3 Formas de configurar o Wi-Fi no ESP8266

3 Formas de  configurar o Wi-Fi no ESP8266

O nosso famoso ESP8266 veio para ficar, cada vez mais este microcontrolador é utilizado para desenvolver dispositivos fantásticos, é verdade que o ESP pode ser utilizado como um simples MCU, mas é a sua capacidade de se ligar a uma rede Wi-Fi, faz dele a escolha perfeita no que toca dipositivos IoT.

Este artigo tem foco em três diferentes soluções que permitem programar o ESP de forma a que este se consiga ligar a uma rede Wi-Fi. É sabido que da primeira vez que o ESP é energizado este tem de conhecer ou vir a conhecer o SSID e a Password configurada no Access Point ao qual o queremos conectar de forma a fazer para da rede e ter acesso à Internet se assim for necessário.

Vamos então ver como implementar as três soluções, analisar cada uma delas e ponderar os prós e contras e cada uma delas.

Passemos ao caso mais simples, ao qual denomino de “Hard Coded”, esta é a forma mais utilizada por quem começa a utilizar o ESP nos seus projetos “caseiros”, é simples de implementar porque apenas temos que escrever diretamente no código o SSID e a Password da nossa rede Wi-Fi.

Bem se me perguntarem se seria um método que utilizasse, eu responderia que já utilizei, mas sempre procurei outras formas de tornar a configuração dinâmica.

Se olharmos para o código vamos perceber a simplicidade do mesmo:

Apenas temos de incluir a biblioteca que nos permite utilizar a Wi-Fi através de funções de alto nível <ESP8266WiFi.h>, no método setup que apenas corre uma vez no arranque do nosso ESP utilizamos a função WiFi.begin que recebe o SSID da rede à qualquer queremos ligar e a Password, a partir daqui a magia acontece e o nosso pequeno microcontrolador de 2 euros começa a tentar ligar-se ao Wi-Fi.

Podemos verificar no código, que existe um ciclo while que faz com que o processo de arranque não continue até que o WiFi.status seja igual a WL_CONNECTED.

Em relação ao espaço ocupado, verificamos no output da consola do IDE do Arduino que utiliza 248631 bytes, isto num ESP versão 01 com apenas 512K seria 49% do espaço disponível, felizmente existe a versão ESP12 que já trás 4M neste apenas estaríamos a consumir 23% do espaço disponível.

Em relação ao tempo que demora a ligar-se a uma rede Wi-Fi com uma força de sinal a rondar os 60%, aqui é gasto cerca de 14 segundos em média.

Passamos agora à segunda implementação, esta é uma das mais utilizadas em produtos IoT sejam protótipos ou versões comerciais.

Apareceu como uma forma “Easy” de configuração e utiliza técnicas avançadas que exploram as capacidades do sistema operativo no que toca a autoconfiguração (easy-conf).

O Wi-Fi Manager (https://github.com/tzapu/WiFiManager) é uma biblioteca open-source desenvolvida pelo Tzapu, esta transforma o nosso ESP num verdadeiro produto comercial capaz de ser configurado para se ligar a uma rede Wi-Fi sem grande dificuldade, permitindo assim ao consumidor final escolher a rede a que se quer ligar de uma forma simples sem ter que escrever uma única linha de código.

Vamos olhar para o código e perceber o que é possível fazer com esta maravilhosa biblioteca:

Neste exemplo começamos claro por utilizar novamente biblioteca <ESP8266WiFi.h>, pois é ela que contêm toda a lógica para utilizar o Wi-Fi, de seguida adicionamos duas bibliotecas de requisito obrigatório para que o Wi-Fi Manager compile corretamente, por fim adicionamos a biblioteca que nos irá facilitar a configuração <WiFiManager.h>.

Fazendo uma explicação superficial de cada uma das bibliotecas:

<DNSServer.h>, ativa serviços de DNS para que seja mais simples encontrar o nosso ESP na rede, os DNS apareceram para facilitar o acesso a dispositivos ligados uma rede TCP/IP, em vez de termos que decorar um IP 192.168... ou passar a rede a pente fino para descobrir que IP foi atribuído ao nosso ESP, com esta biblioteca podemos simplesmente aceder ao ESP utilizando o nome que que definimos no código seguido de .local, utilizando o código acima como exemplo vemos que na função wifiManager.autoConnect(“OMEUESP”), passamos a String OMEUSESP caso queiramos saber o IP dele ou verificar se está ativo na rede podemos fazer um ping a omeuesp.local e será devolvido o resultado do ping que contem o tempo que demorou e o IP do ESP.

Mais informações sobre o comando ping em https://pt.wikipedia.org/wiki/Ping.

<ESP8266WebServer.h>, como o nome indica esta biblioteca ativa funcionalidades de um Web Server, sim um Web Server a correr num chip que custa menos que um pastel de nata.

Este Web Server vai disponibilizar uma bela interface onde um utilizador que nada entende de linguagens de programação possa de forma simples escolher uma das redes detetadas pelo ESP e configurar a sua Password.

<Wi-FiManager.h>, por fim a biblioteca Wi-FiManager trata da inicialização de um Captive Portal para configurar e pesquisar redes disponíveis, também é esta biblioteca que decide se o ESP entra em Modo ACCESS POINT ou em Modo CLIENT, sendo que o modo AP serve para nos ligar a uma rede criada pelo nosso ESP com o nome que definimos, com base no exemplo acima seria OMEUESP.

Ao ligarmo-nos o nosso computador ou smartphone a essa rede, é automaticamente aberta uma janela de configuração (Captive Portal), por outro lado caso o ESP já se tenha ligado com sucesso a uma rede, esta deixa de aparecer e passa a funcionar apenas como se fosse mais um cliente na nossa rede.

Com uma breve explicação das bibliotecas passamos à parte interessante, o que acontece depois de termos carregado o código com o Wi-Fi Manager no nosso ESP8266.

Bem se ainda tivermos o nosso ESP ligado ao USB do nosso computador, podemos carregar na Serial Console do Arduino e “cuscar” o que está a acontecer.

Analisando o log vemos que existe uma tentativa de se ligar como cliente, mas como é normal ele ainda não tem nenhuma rede gravada e o resultado é 1, o que quer dizer que falhou a ligação, em consequência disso ele inicializa-se em modo Access Point e cria uma rede chamada OMEUESP no caso do nosso exemplo, o IP 192.168.4.1 é sempre o mesmo e apenas existe para o caso de algum sistema operativo não suportar Captive Portal, fazendo com que tenhamos em alternativa usar esse IP no nosso browser para configurar o ESP, bem aqui já vemos um pequeno contratempo mas por experiência própria o Captive Portal abre em 99% das vezes.

Então se o nosso ESP está em modo Access Point é possível detetar o mesmo e ligarmos-mos a ele através do nosso smartphone ou portátil.

Após uma conexão à rede criada é automaticamente aberto um portal no nosso computador, para quem já se ligou a Hot-spots públicos vai reconhecer o método.

Depois basta clicarmos no botão Configure WiFi e escolher a rede.

Resumindo a partir daqui o nosso ESP fica ligado a rede Wi-Fi configurada e pode ser reiniciado que não perde as configurações, caso a Rede deixe de existir ou a password altere ele entra em modo de configuração automaticamente.

Comparando com o método HardCoded, este utiliza mais 15% do espaço do nosso ESP em relação a anterior, a velocidade de ligação pós configuração ronda em média os 16 segundos face aos anteriores 14 segundos, no entanto tudo isso compensa porque oferece uma forma muito versátil de configurar e disponibiliza documentação bastante detalhada.

Se és programador e estas a pensar se é possível alterar o Captive Portal de forma a espelhar a tua marca, a resposta é sim claro, o código fonte está disponível no GitHub e só tens de fazer HTML simples J.

Agora perto do fim deixamos o melhor para terminar em grande.

A ultimo método que vou demonstrar utiliza um protocolo nativo da EspressIf, os construtores do ESP8266.

Só agora é que se começa a falar mais nele, pois a documentação acerca do ESP8266 começa a ser mais rica e escrita em Inglês, quando este foi lançado apenas existia pouca coisa, o que se encontrava estava em chinês, por isso como qualquer grande programador a malta deixou a documentação de lado e começou a criar formas de configurar o ESP vimos a versão HardCoded e outra utilizando a biblioteca Wi-Fi Manager, bom mas quem desenvolveu este fabuloso microcontrolador com Wi-Fi, pensou muito bem como é que este podia ser configurado de forma simples e é aqui que entra o protocolo ESP-TOUCH.

Este protocolo é desenvolvido diretamente pela ExpressIf e é suportado nativamente pelos ESP8266, permite uma rápida configuração de um ou milhares de ESP’s ao mesmo tempo e não obriga a termos de nos ligar a ele para o configurar... sim podes estar a achar estranho, mas no fim do ESP entrar em modo SmartConfig, fica a escuta de uma ligação UDP que trás a configuração cifrada para o acesso à rede Wi-Fi.

Para implementarmos este protocolo a EspressIf disponibiliza o SDK para criarmos aplicações capazes de criar essa ligação UDP e cifrar o conteúdo de forma a que apenas o ESP o entenda.

A documentação oficial pode ser encontrada em https://www.espressif.com/sites/default/files/30b-esp-touch_user_guide_en_v1.1_20160412_0.pdf

Os SDK para desenvolver aplicações para IOS ou Android podem ser encontradas em

https://github.com/EspressifApp/

Se não quiserem desenvolver a vossa própria App, existem disponíveis na App Store ou na Play Store, basta pesquisar por “ESP Smart Config” estas são free.

Imagem retirada da documentação oficial que exemplifica a arquitetura de comunicação utilizada pelo protocolo ESP-TOUCH, podemos constatar que não existe ligação direta entre o smartphone e o ESP, o que torna este método maravilhoso face ao anterior que tinhamos de andar a trocar de Redes Wi-Fi, confundindo assim o utilizador menos experiente.

Com o ESP-TOUCH o utilizador não tem de se desligar da sua rede Wi-Fi já configurada no seu smartphone, apenas tem de abrir a App SmartConfig e digitar a Password da sua Rede Wi-Fi.

                     

     

Deixando então a parte a configuração, vamos analisar o código que temos de colocar no ESP para ter o ESP-TOUCH a bombar.

Nesta versão voltamos apenas a necessitar da biblioteca base do <ESP8266WiFi.h>, o que é ótimo para uma otimização de espaço utilizado, com o ESP-TOUCH utilizamos 7% a mais face à versão HardCoded e menos 8% face ao WiFiManager.

Para este modo funcionar o ESP tem de estar em Modo Station e isso é conseguido utilizando a função WiFi.mode(WIFI_STA), após isso damos inicio à configuração “Smart” com a função WiFi.beginSmartConfig(), o ciclo while já é conhecido do método HardCoded e serve apenas para não deixar o processamento avançar até que o ESP tenha ligação ao Wi-Fi.

Notas importantes sobre o código acima, da forma que está sempre que o ESP fizer restart fica em modo SmartConfig, para isso é necessário implementar algum código extra de forma a detetar se já existe alguma configuração prévia, e se sim então tentar usar primeiro a mesma, caso esta falhe ai sim colocamos em modo SmartConfig.

Deixo apenas um exemplo de como seria uma implementação com time out e reciclagem de configurações prévias.

Concluindo, a versão HardCoded é ótima para quando estamos a desenvolver algo que queremos apenas testar naquele instante, isto porque não consome nenhum tempo de configuração extra, o WiFi Manager é ótimo para desenvolvermos um produto que possa ser configurado de forma minimamente simples, no entanto sofre de alguns Bugs, algumas vezes após ser configurado com sucesso não desativa o modo AP, criando alguma entropia no nosso router/ap, o facto de termos que trocar de rede para o configurar baralha utilizados menos experientes e temos de configurar um ESP de cada vez, por fim o ESP-TOUCH é uma forma mais simples de configurar mas obrigada o utilizador a instalar um APP no seu smartphone, no entanto podemos configurar dezenas ao mesmo tempo com um só clique na App.

Com todos estes prós e contras penso que a escolha do método tem de ir de encontro ao que queremos desenvolver, por isso nenhum deles deve ser deixado ao acaso.

Fica uma tabela que tenho alimentado ao longo das minhas experiências com alguns comparativos de cada um deles.

Espero que isto tenha ajudado :), alguma duvida é só perguntarem. Um Grande Abraço e grandes engenhocas :).

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