiFi.begin("nombre-red", "contraseña-red") reemplace nombre-red y contraseña-red con el nombre y contraseña a la red WiFi que quiere conectarse. Entonces suba el sketch al módulo ESP y abra el Monitor Serie. Deberías ver algo como:

Registro de conexión en el Monitor Serie del IDE Arduino

¿Como funciona? En la primera línea del boceto #include <ESP8266WiFi.h> estamos incluyendo la librería ESP8266WiFi. Esta librería proporciona las rutinas específicas WiFi de ESP8266 a las que llamamos para conectarse a la red.

La conexión real a WiFi se inicia llamando al:

WiFi.begin("nombre-red", "contraseña-red");

El proceso de conexión puede demorar unos segundos, así que comprobamos que esto se complete en el siguiente ciclo:

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED){   delay(500);   Serial.print(".");}

El bucle while() seguirá en bucle mientras WiFi.status() no es WL_CONNECTED. El ciclo saldrá solo si el estado cambia a WL_CONNECTED.

La última línea imprimirá la dirección IP asignada al módulo ESP por DHCP:

Serial.println(WiFi.localIP());

Si no ve la última línea sino solo más y más puntos ``……… ``, entonces probablemente el nombre o la contraseña de la red WiFi en el sketch son incorrectos. Verifique el nombre y la contraseña conectando desde cero a esta WiFi una PC o un teléfono móvil. Nota: si la conexión se establece y luego se pierde por algún motivo, ESP se reconectará automáticamente al último punto de acceso utilizado una vez que vuelva a estar en línea. Esto se hará automáticamente mediante la librería WiFi, sin intervención del usuario. Eso es todo lo que necesita para conectar su ESP8266 al WiFi. En los siguientes capítulos, explicaremos qué cosas interesantes se pueden hacer con ESP una vez conectados.

Quien es quien

Los dispositivos que se conectan a la red WiFi se llaman estaciones (STA). La conexión a WiFi es proporcionada por un punto de acceso (AP), que actúa como un centro para una o más estaciones. El punto de acceso en el otro extremo está conectado a una red cableada. Un punto de acceso generalmente se integra con un router para proporcionar acceso desde la red WiFi a Internet. Cada punto de acceso es reconocido por un SSID (Service Set IDentifier), que esencialmente es el nombre de la red que usted selecciona cuando conecta un dispositivo (estación) al WiFi.

El módulo ESP8266 puede funcionar como una estación, por lo que podemos conectarlo a la red WiFi. Y también puede funcionar como un punto de acceso wireless (SoftAP), para establecer su propia red WiFi. Por lo tanto, podemos conectar otras estaciones a dicho módulo ESP. ESP8266 también puede operar tanto en modo estación como en modo punto de acceso. Esto proporciona la posibilidad de construir, p. ej. redes de malla.

ESP8266 operando en modo Estación + Punto de Acceso

La biblioteca ESP8266WiFi proporciona una amplia colección de métodos C++ y propiedades o atributos para configurar y operar un módulo ESP8266 en modo estación y/o punto de acceso. Se describen en los siguientes capítulos.

Descripción de la clase

La librería ESP8266WiFi se divide en varias clases. En la mayoría de los casos, al escribir el código, el usuario no está interesado en esta clasificación. Lo usamos para dividir la descripción de esta librería en piezas más manejables.

Índice de clases de la librería ESP8266WiFi

Los siguientes capítulos describen todas las llamadas a funciones ( métodos y propiedades en términos C++) enumerados en clases particulares de ESP8266WiFi. La descripción se ilustra con ejemplos de aplicaciones y fragmentos de código para mostrar cómo usar las funciones en la práctica. La mayoría de esta información se divide en documentos separados. Por favor, sigue para acceder a ellos.

Station

El modo estación (STA) se utiliza para conectar el módulo ESP a una red WiFi establecida por un punto de acceso.

ESP8266 operando en modo estación

La clase de estación tiene varias características para facilitar la administración de la conexión WiFi. En caso de que se pierda la conexión, el ESP8266 se volverá a conectar automáticamente al último punto de acceso utilizado, una vez que esté nuevamente disponible. Lo mismo ocurre en el reinicio del módulo. Esto es posible ya que ESP guarda las credenciales al último punto de acceso utilizado en la memoria flash (no volátil). Usando los datos guardados, ESP también se volverá a conectar si se modificó el sketch, si el código no altera el modo WiFi o las credenciales.

Punto de Acceso Wireless

Un punto de acceso inalámbrico (AP) es un dispositivo que proporciona acceso a la red WiFi a otros dispositivos (estaciones) y los conecta a una red cableada. ESP8266 puede proporcionar una funcionalidad similar, excepto que no tiene interfaz para una red cableada. Tal modo de operación se llama punto de acceso SoftAP. La cantidad máxima de estaciones que pueden estar simultaneamente conectadas al SoftAP puede establecerse de 0 a 8, pero por defecto es 4.

ESP8266 operando en modo Punto de acceso SoftAP

El modo SoftAP se usa a menudo y es un paso intermedio antes de conectar ESP a una red WiFi en modo estación. Esto es cuando el SSID y la contraseña de dicha red no se conocen por adelantado. ESP primero arranca en modo SoftAP, para que podamos conectarnos a él usando un ordenador portátil o un teléfono móvil. Luego, podemos proporcionar credenciales a la red objetivo. Una vez hecho esto, ESP se cambia al modo estación y se puede conectar al WiFi objetivo.

Otra aplicación práctica del modo SoftAP es configurar una red mallada. ESP puede funcionar tanto en modo SoftAP como en modo Estación para que pueda actuar como un nodo de una red mallada.

Scan

Para conectar un teléfono móvil a un punto de acceso público, normalmente abre la aplicación de configuración de Wi-Fi, enumera las redes disponibles y elige el punto de acceso que necesita. Luego ingresa una contraseña (o no) y estás dentro. Puedes hacer lo mismo con ESP. La clase de escaneo implementa la funcionalidad del escaneo y la lista de redes disponibles en el rango.

Client

La clase Client crea clientes que puede acceder a servicios proporcionados por servidores para enviar, recibir y procesar datos.

ESP8266 operando como Cliente

Cliente Seguro axTLS - OBSOLETO

La siguiente sección detalla axTLS, la biblioteca TLS más antigua utilizada por el proyecto. Todavía se admite, pero generalmente no se realizarán correcciones y documentación adicionales. Consulte la siguiente sección para el objeto cliente TLS actualizado.

El cliente seguro axTLS es una extensión de la clase Client donde la conexión y el intercambio de datos con los servidores se hace usando un protocolo seguro. Es compatible con TLS 1.1. El TLS 1.2 no es compatible.

Las aplicaciones seguras tienen una sobrecarga adicional de memoria (y procesamiento) debido a la necesidad de ejecutar algoritmos de criptografía. Cuanto más fuerte sea la clave del certificado, más gastos generales se necesitan. En la práctica, no es posible ejecutar más de un único cliente seguro a la vez. El problema se refiere a la memoria RAM que no podemos agregar, el tamaño de la memoria flash por lo general no es el problema. Si desea aprender cómo se ha desarrollado la librería de Client Secure, qué servidores se han probado y cómo se han superado las limitaciones de la memoria, lea el fascinante informe de problemas #43.

Cliente seguro BearSSL y servidor seguro

BearSSL::WiFiClientSecure y BearSSL::WiFiServerSecure son extensiones de las clases estandar Client y Server donde la conexión y el intercambio de de datos con servidores y clientes utilizan un protocolo seguro. Soporta TLS 1.2 utilizando una amplia variedad de cifrados modernos, hashes y tipos de clave.

ESP8266 operando como Cliente seguro

Los clientes y servidores seguros requieren cantidades significativas de memoria y procesamiento adicionales para habilitar sus algoritmos criptográficos. En general, solo se puede procesar una única conexión segura de servidor o cliente a la vez, dada la poca memoria RAM presente en el ESP8266, pero existen métodos para reducir este requisito de memoria RAM que se detalla en las secciones correspondientes.

BearSSL::WiFiClientSecure contiene mas información sobre el uso y configuración de conexiones TLS.

BearSSL::WiFiServerSecure discute el modo servidor TLS disponible. Por favor lea y entienda primero BearSSL::WiFiClientSecure ya que el servidor usa la mayoría de los mismos conceptos.

Server

La clase de Server crea Servidores que proporcionan funcionalidad a otros programas o dispositivos, llamados Clientes.

ESP8266 operando como Servidor

Los clientes se conectan para enviar y recibir datos y acceder a la funcionalidad provista.

UDP

La clase UDP permite el envío y recepción de mensajes User Datagram Protocol (UDP). El UDP usa un modelo de transmisión simple de «disparar y olvidar» sin garantía de entrega, pedido o protección duplicada. UDP proporciona sumas de comprobación para la integridad de datos y números de puertos para direccionar diferentes funciones a la fuente y el destino del datagrama.

Generic

Hay varias funciones ofrecidas por el SDK de ESP8266 y no están presentes en la biblioteca Arduino WiFi. Si una función no encaja en una de las clases discutidas anteriormente, probablemente estará en la Clase Genérica. Entre ellas se encuentra el controlador para gestionar eventos WiFi como conexión, desconexión u obtención de una IP, cambios en el modo WiFi, funciones para gestionar el modo de suspensión del módulo, nombre de host para una resolución de dirección IP, etc.

Diagnóstico

Hay varias técnicas disponibles para diagnosticar y solucionar problemas al conectarse a WiFi y mantener la conexión activa.

Comprobar los códigos devueltos

Casi todas las funciones descritas en los capítulos anteriores devuelven información de diagnóstico.

Tal diagnóstico se puede proporcionar como un simple booleano, true o false, para indicar el resultado de la operación. Puede verificar este resultado como se describe en los ejemplos, por ejemplo:

Serial.printf("Modo WiFi establecido a WIFI_STA %s\n", WiFi.mode(WIFI_STA) ? "" : "Falló!");

Algunas funciones proporcionan más que solo una información binaria. Un buen ejemplo es WiFi.status().

Serial.printf("Estado de la conexión: %d\n", WiFi.status());

Esta función devuelve los siguientes códigos para describir lo que está sucediendo con la conexión WiFi:

• • 0 : WL_IDLE_STATUS cuando WiFi está en proceso de cambio de estado

  • 1 : WL_NO_SSID_AVAIL en caso de que no se pueda alcanzar el SSID configurado

  • 3 : WL_CONNECTED después de establecida una conexión exitosa

  • 4 : WL_CONNECT_FAILED si la contraseña es incorrecta

  • 6 : WL_DISCONNECTED si el módulo no está configurado en modo estación

Es una buena práctica mostrar y verificar la información devuelta por las funciones. El desarrollo de aplicaciones y la resolución de problemas serán así más fáciles.

Usar printDiag

Hay una función específica disponible para imprimir la información clave de diagnóstico del WiFi:

WiFi.printDiag(Serial);

Una salida de muestra de esta función se ve de la siguiente manera:

Mode: STA+AP PHY mode: N Channel: 11 AP id: 0 Status: 5 Auto connect: 1 SSID (10): sensor-net Passphrase (12): 123!$#0&*esP BSSID set: 0

Utilice esta función para proporcionar una instantánea del estado de Wi-Fi en partes del código de la aplicación, que sospecha que puede estar fallando.

Activar el diagnóstico WiFi

Por defecto, la salida de diagnóstico de las librerías WiFi están desactivadas cuando se invoca Serial.begin. Para habilitar nuevamente la salida de depuración, llame a Serial.setDebugOutput(true). Para redirigir la salida de depuración a Serial1, llame a Serial1.setDebugOutput(true). Para obtener más detalles sobre el diagnóstico con puertos serie, consulte la documentación.

A continuación se muestra un ejemplo de salida para el sketch de muestra discutido mas arriba en Inicio rápido con Serial.setDebugOutput(true):

Conectandoscandonestate: 0 -> 2 (b0)state: 2 -> 3 (0)state: 3 -> 5 (10)add 0aid 1cntconnected with sensor-net, channel 6dhcp client start...chg_B1:-40...ip:192.168.1.10,mask:255.255.255.0,gw:192.168.1.9.Conectado, dirección IP: 192.168.1.10

El mismo sketch sin Serial.setDebugOutput(true) imprimirá lo siguiente:

Conectando....Conectado, dirección IP: 192.168.1.10

Activar Debug en el IDE

El IDE Arduino provee métodos para activar la depuración para librerías específicas.

¿Que hay dentro?

Si desea analizar en detalle qué hay dentro de la librería ESP8266WiFi, vaya directamente a la carpeta ESP8266WiFi del repositorio ESP8266/Arduino en GitHub.

Para facilitar el análisis, en lugar de buscar en el encabezado individual o en los archivos fuente, use una de las herramientas gratuitas para generar documentación automáticamente. 

Ejemplo de documentación preparada con Doxygen

La herramienta rastrea todos los archivos de encabezado y fuente, recopilando información de los bloques de comentarios formateados. Si el desarrollador de una clase particular anotó el código, lo verá como en los ejemplos a continuación.

Ejemplo de documentación para el método begin STA por Doxygen

Ejemplo de documentación para la propiedad hostname por Doxygen

Si el código no está anotado, aún verá el prototipo de la función, incluidos los tipos de argumentos y puede usar los enlaces proporcionados para ir directamente al código fuente para verificarlo por su cuenta. Doxygen proporciona una navegación realmente excelente entre los miembros de la librería.

Ejemplo de documentación para el método begin UDP (no anotado en el código) por Doxygen