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基於ESP32的多協定WiFi透傳模組

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本專案為基於樂鑫 ESP32-pico-d4 晶片的無線模組，具有多種通訊協定介面：UART、SPI。設計初衷是為了方便智慧車比賽攝影機演算法的調試，透過與上位機配合降低調試難度。

esp32硬體支援5Mbps UART和10Mbps SPI從機

該模組的特點之一是可以兼容珠飛無線串口接口，具有硬體流控功能，可以直接使用珠飛無線串口驅動實現單向通信，省去了車友測試的麻煩這個模組。需要重新打板，目前只支援單向傳輸到上位機

本專案軟硬體比較粗糙，歡迎大家交流並提出改進建議，我的QQ：1626632460

開源智慧汽車圖傳上位機可以使用智用上位機，該模組主要與此上位機配合使用，用戶手冊和單片機例程在該上位機倉庫中，連結：https://gitee.com /週文琪/ ipc-for-car

嗶哩嗶哩影片連結：https://www.bilibili.com/video/BV1oZ4y1m7y2

PCB模擬如下

類別	串口+SPI
3D模擬
焊接效果
JLC開源連結	https://oshwhub.com/Wander_er/891fe1d235694ef7afe684f5a2f05b73

目錄結構

姓名	功能
文件	晶片文件
司機	驅動程式檔案
韌體	韌體
硬體	硬體
影像	圖片
軟體	簡單映像傳輸上位機python腳本

硬體（力創EDA-專業版）

• 基於 esp32-pico-d4
• SPI介面
• 串口
• 一個重置按鈕
• 一個下載按鈕
• 電源指示燈
• RGB三色燈
• 5V電源輸入，3.3V電源穩定

韌體（基於ESP-IDF框架）

兩種通訊方式

• UART波特率高達5Mbps，一次接收高達20000位元組

  使用串行輪詢從緩衝區中提取接收到的資料。有兩個參數，分別是接收緩衝區大小和最大等待時間。當接收到的位元組數達到緩衝區大小時，立即視為完成一次接收；當傳送完成但未達到接收緩衝區大小時，則等待最大等待時間才視為完成傳輸。這個等待時間固定為20ms。

  所以可以認為有兩種模式，透過修改韌體中uart_read_bytes ()函數中的length參數進行切換。

  • 透明模式：是指傳輸的資料沒有固定的位元組限制。每次通訊可以傳輸各種大小的數據，更加靈活。

    建議使用透傳模式間隔大於serial port transmission time + 20ms + udp transmission time (rate calculated at 30Mbps)

    當length參數為緩衝區大小RX_BUF_SIZE -1時，為透明模式，即假設沒有資料會達到此長度。

  • 固定位元組模式：指傳輸的資料有固定的位元組限制。速度比透明模式快，但只能傳輸固定大小的資料。

    建議使用固定位元組模式，間隔大於serial port transmission time + udp transmission time (rate calculated at 30Mbps)

    當length參數等於發送的固定資料的位元組數時，就是固定字節，例如，發送60 x 90的灰階影像時為5400。

    當然，發送低於這個長度的資料也可以視為透明模式。

• SPI波特率高達10Mbps，一次接收高達25000位元組

  • 只支援長度為4位元組倍數的資料接收，SPI模式為3
  • 建議傳輸間隔大於SPI transmission time + udp transmission time (calculated at 30Mbps)

韌體整合了UART和SPI兩種通訊模式，可透過序列通訊協定進行配置並寫入Flash，無需掉電，無需重複修改韌體

常見問題

如何與下位機連接？

• 串口

  圖片連結	下位機
  接收資料	TXD
  TXD	接收資料
  RTS（多路 MOSI）	CTS（如果沒有也沒關係，但需要在下位機串列埠傳輸功能中停用串流偵測）

• SPI

  圖片連結	下位機
  時鐘	時鐘
  味噌	味噌
  莫西	莫西
  CS	CS

• 5V電源，必須連接接地線

如何計算發送完整圖像所需的時間？

以UART 3Mbps傳輸大小灰階影像為例。首先計算影像的位數：60 x 90 x 8 = 43200 位。然後將位數除以波特率：43200 / 3000000 = 0.0144 s = 14.4 ms

如何進入並使用配置模式？

使用電腦上的USB轉TTL串口助手連接Pic-o Link ，短接MOSI和CS接腳，然後重設。 rgb 指示燈顯示黃色表示已進入設定模式。此時，您可以透過串列埠配置Pic-o Link參數。波特率115200 ，協議見表

|類別 |備註 |幀頭|長度| | :--------------------------: | :--------------------------------------------------------: | :------: |- ----:| |通訊協定選擇|8位元無符號整數，0：UART，1：SPI| 0x41（一）| 1位元組| | UART通訊方式波特率| 32 位元無符號整數，<=5000000 | 0x42（B）| 4位元組| | UART通訊模式接收緩衝區位元組數| 16 位元無符號整數，<=20000 | 0x43（C）| 2位元組| | WiFi帳號|字串，最多 32 個位元組 | 0x44（D）| 32位元組| |無線網路密碼|字串，最多 64 位元組 | 0x45 (E) | 0x45 64 位元組 | | UDP 伺服器 IP 位址 |字串，最多 16 個位元組| 0x46（女）| 16位元組| | UDP 伺服器連接埠 |16 位元無符號整數，<=65535| 0x47（G）| 2位元組| |讀取模組參數|單指令| 0x48 (H) |無 | |將模組記憶體參數寫入Flash|單指令| 0x49（一）|無|

具體應該要配置哪個IP位址呢？

以下兩種情況表示Pic-o Link配置的IP位址參數：

如何打開韌體項目？

• 安裝VS code的Platform IO插件，然後右鍵Pic-o Link資料夾選擇Open with Code ，開啟後稍等片刻，插件會自動安裝依賴並編譯工具鏈

如何進入下載模式並刷新韌體？

• 使用USB轉TTL串口助手將Pic-o Link連接到電腦，按住Pic-o Link上的DOWNLOAD按鈕然後按RESET按鈕，然後點擊Platform IO底部的下載按鈕進行編譯和下載一鍵下載，下載後記得按RESET鍵

如何修改模組的主機名稱？

• 修改sdkconfig.pico32檔案中的CONFIG_LWIP_LOCAL_HOSTNAME項，重新編譯並刷寫韌體

模組支援什麼WiFi頻率？

• 僅支援2.4GHz

接口和PCB圖紙要求？

• 介面：2.54mm 2x4p 母頭
• 5V供電必須確保至少500mA輸出電流

UART模式以TC264為例（參考竹飛無線串口接口原理圖，可以直接複製，注意與一般UART接口相比需要多一個流控引腳，可以模仿竹飛無線串口發送驅動使用一個GPIO作為模擬輸入模式）

工作流程

1. 開機
2. nvs快閃記憶體初始化
3. 載入Flash配置參數
4. 檢查是否進入設定模式
5. 根據設定參數進入通訊模式
6. 設定為 WiFi STA 模式
7. WiFi硬體初始化成功開始掃描WiFi，指示燈顯示目前狀態->紅色
8. WiFi連線成功，指示燈顯示目前狀態->綠色（會快速閃爍，立即進入9）
9. 設定為udp客戶端模式，指示燈顯示目前狀態->藍色
10. 等待下位機傳輸數據，指示燈顯示目前狀態->白色
11. 下位機傳輸數據完成，模組開始透過WiFi udp向上位機udp伺服器發送數據
12. 返回10

軟體

簡單的python圖傳上位機顯示腳本，帶有幀頭幀尾檢測，類似於智勇上位機

運行所需的Python庫：

• 麻木
• OpenCV-Python

其他資訊

樂鑫官方對 ESP32 udp/tcp 速率的測試：

類型/吞吐量	實驗室空氣	屏蔽盒	測試工具	IDF 版本（提交 ID）
原始 802.11 資料包接收	不適用	130兆位元/秒	內部工具	不適用
原始 802.11 資料包發送	不適用	130兆位元/秒	內部工具	不適用
UDP接收	30兆位元/秒	85兆位元/秒	iperf 範例	15575346
UDP發送	30兆位元/秒	75兆位元/秒	iperf 範例	15575346
TCP 接收	20兆位元/秒	65兆位元/秒	iperf 範例	15575346
TCP 傳送	20兆位元/秒	75兆位元/秒	iperf 範例	1557534