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2025 年最新树莓派 Pico 连接 ESP8266 模块实现 WiFi 通信、搭建 TCP 服务器实现数据交互详细教程

news 来源：原创 2025/8/22 21:24:19

AT 指令基本结构概述

AT 指令最初由 Hayes 公司为其调制解调器（modem）开发，目的是提供一种标准化的方式来控制通信设备。最早的 Hayes Smartmodem 300 调制解调器（1981年）引入了这一指令集，因此 AT 指令也被称为 “Hayes 命令集”。“AT” 是 “Attention” 的缩写，用于唤醒设备并表示后续字符串是一个命令。

随着通信技术的发展，AT 指令被广泛应用于 GSM、GPRS、3G、4G 模块、蓝牙模块、Wi-Fi 模块等领域，成为许多设备的标准通信协议。现代 AT 指令集已由 3GPP（第三代合作伙伴计划）等组织标准化，尤其在移动通信领域。

基本结构

AT<命令>[参数][回车符]

ESP8266 概述

Wi-Fi 模块概述

主要功能：Wi-Fi模块主要用于设备之间的无线通信和连接。它可以使设备能够通过Wi-Fi网络进行数据传输、接入互联网以及与其他Wi-Fi设备进行通信。Wi-Fi模块通常配备有无线接收器和发送器，可以接收来自其他设备或无线路由器的无线信号，并发送数据到目标设备或路由器。技术标准：Wi-Fi模块遵循IEEE 802.11无线通信标准。不同的Wi-Fi模块可能支持不同的Wi-Fi标准，如802.11a/b/g/n/ac/ax等。这些标准定义了无线信号的频率、传输速率、安全性和其他通信参数，以确保Wi-Fi设备之间的互操作性。硬件组成：Wi-Fi模块通常由无线芯片、天线、射频前端、处理器和存储器等组成。无线芯片是Wi-Fi模块的核心部件，负责处理无线信号的接收和发送。天线用于接收和发送无线信号。射频前端负责信号的放大和调理。处理器和存储器用于执行无线通信协议、管理数据传输和存储相关配置信息。软件支持：Wi-Fi模块通常配备有嵌入式软件，用于实现Wi-Fi通信协议栈，处理数据传输和管理网络连接。这些软件通常由供应商提供，并且可以根据需求进行配置和定制。供电和接口：Wi-Fi模块通常通过供电引脚与外部电源连接，并通过UART、SPI、I2C等接口与主控制器或其他设备进行通信。这些接口使得Wi-Fi模块能够与各种不同类型的设备集成。应用领域：Wi-Fi模块广泛应用于各种物联网（IoT）设备、智能家居、工业自动化、医疗设备、消费电子产品等领域。它们可以使这些设备实现无线连接、远程控制和互联网接入功能。

ESP8266 概述

在这里插入图片描述

ESP8266 是一款低成本、高性能的 Wi-Fi 模块，由 Espressif Systems 开发。它集成了 Wi-Fi 功能和TCP/IP协议栈，并可通过串口与主控制器进行通信。

ESP 通常指 Espressif Systems 的微控制器系列，包括 ESP8266 和 ESP32。由中国公司Espressif Systems（乐鑫信息科技）开发，成立于2008年，总部位于上海。生产低成本、高性能的 Wi-Fi 和蓝牙 SoC（系统级芯片），广泛用于物联网（IoT）设备。

ESP8266 基础 AT 指令

ESP8266 基础 AT 指令集，用于通过串口控制模块。涵盖了基本配置、Wi-Fi 连接、TCP/IP 通信等操作。配合 115200 波特率串口工具使用（例如：Arduino IDE 串口监视器、PuTTY 等）。

基本功能

指令	功能	示例	响应
`AT`	测试模块是否正常	`AT`	`OK`
`AT+RST`	重启模块	`AT+RST`	`OK` + 重启信息
`AT+GMR`	查看固件版本	`AT+GMR`	`<版本号>\r\nOK`
`ATE0`/`ATE1`	关闭/开启回显	`ATE0`	`OK`

Wi-Fi 模式设置

指令	功能	示例	响应
`AT+CWMODE=<mode>`	设置 Wi-Fi 模式	`AT+CWMODE=1`	`OK`
`AT+CWMODE?`	查询当前模式	`AT+CWMODE?`	`+CWMODE:<mode>\r\nOK`

1：Station 模式（客户端，连接路由器）
2：AP 模式（热点，其他设备可连接）
3：Station+AP 混合模式

在这里插入图片描述

连接 Wi-Fi（Station 模式）

指令	功能	示例	响应
`AT+CWLAP`	扫描附近 AP	`AT+CWLAP`	返回附近热点列表
`AT+CWJAP="SSID","PWD"`	连接 Wi-Fi	`AT+CWJAP="home","123456"`	`OK`（成功时）
`AT+CWQAP`	断开当前 Wi-Fi	`AT+CWQAP`	`OK`
`AT+CIFSR`	查询本地 IP	`AT+CIFSR`	返回 IP 地址

AP 模式配置（热点）

指令	功能	示例	响应
`AT+CWSAP="SSID","PWD",ch,ecn`	设置 AP 参数	`AT+CWSAP="ESP","pass",5,3`	`OK`
`AT+CWLIF`	查看连接的设备	`AT+CWLIF`	返回客户端 IP

ch：信道（1~13）
ecn：加密方式（0-OPEN, 2-WPA_PSK, 3-WPA2_PSK, 4-WPA_WPA2_PSK）

TCP/IP 通信

指令	功能	示例	响应
`AT+CIPSTATUS`	查询连接状态	`AT+CIPSTATUS`	返回当前连接信息
`AT+CIPSTART="TYPE","IP",port`	建立 TCP/UDP 连接	`AT+CIPSTART="TCP","192.168.1.100",80`	`OK` 或 `ERROR`
`AT+CIPSEND=<length>`	发送数据	`AT+CIPSEND=4` > `ABCD`	`SEND OK`
`AT+CIPCLOSE`	关闭连接	`AT+CIPCLOSE`	`OK`
`AT+CIPMUX=<mode>`	设置连接模式	`AT+CIPMUX=1`	`OK`

0：单连接
1：多连接（需配合 `AT+CIPSERVER` 使用）

HTTP 请求示例

AT+CIPSTART="TCP","www.example.com",80
AT+CIPSEND=48
> GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.example.com\r\n\r\n
# 返回网页数据后关闭连接
AT+CIPCLOSE

RXD / TXD

TXD（Transmit Data）和 RXD（Receive Data）是串口通信（UART，Universal Asynchronous Receiver / Transmitter）中的两个关键引脚，分别用于数据的发送和接收。TXD 和 RXD 共同实现串口通信的双向数据交换，TXD负责输出，RXD负责输入，是串口通信的基础组件。

TXD（发送数据）

作用：用于设备发送数据到外部设备。
工作原理：当一个设备（例如微控制器或GSM模块）需要向另一设备发送数据时，数据通过TXD引脚以串行形式输出。
示例：微控制器通过TXD发送AT指令到调制解调器。

RXD（接收数据）

作用：用于设备接收来自外部设备的数据。
工作原理：当外部设备通过其TXD引脚发送数据时，目标设备的RXD引脚接收这些数据。
示例：调制解调器通过RXD返回AT指令的响应给微控制器。

一对一通信：TXD 和 RXD 通常以交叉方式连接，即设备 A 的 TXD 连接到设备 B 的 RXD，设备 B 的 TXD 连接到设备 A 的 RXD。

ESP8266 模块工作模式

STA 模式

在此模式下，模块可连接其他设备提供的无线网络，例如通过 WIFI 连接至路由器，从而可以访问互联网，进而实现手机或电脑通过互联网实现对设备的远程控制。

简单来说，此模式下，该模块相当于一个用户，需要链接外部的 WIFI（或自己的热点），通过链接的 WIFI 进行与其他设备的通信。

AP 模式

AP 模式为默认的模式，在此模式下，模块将作为热点供其他设备连接，从而让手机或电脑直接与模块进行通讯，实现局域网的无线控制。

简单来说，此模式下，该模块相当于提供一个热点，创建一个小范围的局域网，凡是连接上的设备就能与其进行通信。

STA + AP 模式

该模式为 STA 模式与 AP 模式共存的一种模式，模块既能连接至其他设备提供的无线网络，又能作为热点，供其他设备连接，以实现广域网与局域网的无缝切换，方便操作使用。

WiFi ESP8266 搭建服务器

pico 端连接 WiFi 启动服务器

import machine
import time# Initialize UART with larger buffer
uart = machine.UART(0, baudrate=115200, tx=0, rx=1, timeout=100, rxbuf=2048)  # Adjust pins, increase buffer# Send AT command
def send_cmd(cmd, wait=1000):uart.write(cmd + "\r\n")time.sleep_ms(wait)response = ""timeout = time.ticks_ms() + waitwhile time.ticks_ms() < timeout:if uart.any():data = uart.read()if data:  # Check if data is not Nonetry:response += data.decode('utf-8')except UnicodeError:response += str(data)  # Fallback for non-UTF-8 datatime.sleep_ms(10)  # Avoid CPU overloadreturn response# Initialize ESP8266
def init_esp8266():print("Initializing ESP8266...")response = send_cmd("AT", 500)  # Test communicationif "OK" in response:print("AT OK")else:print("AT failed:", response)return Falsesend_cmd("AT+CWMODE=1", 500)  # Set to Station modesend_cmd("AT+CIPRECVTYPE=0", 500)  # Set to normal data receive modereturn True# Connect to WiFi
def connect_wifi(ssid, password):print("Connecting to WiFi...")response = send_cmd(f'AT+CWJAP="{ssid}","{password}"', 10000)  # Connect to WiFiif "OK" in response:print("WiFi connected")ip_response = send_cmd("AT+CIFSR", 1000)  # Get IP addressprint("IP info:", ip_response)return Trueelse:print("WiFi connection failed:", response)return False# Start TCP server
def start_tcp_server(port=12345):print("Starting TCP server...")send_cmd("AT+CIPMUX=1", 500)  # Enable multiple connectionsresponse = send_cmd(f'AT+CIPSERVER=1,{port}', 1000)  # Start server on portif "OK" in response:print(f"TCP server started on port {port}")return Trueelse:print("Failed to start TCP server:", response)return False# Receive and respond to messages
def handle_tcp_communication():print("Listening for messages...")buffer = ""  # Buffer to accumulate UART datawhile True:if uart.any():data = uart.read(uart.any())  # Read exact number of available bytesif data:try:buffer += data.decode('utf-8')except UnicodeError:buffer += str(data)print("Non-UTF-8 data received:", data)# Debug: Print raw buffer content# print("Raw buffer:", repr(buffer))# Clean up CONNECT/CLOSED messagesbuffer = buffer.replace(",CONNECT\r\n", "")buffer = buffer.replace(",CLOSED\r\n", "")# Process complete +IPD messageswhile "+IPD" in buffer:ipd_start = buffer.find("+IPD")colon_pos = buffer.find(":", ipd_start)if colon_pos == -1:break  # Incomplete +IPD, wait for more data# Extract conn_id and data_lenheader = buffer[ipd_start:colon_pos]parts = header.split(",")if len(parts) < 3:break  # Invalid +IPD formattry:conn_id = parts[1]data_len = int(parts[2].split(":")[0])except (IndexError, ValueError):break  # Malformed header# Check if enough data is availabledata_start = colon_pos + 1if len(buffer[data_start:]) < data_len:break  # Incomplete data, wait for more# Extract client dataclient_data = buffer[data_start:data_start + data_len]print(f"Received from conn {conn_id}: {client_data}")# Send responseresponse = f"Echo: {client_data}"send_cmd(f'AT+CIPSEND={conn_id},{len(response)}', 1000)time.sleep_ms(100)  # Ensure ESP8266 processes send commandsend_cmd(response, 1000)send_cmd(f'AT+CIPCLOSE={conn_id}', 500)  # Close connectionprint(f"Sent to conn {conn_id}: {response}")# Remove processed data from bufferbuffer = buffer[data_start + data_len:]time.sleep_ms(10)  # Faster polling for UART data# Main program
try:if init_esp8266():# Replace with your WiFi credentialsif connect_wifi("CMCC-308", "165123308"):if start_tcp_server():handle_tcp_communication()
except Exception as e:print("Error:", e)

PC 测试请求

import socket
import time# ESP8266 IP and port
ESP8266_IP = "192.168.1.12"  # Update with actual IP from AT+CIFSR
PORT = 12345def tcp_client():# Create socketclient = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)client.settimeout(10.0)  # Increase timeout to 10 secondstry:# Connect to ESP8266client.connect((ESP8266_IP, PORT))print(f"Connected to {ESP8266_IP}:{PORT}")# Send test messagetimestamp = int(time.time())message = f"msg:{timestamp} hello world."client.send(message.encode('utf-8'))print("Sent:", message)# Receive responsedata = client.recv(1024)print("Received:", data.decode('utf-8'))except Exception as e:print("Error:", e)finally:client.close()print("Connection closed")if __name__ == "__main__":tcp_client()

运行结果

python .\pc_client.py
Connected to 192.168.1.12:12345
Sent: msg:1746379223 hello world.
Received: Echo: msg:1746379223 hello world.
Connection closed

Initializing ESP8266...
AT OK
Connecting to WiFi...
WiFi connected
IP info: AT+CIFSR
+CIFSR:STAIP,"192.168.1.12"
+CIFSR:STAMAC,"40:91:51:4b:b6:55"OKStarting TCP server...
TCP server started on port 12345
Listening for messages...
Received from conn 0: msg:1746379223 hello world.
Sent to conn 0: Echo: msg:1746379223 hello world.