# 第5周：通信接口（二）- SPI与WiFi - 讲义 ## 教学目标 | 目标 | 内容 | |-----|------| | 知识目标 | 掌握SPI协议原理、WiFi连接与HTTP通信 | | 能力目标 | 能够用手机通过WiFi控制ESP32的LED | | 情感目标 | 建立"让设备连上网络"的物联网思维 | --- ## 课程导入（10分钟） ### 5.1 开场Demo设计 **Demo名称：手机遥控灯** **演示流程：** 1. 展示：手机APP发送开灯指令 2. 演示：ESP32接收指令，LED亮起 3. 引导：这节课学完，你们也能做出来 **引导语：** > "同学们，刚才用手机控制了ESP32的灯——这就是物联网的典型应用。今天学完WiFi，你们也能做出来。" --- ## 原理讲解（40分钟） ### 5.2 SPI通信协议 #### 5.2.1 SPI是什么 ``` SPI = Serial Peripheral Interface 串行外设接口 ``` **特点：** - 高速同步通信 - 四根线：MOSI、MISO、SCK、CS - 比I2C速度更快 #### 5.2.2 SPI四根线 | 引脚 | 全称 | 功能 | |------|------|------| | MOSI | Master Out Slave In | 主设备发送，从设备接收 | | MISO | Master In Slave Out | 从设备发送，主设备接收 | | SCK | Serial Clock | 时钟信号 | | CS | Chip Select | 片选信号 | #### 5.2.3 SPI vs I2C 对比 | 特性 | SPI | I2C | |------|-----|-----| | 速度 | 可达数十MHz | 最大400KHz | | 线数 | 4根（+多设备多CS） | 2根 | | 复杂度 | 简单 | 复杂 | | 应用 | 显示屏、存储卡 | 传感器 | --- ### 5.3 WiFi连接原理 #### 5.3.1 ESP32 WiFi模式 ``` ESP32支持三种WiFi模式： ┌─────────────────────────────────────┐ │ 1. Station (STA) - 连接WiFi热点 │ │ 2. SoftAP - 创建WiFi热点 │ │ 3. AP+STA - 两者同时 │ └─────────────────────────────────────┘ ``` **我们用的是 Station 模式（ESP32连接手机热点）** #### 5.3.2 WiFi连接步骤 ```cpp #include // WiFi配置 const char* ssid = "你的WiFi名称"; const char* password = "你的WiFi密码"; void setup() { Serial.begin(115200); // 连接WiFi WiFi.begin(ssid, password); // 等待连接 while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println("WiFi已连接!"); Serial.print("IP地址: "); Serial.println(WiFi.localIP()); } ``` #### 5.3.3 WiFi.status() 返回值 | 返回值 | 含义 | |--------|------| | WL_CONNECTED | 连接成功 | | WL_NO_SSID_AVAIL | 找不到WiFi名称 | | WL_CONNECT_FAILED | 密码错误 | | WL_IDLE_STATUS | 正在连接 | --- ### 5.4 HTTP协议基础 #### 5.4.1 HTTP请求格式 ``` ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ HTTP请求格式： │ │ │ │ GET /path HTTP/1.1\r\n │ │ Host: server.com\r\n │ │ \r\n │ │ │ │ HTTP响应格式： │ │ │ │ HTTP/1.1 200 OK\r\n │ │ Content-Type: text/html\r\n │ │ Content-Length: 123\r\n │ │ \r\n │ │ ... │ │ │ └─────────────────────────────────────────────────────────────┘ ``` #### 5.4.2 ESP32作为Web服务器 ```cpp #include #include WebServer server(80); // HTTP默认端口80 void setup() { // ... WiFi连接代码 ... // 定义路由处理函数 server.on("/led/on", []() { digitalWrite(LED_PIN, HIGH); server.send(200, "text/plain", "LED ON"); }); server.on("/led/off", []() { digitalWrite(LED_PIN, LOW); server.send(200, "text/plain", "LED OFF"); }); server.begin(); } void loop() { server.handleClient(); // 处理客户端请求 } ``` --- ## 实验操作（40分钟） ### 5.5 实验：手机WiFi遥控LED #### 实验目的 - 掌握ESP32连接WiFi的方法 - 学习创建Web服务器 - 实现手机控制ESP32的LED #### 实验器材 - ESP32开发板 × 1 - LED灯 × 1（或使用板载LED） - 杜邦线若干 - 手机热点（需要开启） #### 实验步骤 **1. 准备工作** - 手机开启热点，设置名称和密码 - 记住热点名称（ssid）和密码 **2. 编写代码** ```cpp #include #include // ============ WiFi配置 ============ const char* ssid = "你的手机热点名称"; const char* password = "你的手机热点密码"; // ============ 引脚定义 ============ #define LED_PIN 2 // ESP32板载LED（通常GPIO2） // ============ Web服务器 ============ WebServer server(80); // ============ HTML网页 ============ String getHtml() { String html = ""; html += ""; html += "ESP32 遥控灯"; html += ""; html += "

ESP32 WiFi 遥控灯

"; html += "

当前状态: ...

"; html += ""; html += ""; html += ""; return html; } // ============ 路由处理 ============ void handleRoot() { server.send(200, "text/html", getHtml()); } void handleLedOn() { digitalWrite(LED_PIN, HIGH); server.send(200, "text/plain", "ON"); } void handleLedOff() { digitalWrite(LED_PIN, LOW); server.send(200, "text/plain", "OFF"); } // ============ 设置 ============ void setup() { Serial.begin(115200); pinMode(LED_PIN, OUTPUT); digitalWrite(LED_PIN, LOW); // 连接WiFi Serial.print("连接 WiFi: "); Serial.println(ssid); WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println(""); Serial.println("WiFi已连接!"); Serial.print("IP地址: "); Serial.println(WiFi.localIP()); // 设置路由 server.on("/", handleRoot); server.on("/on", handleLedOn); server.on("/off", handleLedOff); server.begin(); Serial.println("Web服务器已启动!"); } void loop() { server.handleClient(); } ``` **3. 上传并测试** - 修改代码中的ssid和password为你的手机热点 - 上传程序到ESP32 - 打开串口监视器，等待WiFi连接成功 - 记录显示的IP地址 **4. 手机控制** - 手机连接与ESP32相同的WiFi - 打开浏览器，输入ESP32的IP地址 - 点击"开灯"/"关灯"按钮 #### 常见问题 | 问题 | 原因 | 解决 | |------|------|------| | WiFi连接失败 | 热点名称/密码错误 | 检查并重新配置 | | 无法打开网页 | 手机未连同一WiFi | 确保同一网络 | | LED不亮 | LED极性接反 | 调换LED引脚 | --- ## 知识总结 ### 5.6 SPI总线特点 ``` SPI应用场景： • TFT显示屏（如1.8寸彩屏） • SD卡存储模块 • 射频芯片（nRF24L01） • OLED显示屏（也可以用I2C） ``` ### 5.7 WiFi物联网架构 ``` ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 📱 手机 ┌───────┐ │ │ ┌────────┐ │ ESP32 │ │ │ │ 浏览器 │ ←────── HTTP请求/响应 ───────→ │ 服务器│ │ │ └────────┘ └───────┘ │ │ │ │ │ │ WiFi (同一局域网) │ │ │ │ │ ┌──────┴──────┐ │ │ │ 手机热点 │ ← ssid + password │ │ └─────────────┘ │ │ │ └─────────────────────────────────────────────────────────────┘ ``` --- ## 课后作业 1. **理论题**：解释SPI和I2C的区别 2. **实践题**：完成WiFi遥控LED实验 3. **思考题**：如何实现同时控制多个设备（多个LED）？ --- ## 延伸阅读 - 《ESP32物联网开发》第4章：WiFi连接 - Arduino WiFi库文档：https://docs.arduino.cc/libraryties/wifi