中原工学院信息商务学院 基于Wi-Fi技术的智能家居中继主机的研究
电源管理转换器，因此仅需极少的外部电路，且包括前端模块在内的整个解决方案在设计时将所占 PCB空间降到最低。
装有ESP8266的系统表现出来的优越特征有：节能VoIP（Voice over Internet Protocol，将模拟信号数字化，以数据封包的形式在IP网络上做实时传递）在睡眠/唤醒模式之间的快速切换、配合低功率操作的自适应无线电偏置、前端信号的处理功能、故障排除和无线电系统共存特性为消除蜂窝/蓝牙/DDR/LVDS/LCD干扰。
ESP8266可广泛应用于智能电网、智能交通、智能家具、手持设备、工业控制等领域。
串口Wi-Fi模块是由具备Wi-Fi外设的ARM（微处理器）组成的系统，它们上电后会启动自己的系统然后等待与单片机进行串口通信，通信主动权掌握在单片机上，远程控制甚至是远程升级都是单片机自己实现的功能。
串口Wi-Fi模块可以看成是单片机的串口扩展，就是一个具有Wi-Fi无线传输功能的串口，连接只需要按模块需求连接串口各条信号线即可。有的WiFi模块还允许使用模块上现有的ARM资源，你可以节省单片机，将自己的程序直接运行在该模块上。
Wi-Fi模块和单片机的通讯主要利用了Wi-Fi模块的串口（VCC 、RX、TX、GND），Wi-Fi模块的作用就是将串口转化成无线Wi-Fi信号。
射频接收射频开关射频发射模拟接收MAC寄存器数字基带接口SDIObalunCPU内核SPI模拟发射成帧器GPIOI2C锁相环VCO1/2锁相环加速器电源管理晶振偏置电路SRAM电源管理 图3-1 ESP8266结构图
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3.1.2 ESP8266主要特点
ESP8266的主要特点有一下几点：支持无线802.11 b/g/n 标准；支持STA/AP/STA+AP 三种工作模式；内置TCP（传输控制协议）/IP协议栈，支持多路TCP Client连接；超小尺寸模组 11.5mm*11.5mm ；支持天线分集；内置 PLL、稳压器和电源管理组件。 3.1.3 超低能耗技术
ESP8266 专为移动设备、可穿戴电子产品和物联网应用设计，并与其他几项专利技术一起使机器实现最低能耗。这种节能的构造以三种模式运行：激活模式、睡眠模式和深度模睡眠式。
ESP8266 使用高端电源管理技术和逻辑系统调低非必需功能的功率，调控睡眠模式与工作模式之间的转换，在睡眠模式下，其消耗的电流小于 12uA，处于连接状态时，其消耗的功率少于1.0mW(DTIM=3)或 0.5mW(DTIM=10)。
睡眠模式下，只有校准的实时时钟和看门狗处于工作状态，可以通过编程使实时时钟在特定的时间内唤醒 ESP8266。通过编程，ESP8266 会在检测到某种特定情况发生的时候自动唤醒。ESP8266 在最短时间内自动唤醒，这一特征可以应用到移动设备的SOC（系统级芯片，也称片上系统，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容）上，这样SOC在开启 Wi-Fi之前均处于低功耗待机状态。
为满足移动设备及可穿戴性电子产品（如智能眼镜、手表等）的功率需求，ESP8266 在近距离时可以通过软件编程减少PA（Power Amplifier，功率放大器）的输出功率来降低整体功耗，以适应不同的应用方案。
ESP8266集成了板子上最为关键的部件，其中包括电源管理组件、TR（过载长延时时间）开关、射频balun、峰值为+25dBm的大功率PA。这样，ESP8266 既保证了BOM的成本最低，又便于被嵌入任何系统。ESP8266仅有的外部BOM是电阻器、电容器和晶振[10]。
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3.2 ESP8266模块参数
3.2.1 无线参数
标准认证为CCC/FCC/CE，无线标准为802.11 b/g/n，频率范围为2400M-2483.5M，发射功率分别为20dBm（802.11b标准）、17dBm（802.11g标准）、14dBm（802.11n标准）。接收灵敏度：802.11b标准为（11Mbps）-91db，802.11g标准为（54Mbps）-75db，802.11n标准为（MCS7）-72db。天线类型为PCB板载天线、外置天线、IPEX接口天线、陶瓷贴片天线。注：dBm分贝毫*，可以表示分贝毫伏，或者分贝毫瓦。 3.2.2 硬件参数
数据接口为UART、PWM/GPIO，工作电压3.3V，工作电流平均为80mA，工作温度为-40℃~125℃，储存温度为常温，硬件尺寸5x5mm，外部接口为N/A。 3.2.3 软件参数 无线网络模式为
station/softAP/softAP+station，安全机制为
WPA/WPA2，加密类型为WEP/TKIP/AES，升级固件方式为本地串口烧录和云端升级，网络协议是IPv4（互联网协议第四版）、TCP/UDP/HTTP。用户配置：AT+指令集，Website操作，Android/ios终端。
3.3 ESP82666硬件介绍
3.3.1 ESP8266的CPU
这款芯片嵌入了一个超低功率 32位微型 CPU，带有 16位精简模式。可以通过编码RAM/ROM接口（连接存储控制器也可以用来访问外接闪存，iBus接口）、同样连接存储控制器的数据RAM接口（dBus接口）、访问寄存器的 AHB接口、JTAG调试接口连接该CPU。
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3.3.2 ESP8266的存储器
存储控制器包含 ROM 和 SRAM。CPU 可以通过 iBus、dBus 和 AHB 接口访问存储控制器。这些接口中任意一个都可以申请访问 ROM 或 RAM 单元，存储仲裁器以到达顺序确定运行顺序。
AHB模块充当仲裁器，通过MAC、主机的SDIO和CPU控制AHB接口。由于发送地址不同，AHB数据请求可能到达APB模块或闪存控制器（通常在脱机应用的情况下）两个从机中的一个。闪存控制器接收到的请求往往是高速请求，而APB模块接收到的往往是访问寄存器的请求。APB 模块充当解码器，但只可以访问 ESP8266 主模块内可编程的寄存器。由于发送地址不同，APB 请求可能到达无线电接收器、SI/SPI、主机 SDIO、GPIO、UART、实时时钟(RTC)、MAC或数字基带[11]。 3.3.3 ESP8266的接口
ESP8266包含多个模拟和数字接口：主SI/SPI控制、通用IO、数字IO管脚等。
主串行接口（SI）能在二、三、四线制总线配置下运行，被用来控制EEPROM（一种掉电后数据不丢失的存储芯片）或其他I2C/SPI设备。多址 I2C设备共享2线制总线。多址SPI（串行外设接口）设备共享时钟和数据信号，且根据芯片的选择，各自单独使用由软件控制的GPIO管脚。SPI可以被用来控制外接设备，如串行闪存、音频CODEC（编译码器）或其他从机设备，安装时给它三个不同的有效管脚（SPI_EN0、SPI_EN、SPI_EN2），使其成为标准主SPI设备。SPI从机被作为主接口，给SPI主机和SPI从机提供支持。
在内置应用中，SPI_EN0 被用作使能信号，作用于外接串行闪存，将固件和/或 MIB数据下载到基带。在基于主机的应用中，固件和 MIB 数据可以通过主机接口二者任选其一进行下载。此管脚低电平有效，不用的时候应该悬空。SPI_EN1常被用于用户应用，如控制内置应用中的外接音频CODEC或感应器ADC。此管脚低电平有效，不用的时候应该悬空。SPI_EN2常被用来控制 EEPROM，储存个别数据，如 MIB 信息、MAC 地址和校准数据，或作一般用途。此管脚低电平有效，不用的时候应该悬空。
总共有多达16个GPIO管脚。固件可以给它们分配不同的功能。每个GPIO都可以配置内部上拉/下拉电阻、可供软件寄存器取样的输入、引发
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边缘或电平 CPU中断的输入、引发电平唤醒中断的输入、开漏或互补推挽输出驱动、软件寄存器的输出源。这些管脚与其他功能复用，如主接口、UART、SI等等。
数字IO焊盘是双向、三态的。它包括输入和输出的三态控制缓冲器。此外，对于低功耗的运算，IO还能被设定为保持状态。比如说，当我们降低芯片的功耗，所有输出使能信号可以被设定为保持低功耗状态。选择性的保持功能可以应需植入IO中。当IO不由内外部电路驱动时，保持功能可以被用于保持上次的状态。保持功能给管脚引入一些正反馈。因此，管脚的外部驱动必须强于正反馈。然而，所需驱动力大小仍然很小，在5uA之内。
数字IO管脚输入低电压（VIL）范围-0.3~0.25×VIO V；输入高电压（VIH）范围0.75×VIO ~3.6 V；输入漏电流（IIL）小于50nA；输出低电压（VOL）小于0.1×VIO V；输出高电压（VOH）大于0.8×VIO V；输入管脚电容（Cpad）小于2pF；VDDIO（VIO）范围1.7~3.6V；最大驱动能（IMAX）小于12mA；温度（Tamb）范围为-20~100℃。
所有的数字IO脚都要在引脚和地之间加一个过压保护电路。通常回跳电压大概是6V，而维持电压是5.8V。这就可以避免电压过高和产生ESD。二极管也使输出设备避免产生反向电压。 3.3.4 ESP8266的电气特性
ESP8266硬件存放温度范围在-45℃~125℃；最大焊接温度260℃；工作电压为3.8V；任意I/O口电压为3.3V；常温（25℃）下，静电释放量（人体模型）为2KV，充电设备模型为1KV。
ESP8266功耗如下表3-1所示：
表3-1 ESP8266功耗
参数 传送802.11b，CCK 11Mbps，P OUT=+17dBm 传送802.11g，OFDM 54Mbps，P OUT=+15dBm 传送802.11n，MCS7，P OUT=+13dBm 14
最小值 一般值 170 最大值 单位 mA 140 120 mA mA