ESP32的IDF开发学习-WiFi的开启、配置与连接

前言

本章节将实现如何使用ESP32的WiFi功能，尽可能的详细地介绍

简介

ESP32中的wifi支持双工作模式

• Station（STA）模式：连接到路由器或其他AP设备，可通过esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA)设置。
• SoftAP模式：创建本地热点，允许其他设备直连，最大支持 10台设备 同时接入（默认配置）。
• 混合模式：STA+AP 模式并行运行（WIFI_MODE_APSTA），例如设备既能连接云端服务器，又能作为配置热点供手机调试。
  同时，ESP32也做了低功耗优化和射频性能提升
• 低功耗优化
  ESP32-S3引入了 Light-sleep/Modem-sleep 精细功耗管理：
  • Modem-sleep：WiFi空闲时保持TCP/IP连接，仅射频模块休眠，电流低至 1 mA 左右，适合持续在线但数据发送不频繁的场景（如传感器定时上报）。
• 射频性能提升
  • 外置天线支持：通过IPEX接口连接高增益天线，解决复杂环境（如金属外壳设备）信号衰减问题。
  • 抗干扰增强：优化了2.4GHz频段的共存算法，降低蓝牙/WiFi同时运行时的通信冲突风险。
    其搭载的搭载 512 KB SRAM 和 320 KB ROM，双核Xtensa LX7处理器（主频240 MHz），在处理高并发TCP连接（如同时维护多个WebSocket）时减少丢包率。

初始化步骤

初始化流程本质上是为TCP/IP协议栈、事件管理、驱动层、应用层之间的协作搭建桥梁。以下是官方推荐的核心步骤及其作用解析：

1. s1.1：启动LwIP核心任务

   esp_netif_init();  // 初始化LwIP协议栈，建立网络数据传输的「高速公路」
   

   • 关键作用：初始化TCP/IP协议栈（LwIP），为后续WiFi通信提供IP层支持。
   • 注意点：LwIP任务的优先级需高于应用任务，避免网络数据堆积。
2. s1.2：创建系统事件中枢

   esp_event_loop_create(); // 初始化事件循环——WiFi连接的「神经系统」
   

   • 事件分工示例：
     • WiFi层事件（如连接成功）：WIFI_EVENT
     • IP层事件（如获取IP地址）：IP_EVENT
   • 回调传递范式：建议在事件回调中将核心状态（如IP_EVENT_STA_GOT_IP）通过队列发送给应用任务，实现分层解耦。
3. s1.3：绑定网络接口实例
   • STA模式绑定：

     esp_netif_create_default_wifi_sta();  // 为Station模式挂载「虚拟网卡」
     

   • AP模式绑定：

     esp_netif_create_default_wifi_ap();  // 为AP模式分配IP地址池（默认192.168.4.1）
     

   • 背后的网络架构：此步骤会在LwIP中创建netif结构体，管理IP路由、DNS等核心参数。
4. s1.4：初始化WiFi驱动引擎

   wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
   esp_wifi_init(&cfg);  // 启动WiFi驱动的「引擎舱」
   

   • 隐藏的并发控制：该函数内部通过RTOS任务管理射频信号调度，开发者无需直接操作802.11帧。
5. s1.5：启动应用任务

   xTaskCreate(app_main_task, "App_Task", 4096, NULL, 5, NULL);
   

   • 优先级设定技巧：应用任务优先级应低于事件任务（如默认优先级为5时，事件任务可设为6），避免事件处理被阻塞。
     

代码编写

头文件

#define WIFI_MODE  0 // 0:STA,链接热点, 1:AP，允许别人链接
#define SSID "LEE"
#define PASSWORD "wcyz1927"
#define AP_SSID "XBOT"
#define AP_PASSWORD "XBOT20241240"
#define MAX_AP_SCAN_NUM 10 //扫描WiFi数
#define WIFI_AUTO_RECONNECT_MAX_RETRIES 5
#define WIFI_AUTO_RECONNECT_BASE_DELAY_MS 10000void configure_wifi(void);
void wifi_connect(void);
void wifi_scan(void);

配置wifi

我们需要按照步骤来配置WiFi的相关设置

/*** 配置WiFi功能** 本函数负责初始化WiFi模块，根据编译选项配置为AP或STA模式，并注册相应的事件处理器* 它还负责启动WiFi模块，使设备能够连接到WiFi网络*/
void configure_wifi(void)
{// 初始化底层驱动和TCP/IP协议栈ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());// 初始化事件循环esp_event_loop_create_default();// 根据编译选项选择WiFi模式#if WIFI_MODEesp_netif_create_default_wifi_ap();#elseesp_netif_create_default_wifi_sta();#endif// 初始化WiFi配置wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();esp_wifi_init(&cfg);ESP_LOGI(TAG, "wifi_init_success");// 新增事件循环注册esp_event_handler_instance_t wifi_event_handle, ip_event_handle;// 注册WiFi事件处理器esp_event_handler_instance_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID,&wifi_event_handler_STA, NULL, &wifi_event_handle);esp_event_handler_instance_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID,&wifi_event_handler_AP, NULL, NULL);// 注册IP事件处理器（STA获取IP时触发）esp_event_handler_instance_register(IP_EVENT, IP_EVENT_STA_GOT_IP,&wifi_event_handler_STA, NULL, &ip_event_handle);ESP_LOGI(TAG, "wifi_init_success");// 根据编译选项配置WiFi为AP或STA模式#if WIFI_MODEwifi_config_t ap_config = {.ap = {.ssid = AP_SSID,.password = AP_PASSWORD,.max_connection = 5,.authmode = WIFI_AUTH_WPA2_PSK},};esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_AP);esp_wifi_set_config(WIFI_IF_AP, &ap_config);ESP_LOGI(TAG, "wifi_AP_config");#elsewifi_config_t wifi_config = {.sta = {.ssid = SSID,.password = PASSWORD},};esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA);esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &wifi_config);ESP_LOGI(TAG, "wifi_STA_config");#endif// 启动WiFi模块esp_wifi_start();
}

这里有两个注册函数，主要用于记录当前wifi的状态

/*** WIFI事件处理函数（AP模式）* 处理AP模式下的WIFI事件* @param arg 事件处理函数的上下文* @param event_base 事件基类* @param event_id 事件ID* @param event_data 事件数据*/
static void wifi_event_handler_AP(void *arg, esp_event_base_t event_base,int32_t event_id, void *event_data) {// 处理AP模式下的客户端连接事件if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_AP_STACONNECTED) {// 获取客户端连接事件数据wifi_event_ap_staconnected_t *event = (wifi_event_ap_staconnected_t*) event_data;// 记录设备连接日志ESP_LOGI(TAG, "设备已连接! MAC: %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X",event->mac[0], event->mac[1], event->mac[2],event->mac[3], event->mac[4], event->mac[5]);}// 处理AP模式下的客户端断开事件else if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_AP_STADISCONNECTED) {// 获取客户端断开事件数据wifi_event_ap_stadisconnected_t *event = (wifi_event_ap_stadisconnected_t*) event_data;// 记录设备断开日志ESP_LOGI(TAG, "设备已断开. MAC: %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X",event->mac[0], event->mac[1], event->mac[2],event->mac[3], event->mac[4], event->mac[5]);}
}

/*** WIFI事件处理函数（STA模式）* 处理STA模式下的WIFI事件* @param arg 事件处理函数的上下文* @param event_base 事件基类* @param event_id 事件ID* @param event_data 事件数据*/
static void wifi_event_handler_STA(void *arg, esp_event_base_t event_base,int32_t event_id, void *event_data) {// 处理WIFI事件if (event_base == WIFI_EVENT) {switch (event_id) {case WIFI_EVENT_STA_START:// 记录WIFI驱动就绪日志ESP_LOGI(TAG, "WiFi驱动就绪");break;case WIFI_EVENT_STA_CONNECTED:// 记录成功连接到热点日志ESP_LOGI(TAG, "已连接到热点");break;case WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED:// 记录热点断开日志并启用自动重连ESP_LOGW(TAG, "热点断开, 尝试重连...");WIFI_AUTO_RECONNECT_ENABLED = 1;break;}// 处理IP事件} else if (event_base == IP_EVENT && event_id == IP_EVENT_STA_GOT_IP) {// 获取IP事件数据ip_event_got_ip_t *event = (ip_event_got_ip_t*) event_data;// 记录成功获取IP日志ESP_LOGI(TAG, "成功获取IP:" IPSTR, IP2STR(&event->ip_info.ip));}
}

wifi扫描

注意，扫描和连接不能在一起使用

/*** 打印认证模式* @param authmode WIFI认证模式*/
static void print_auth_mode(wifi_auth_mode_t authmode) {// 根据认证模式打印相应信息switch (authmode) {case WIFI_AUTH_OPEN: ESP_LOGI("SCAN", "Auth Mode \tOpen"); break;case WIFI_AUTH_WEP: ESP_LOGI("SCAN", "Auth Mode \tWEP"); break;case WIFI_AUTH_WPA_PSK: ESP_LOGI("SCAN", "Auth Mode \tWPA-PSK"); break;case WIFI_AUTH_WPA2_PSK: ESP_LOGI("SCAN", "Auth Mode \tWPA2-PSK"); break;case WIFI_AUTH_WPA3_PSK: ESP_LOGI("SCAN", "Auth Mode \tWPA3-PSK"); break;default: ESP_LOGI("SCAN", "Auth Mode \tUnknown"); break;}
}/*** 打印加密类型* @param pairwise Pairwise加密类型* @param group Group加密类型*/
static void print_cipher_type(wifi_cipher_type_t pairwise, wifi_cipher_type_t group) {// 打印Pairwise加密类型ESP_LOGI("SCAN", "Pairwise Cipher \t%s",(pairwise == WIFI_CIPHER_TYPE_NONE) ? "None" :(pairwise == WIFI_CIPHER_TYPE_WEP40) ? "WEP40" :(pairwise == WIFI_CIPHER_TYPE_WEP104) ? "WEP104" :(pairwise == WIFI_CIPHER_TYPE_TKIP) ? "TKIP" :(pairwise == WIFI_CIPHER_TYPE_CCMP) ? "CCMP" : "Unknown");// 打印Group加密类型ESP_LOGI("SCAN", "Group Cipher \t\t%s",(group == WIFI_CIPHER_TYPE_NONE) ? "None" :(group == WIFI_CIPHER_TYPE_WEP40) ? "WEP40" :(group == WIFI_CIPHER_TYPE_WEP104) ? "WEP104" :(group == WIFI_CIPHER_TYPE_TKIP) ? "TKIP" :(group == WIFI_CIPHER_TYPE_CCMP) ? "CCMP" : "Unknown");
}/*** 扫描可用的WiFi接入点(AP)* 此函数启动WiFi扫描，获取并打印周围可用的WiFi热点信息* 它首先检查WIFI_MODE宏是否未定义，如果未定义则开始扫描* 扫描完成后，根据发现的AP数量动态分配内存，并打印每个AP的详细信息*/
void wifi_scan(void)
{#if !WIFI_MODEESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_scan_start(NULL, true));// 获取AP数量uint16_t ap_count = 0;ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_scan_get_ap_num(&ap_count));// 实际扫描到的AP数量可能超过预分配内存uint16_t max_ap = (ap_count > MAX_AP_SCAN_NUM) ? MAX_AP_SCAN_NUM : ap_count;wifi_ap_record_t *ap_records = malloc(sizeof(wifi_ap_record_t) * max_ap);if (!ap_records) {ESP_LOGE("SCAN", "内存分配失败");return;}// 获取AP列表uint16_t ap_num = max_ap;ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_scan_get_ap_records(&ap_num, ap_records));// 打印结果ESP_LOGI("SCAN", "发现 %d 个WiFi热点:", ap_num);for (int i = 0; i < ap_num; i++) {ESP_LOGI("SCAN", "--- AP %d ---", i + 1);ESP_LOGI("SCAN", "SSID: \t\t%s", ap_records[i].ssid);ESP_LOGI("SCAN", "RSSI: \t\t%d dBm", ap_records[i].rssi);print_auth_mode(ap_records[i].authmode);if (ap_records[i].authmode != WIFI_AUTH_WEP) {print_cipher_type(ap_records[i].pairwise_cipher, ap_records[i].group_cipher);}ESP_LOGI("SCAN", "Channel: \t%d", ap_records[i].primary);}free(ap_records); // 释放内存#elseESP_LOGI("SCAN", "WiFi AP scan not supported");return;#endif
}

wifi链接与重连机制

/*** 连接WiFi网络* 此函数根据WIFI_MODE宏的定义来决定是否执行连接操作* 在实际连接之前，会检查WIFI_MODE宏是否未定义* 如果未定义，则打印连接信息并尝试连接WiFi*/
void wifi_connect(void)
{#if !WIFI_MODEESP_LOGI(TAG, "wifi_connect");esp_wifi_connect();wifi_auto_reconnect();#endif
}
/*** 启用WIFI自动重连功能*/
void wifi_auto_reconnect(void) {// 在非WIFI模式下注册WIFI事件处理器#if !WIFI_MODEesp_event_handler_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID, wifi_event_handler, NULL);esp_event_handler_register(IP_EVENT, IP_EVENT_STA_GOT_IP, wifi_event_handler, NULL);    // 记录自动重连启用日志ESP_LOGI("WIFI", "自动重连已启用, 最大重试次数:%d", WIFI_AUTO_RECONNECT_MAX_RETRIES);#endif
}
// 定义当前重连尝试次数
static uint8_t WIFI_AUTO_RECONNECT_RETRIES_NOW=0;
// 定义是否启用自动重连
static uint8_t WIFI_AUTO_RECONNECT_ENABLED = 0;/*** WIFI事件处理函数* 处理WIFI断连和重连逻辑* @param arg 事件处理函数的上下文* @param event_base 事件基类* @param event_id 事件ID* @param event_data 事件数据*/
static void wifi_event_handler(void* arg, esp_event_base_t event_base, int32_t event_id, void* event_data) {// 处理STA模式下的断连事件if (event_id == WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED) {// 检查是否启用自动重连且重连次数未超过最大值if (WIFI_AUTO_RECONNECT_ENABLED && WIFI_AUTO_RECONNECT_RETRIES_NOW < WIFI_AUTO_RECONNECT_MAX_RETRIES) {// 增加重连尝试次数WIFI_AUTO_RECONNECT_RETRIES_NOW++;// 记录重连尝试日志ESP_LOGI("WIFI", "尝试重连第%d次", WIFI_AUTO_RECONNECT_RETRIES_NOW);// 立即触发重连esp_wifi_connect();} else {// 记录重连失败日志ESP_LOGI("WIFI", "重连失败,已达最大次数:%d", WIFI_AUTO_RECONNECT_MAX_RETRIES);}// 处理STA模式下成功获取IP事件} else if (event_id == IP_EVENT_STA_GOT_IP) {// 清零重连尝试次数WIFI_AUTO_RECONNECT_RETRIES_NOW = 0;// 禁用自动重连WIFI_AUTO_RECONNECT_ENABLED = 0;}
}

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