第四十八章 扫描 WiFi 实验
ESP32-S3的WiFi库支持配置及监控ESP32-S3的Wi-Fi连网功能。它支持配置基站模式（即STA模式或WiFi客户端模式），此时ESP32-S3连接到接入点（AP）。还支持AP模式（即Soft-AP模式或接入点模式），此时基站连接到ESP32-S3。同时，支持AP-STA共存模式，此时ESP32-S3既是接入点，同时又作为STA。本章节的实验是基于乐鑫官方提供的WiFi库来实现的，但遗憾的是乐鑫并没有公开WiFi库的源码，所以我们只能调用API函数实现。
本章分为如下几个小节：
48.1 WiFi模式概述
48.2 硬件设计
48.3 软件设计
48.4 下载验证
48.1 WiFi 模式概述
WiFi主要有两种模式：STA和AP模式。AP模式即无线接入点，是我们常说的手机热点，被其他设备连接；STA模式即Station，是连接热点的设备。另外，ESP32S3可支持STA和AP两种模式共存，就像手机那样可以开热点，也可以连接其他热点。
WiFi库支持配置及监控ESP32S3 Wi-Fi连网功能。支持配置：
①：Station模式（即STA模式或WiFi客户端模式），此时 ESP32 S3连接到接入点 (AP)。
②：AP模式（即Soft-AP模式或接入点模式），此时基站连接到ESP32S3设备。
③：Station/AP 共存模式（ESP32S3 既是接入点，同时又作为基站连接到另外一个接入点）。
④：上述模式的各种安全模式（WPA、WPA2 及 WEP 等）。
⑤：扫描接入点（包括主动扫描及被动扫描）。
⑥：使用混杂模式监控 IEEE802.11 Wi-Fi 数据包。
下面作者讲解ESP32S3开启WiFi两种模式启动流程，如下：
一、 WiFi-AP 启动流程
WiFi-AP启动流程如下。
图48.1.1 AP启动流程
上图展示了ESP32系列芯片以AP模式开启WiFi的启动流程。首先，系统需要对lwIP协议栈进行初始化。接着，创建一个任务，该任务将用于触发相应的事件。然后，配置WiFi参数和AP模式参数。最后，启动WiFi，从而完成以AP模式开启WiFi的操作。
二、 WiFi-STA 启动流程
WiFi-STA启动流程如下。
图48.1.2 STA模式启动流程
上图展示了ESP32系列芯片以STA模式开启WiFi的启动流程。首先，系统需要创建定时器和事件组，并对lwIP协议栈进行初始化。接着，创建一个任务，该任务将用于触发相应的事件。然后，配置WiFi参数和STA模式参数。最后，启动WiFi，从而完成以STA模式开启WiFi的操作。
48.2 硬件设计
1. 例程功能
本章实验功能简介：扫描附近的WIFI信号，并在LCD显示屏右侧显示12个WIFI名称。
2. 硬件资源
1）LED灯
LED-IO1
2）XL9555
IIC_INT-IO0（需在P5连接IO0）
IIC_SDA-IO41
IIC_SCL-IO42
3）SPILCD
CS-IO21
SCK-IO12
SDA-IO11
DC-IO40（在P5端口，使用跳线帽将IO_SET和LCD_DC相连）
PWR- IO1_3（XL9555）
RST- IO1_2（XL9555）
4）ESP32-S3内部WiFi
3. 原理图
本章实验使用的WiFi为ESP32-S3的片上资源，因此并没有相应的连接原理图。
48.3 软件设计
48.3.1 程序流程图
程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图。
图48.3.1 程序流程图
48.3.2 程序解析
在本章节实验中，我们只关心main.c文件内容即可，该文件内容如下：
/* 存储12个WIFI名称 */
#define DEFAULT_SCAN_LIST_SIZE 12
i2c_obj_t i2c0_master;
static const char *TAG = "scan";
/**
* @brief 身份认证模式
* @param authmode :身份验证模式
* @retval 无
*/
static void print_auth_mode(int authmode)
{
switch (authmode)
{
/* 省略身份认证模式代码 */
}
}
/**
* @brief 打印WIFI密码类型
* @param pairwise_cipher :密码类型
* @param group_cipher :群密码类型
* @retval 无
*/
static void print_cipher_type(int pairwise_cipher, int group_cipher)
{
switch (pairwise_cipher)
{
/* 省略WIFI密码类型代码 */
}
switch (group_cipher)
{
/* 省略WIFI密码类型代码 */
}
}
/**
* @brief 将Wi-Fi初始化为sta并设置扫描方法
* @param 无
* @retval 无
*/
void wifi_scan(void)
{
char lcd_buff[100] = {0};
/* 网卡初始化 */
ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());
/* 创建新的事件循环 */
ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default());
/* 用户初始化STA模式 */
esp_netif_t *sta_netif = esp_netif_create_default_wifi_sta();
assert(sta_netif);
/* wifi配置初始化 */
wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));
uint16_t number = DEFAULT_SCAN_LIST_SIZE;
wifi_ap_record_t ap_info[DEFAULT_SCAN_LIST_SIZE];
uint16_t ap_count = 0;
memset(ap_info, 0, sizeof(ap_info));
/* 设置WIFI为STA模式 */
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA));
/* 启动WIFI */
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());
/* 开始扫描附件的WIFI */
esp_wifi_scan_start(NULL, true);
/* 获取上次扫描中找到的AP列表 */
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_scan_get_ap_records(&number, ap_info));
/* 获取上次扫描中找到的AP数量 */
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_scan_get_ap_num(&ap_count));
ESP_LOGI(TAG, "Total APs scanned = %u", ap_count);
/* 下面是打印附件的WIFI信息 */
for (int i = 0; (i < DEFAULT_SCAN_LIST_SIZE) && (i < ap_count); i++)
{
sprintf(lcd_buff, "%s",ap_info[i].ssid);
lcd_show_string(200, 20 * i, 240, 16, 16, lcd_buff, BLUE);
ESP_LOGI(TAG, "SSID \t\t%s", ap_info[i].ssid);
ESP_LOGI(TAG, "RSSI \t\t%d", ap_info[i].rssi);
print_auth_mode(ap_info[i].authmode);
if (ap_info[i].authmode != WIFI_AUTH_WEP)
{
print_cipher_type(ap_info[i].pairwise_cipher
, ap_info[i].group_cipher);
}
ESP_LOGI(TAG, "Channel \t\t%d\n", ap_info[i].primary);
}
}
/**
* @brief 程序入口
* @param 无
* @retval 无
*/
void app_main(void)
{
esp_err_t ret;
ret = nvs_flash_init(); /* 初始化NVS */
if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES ||
ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
{
ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
ret = nvs_flash_init();
}
led_init(); /* 初始化LED */
i2c0_master = iic_init(I2C_NUM_0); /* 初始化IIC0 */
spi2_init(); /* 初始化SPI2 */
xl9555_init(i2c0_master); /* IO扩展芯片初始化 */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
lcd_show_string(10, 80, 240, 32, 32, "ESP32-S3", RED);
lcd_show_string(10, 120, 240, 24, 24, "WiFi SCAN Test", RED);
lcd_show_string(10, 150, 240, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_draw_line(190,0,190,239,DARKBLUE);
[wifi_scan]()();
while (1)
{
LED_TOGGLE();
vTaskDelay(500);
}
}
在上述源码中，作者从wifi_scan函数开始讲解，该函数首先创建了event loop事件回调，即任务事件处理机制。接着，配置WiFi为STA模式（设备连接热点模式）并设置相应的参数，然后启动WiFi。最后，程序会扫描附近的12个热点，并在LCD上显示热点的名称。此外，读者还可以通过串口查看热点的安全模式等身份认证信息。
48.4下载验证
程序下载成功后，我们可以看到LCD显示附近20个热点名称，如下图所示：
图48.4.1 SPILCD显示效果图
