ESP32 之 ESP-IDF 教学（十一）WiFi篇—— WiFi两种模式

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一、ESP32 WIFI介绍
二、WiFi 的启动（STA 及 AP 模式）
- 1. WiFi STA 模式（连接到其他设备的热点）
  - (1) 步骤及API简介
  - (2) 代码示例
- 2. WiFi AP 模式（ESP32作为热点供其他设备链接）
三、STA模式下扫描外部WiFi
- 1. 步骤
- 2. 代码示例

本文章 来自原创专栏《ESP32教学专栏 (基于ESP-IDF)》，讲解如何使用 ESP-IDF 构建 ESP32 程序，发布文章并会持续为已发布文章添加新内容！ 每篇文章都经过了精打细磨！

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一、ESP32 WIFI介绍

Wi-Fi 库支持配置及监控 ESP32 Wi-Fi 连网功能。

支持配置：

基站模式（即 STA 模式或 Wi-Fi 客户端模式），此时 ESP32 连接到接入点 (AP)。
AP 模式（即 Soft-AP 模式或接入点模式），此时基站连接到 ESP32。
AP-STA 共存模式（ESP32 既是接入点，同时又作为基站连接到另外一个接入点）。
上述模式的各种安全模式（WPA、WPA2 及 WEP 等）。
扫描接入点（包括主动扫描及被动扫描）。
使用混杂模式监控 IEEE802.11 Wi-Fi 数据包。

二、WiFi 的启动（STA 及 AP 模式）

1. WiFi STA 模式（连接到其他设备的热点）

(1) 步骤及API简介

① 初始化nvs_flash
② 初始化esp_netif
③ 创建事件循环event_loop —— event_loop是esp32库的一种事件处理模式，中文曰“事件循环”
④ 初始化、配置WiFi并启动
⑤ 事件处理（使用第③步创建的事件循环）

(2) 代码示例

① 初始化nvs_flash

#include <nvs_flash.h>

...
	...
	/*尝试初始化一次nvs_flash*/
    esp_err_t err = nvs_flash_init();
    if(err == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || err == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND){
    /*第一次初始化失败, 检查错误, 处理错误, 重新初始化*/
        nvs_flash_erase();
        err = nvs_flash_init();
    }
    ESP_ERROR_CHECK(err);
    ...
...

② 初始化esp_netif

#include "esp_netif.h"
____________

esp_netif_t *pEsp_wifi_netif;

esp_netif_init();

/*创建wifi sta模式的默认netif, 返回一个指针*/
pEsp_wifi_netif = esp_netif_create_default_wifi_sta();

/* (非必须) 这行代码是修改ESP32的主机名, 即WiFi设备名, 连接其他WiFi时显示的名称 */
esp_netif_set_hostname(esp_wifi_netif, "Augtons");// 不建议使用汉字

上述代码第 6 行函数esp_netif_create_default_wifi_sta()是必要的，只不过函数返回值可以在不需要的时候忽略（本文我们借助这个创建得到的esp_netif对象来修改了主机名为Augtons，因此保留了这个返回值）

③ 初始化event_loop

#include "esp_event.h"
_____________________

esp_event_loop_create_default();

esp_event_handler_instance_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID,
									想要用于处理事件的函数, NULL, &wifi_handler);
esp_event_handler_instance_register(IP_EVENT, IP_EVENT_STA_GOT_IP,
									想要用于处理时间的函数, NULL, &ip_handler));

代码解析：

① esp_event_loop_create_default(); 函数用于创建一个默认的事件循环（同一个esp32程序中可以有多个event_loop，这里使用默认的事件循环）
② esp_event_handler_instance_register() 函数解析见下：

函数名	`esp_event_handler_instance_register()`
函数原型	esp_err_t esp_event_handler_instance_register(esp_event_base_t event_base, int32_t event_id, esp_event_handler_t event_handler, void event_handler_arg, esp_event_handler_instance_t instance)
含义	将事件处理程序的实例注册到默认循环。
返回值	esp_err_t
参数	`event_base`类型为：`esp_event_base_t`；表示事件基，代表事件的大类（如WiFi事件，IP事件等） `event_id`类型为：`int32_t`；表示事件ID，即事件基下的一个具体事件（如WiFi连接丢失，IP成功获取） `event_handler`类型为：`esp_event_handler_t`；表示一个handler函数（模板请见第⑤步） `event_handler_arg`类型为：`void`；表示需要传递给handler函数的参数 `instance`类型为：`esp_event_handler_instance_t`指针；[输出]表示此函数注册的事件实例对象，用于生命周期管理（如删除`unrigister`这个事件handler）

④ 初始化、配置WiFi并启动

注意：下文的代码实例只展示了最简单的wifi连接代码，实际上第4行配置的结构体下的sta还有很多成员，这里不再细讲

#include "driver/wifi.h"
/* 第一步, WiFi初始化 */
/*
	这个宏 WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT() 可以初始化一 			
	个wifi_init_config(wifi初始化配置)结构体为默认值
*/
wifi_init_config_t wifi_init_config = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
esp_wifi_init(&wifi_init_config);

/* 第二步, WiFi配置 */
wifi_config_t wifi_config = {
    .sta = {
        .ssid = "WiFi_SSID",   // wifi名（ssid）
        .password = "password",// wifi密码
    }
};
esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &wifi_config);
esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA);  // 设置工作模式

/* 第三步, 启动WiFi */
esp_wifi_start();

⑤ 事件处理（使用第③步创建的事件循环）

这里这个函数就是第 ③ 步注册的事件循环handler函数。
handler函数模板如下：

void xxx(void *arg, esp_event_base_t eventBase, int32_t eventID, void *eventData) {
/*
	函数参数一：arg。表示传递给handler函数的参数，在第三步register函数里声明
	函数参数二，eventBase，表示事件基，详见第三步函数esp_event_handler_instance_register()解析
	函数参数三：eventID，表示事件ID，详见第三步函数esp_event_handler_instance_register()解析
	函数参数四，表示传递给这个事件的数据。例如：
		例如事件基 IP_EVENT 下的 IP_EVENT_STA_GOT_IP 事件会把获取到的IP地址传递过来，见下方示例。
*/
}

下面为WiFi事件处理的一个简单的handler函数。
处理的事件：

事件基	事件	含义
WiFi_EVENT	WIFI_EVENT_STA_START	WiFi启动成功
WiFi_EVENT	WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED	WiFi连接断开/连接失败
IP_EVENT	IP_EVENT_STA_GOT_IP	WiFi连接成功并获取到IP地址

void wifi_event_handler(void *arg, esp_event_base_t eventBase, int32_t eventID, void *eventData){
    ip_event_got_ip_t *ip = eventData;
    if(eventBase == WIFI_EVENT){
        switch (eventID) {
            default:    break;
            case WIFI_EVENT_STA_START:
                printf("WIFI_STARTED!\n");
                esp_wifi_connect(); break;
            case WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED:
                ESP_LOGI("user", "Connect failed\n"); 
                esp_wifi_connect();	break;

        }
    }else if(eventBase == IP_EVENT){
        if(eventID == IP_EVENT_STA_GOT_IP){
            printf("connected, got ip: "IPSTR"\n", IP2STR(&ip->ip_info.ip));
            
            //dosomething
            //例如：使用任务通知xTaskNotifyGive(任务句柄);来唤醒一个任务等
            
        }
    }
}

当WIFI_EVENT_STA_START发生即WiFi启动成功之后，我们就连接WiFi。
当WIFI_EVENT_STA_DISCONNECT发生即WiFi断开连接/连接失败后，我们就尝试重新连接
当IP_EVENT_STA_GOT_IP发生即WiFi连接成功并获取到IP地址之后，我们就在屏幕上打印出获取到的IP地址
printf("connected, got ip: "IPSTR"\n", IP2STR(&ip->ip_info.ip));
然后做其他的事情

2. WiFi AP 模式（ESP32作为热点供其他设备链接）

AP模式的WiFi与STA模式极其类似：
不同的是，在进行WiFi配置时wifi_config_t结构体用法会改变。

wifi_config_t wifi_config = {
    .ap = {
        .ssid = "your_ssid",
        .ssid_len = strlen("your_ssid"),
        .channel = EXAMPLE_ESP_WIFI_CHANNEL,
        .password = "password",
        .max_connection = EXAMPLE_MAX_STA_CONN,
        .authmode = WIFI_AUTH_WPA_WPA2_PSK
    },
};

剩余的代码，读者可以参考 ESP-IDF 的官方示例

三、STA模式下扫描外部WiFi

1. 步骤

在上一步WiFi启动之后，我们就能进行扫描附近的WiFi了
这里需要了解 3 个相关的API函数
esp_wifi_scan_start()
esp_wifi_scan_get_ap_num()
esp_wifi_scan_get_ap_records()

函数名	`esp_wifi_scan_start()`
函数原型	esp_err_t esp_wifi_scan_start(const wifi_scan_config_t *config, bool block)
含义	开始扫描WiFi，扫描附近所有可用的AP。
返回值	esp_err_t
参数	`config`类型为：`const wifi_scan_config_t`指针；表示一个用于配置扫描参数的结构体的指针　　【此参数可为NULL】NULL表示扫描全部WiFi* `block`类型为：`bool`；表示是否要阻塞。为true表示此函数将阻塞直到扫描完成。为false表示此函数将要立即返回（扫描结束通过事件循环来传递结果）

函数名	`esp_wifi_scan_get_ap_num()`
函数原型	esp_err_t esp_wifi_scan_get_ap_num(uint16_t *number)
含义	获取扫描到的AP个数
返回值	esp_err_t
参数	`*number`类型为：`uint16_t`指针；表示用于储存扫描个数的变量的指针

函数名	`esp_wifi_scan_get_ap_records()`
函数原型	esp_err_t esp_wifi_scan_get_ap_records(uint16_t number, wifi_ap_record_t ap_records)
含义	获取扫描到的AP
返回值	esp_err_t
参数	`number`类型为：`uint16_t`；【既可输入又可输出】输入读取扫描记录的期望数量，例如预先分配的数组长度。输出实际扫描到的AP个数 `ap_records`类型为：`wifi_ap_record_t`指针；表示存放扫描结果的数组

2. 代码示例


TaskHandle_t wifi_scan_handle;	
// 上边的这个变量储存了创建的wifi扫描任务句柄
// 对应下边示例的函数 task_wifi_scan(void *arg)


void wifi_event_handler(void *arg, esp_event_base_t eventBase, int32_t eventID, void *eventData){
    
    ...
    
    if(eventBase == WIFI_EVENT){
        if(eventID == WIFI_EVENT_STA_START){
            // printf("WiFi 已启动");

			// 向WiFi扫描任务发送任务通知，通知WiFi启动成功，可以开始扫描了 (这里的任务通知相当于一个二值信号量)
            xTaskNotifyGive(wifi_scan_handle);	
        }
    }
}


void task_wifi_scan(void *arg){
	// 等待来自event_handler发来的任务通知，在等到通知之前，此任务进入阻塞状态。知道接收到WiFi启动成功的通知之后才开始往下执行。
    ulTaskNotifyTake(pdTRUE, portMAX_DELAY);

    uint16_t num;
    wifi_ap_record_t records[8];

    esp_wifi_scan_start(NULL, true);
    esp_wifi_scan_get_ap_num(&num);
    if(num > 8){
        num = 8;	// if 的目的是如果扫描到了8个以上的WiFi，则只保留前8个
    }
    esp_wifi_scan_get_ap_records(&num, records);
    if(num > 8){
        num = 8;	// if 的目的同上
    }

	// 这个for循环是用来将RSSI信号强度，转换成信号等级。
	// 如 rssi_level == 5 时，表示WiFi满格
    for(int i = 0; i < num; i++){
        uint8_t rssi_level = 0;
        switch (records[i].rssi) {
            case -100 ... -88:
                rssi_level = 1; break;
            case -87 ... -77:
                rssi_level = 2; break;
            case -76 ... -66:
                rssi_level = 3; break;
            case -65 ... -55:
                rssi_level = 4; break;
            default:
                if(records[i].rssi < -100){
                    rssi_level = 0;
                }else{
                    rssi_level = 5;
                }
                break;
        }

	// 逐条打印扫描到的WiFi
        printf("—————【第 %2d 个WiFi】———————\n", i+1);
        printf("WiFi名称: %s\n", records[i].ssid);
        printf("信号强度: %d格\n", rssi_level);
        printf("WiFi: 安全类型: %d\n\n", records[i].authmode);
    }

    vTaskDelete(NULL);
}