30.05.2020 11:01
DmitrySpb79 29 11600 Источник
Привет Хабр.

Платы ESP32 весьма популярны в виду низкой цены, неплохой вычислительной мощности (процессор 200МГц), развитого SDK с поддержкой как MicroPython так и Arduino IDE, наличием GPIO c поддержкой периферии (SPI, I2C и пр) и беспроводной связи (WiFi, Bluetooth). Сегодня мы посмотрим, что можно сделать на такой плате ценой всего лишь около 12$.



Мы рассмотрим разные варианты использования WiFi, от простого коннекта к сети до WiFi-сниффера. Для тестов понадобится любая плата с ESP32 (лучше с OLED-экраном, как на картинке) и Arduino IDE.

Для тех кому интересно как это работает, продолжение под катом.

Я не буду писать, как подключить библиотеки ESP32 к Arduino IDE, желающие могут посмотреть здесь. Отмечу лишь, что у данной платы есть особенность — для загрузки кода из Arduino IDE нужно во время заливки нажать и подержать кнопку Boot. В остальном, использование платы ничем не отличается от обычных Arduino.

Теперь приступим к коду. Все примеры кода полностью готовы к использованию, их можно просто скопировать и вставить в Arduino IDE.

1. Подключение к WiFi и получение точного времени


Раз уж на плате есть WiFi, самое простое что мы можем сделать, это подключиться к существующей WiFi-сети. Это общеизвестно, и работало еще на ESP8266. Однако просто так подключиться и ничего не делать неинтересно, покажем как загрузить точное время по NTP. С помощью нижеприведенного кода нашу плату с ESP несложно превратить в настольные (или для гиков 100lvl наручные:) часы.



Код довольно прост, интересно что поддержка NTP уже встроена в стандартные библиотеки, и ничего доустанавливать не нужно. Для работы OLED-экрана нужно установить библиотеку SSD1306.

Переменные ssid и password нужно будет заменить на параметры реальной точки доступа, в остальном, все работает «из коробки».

#include <WiFi.h>
#include <SSD1306Wire.h>
#include <time.h>
 
const char* ssid     = "MYWIFI";     
const char* password = "12345678";

const char* ntpServer = "pool.ntp.org";
const long  gmtOffset_sec = 3600;
const int   daylightOffset_sec = 3600;

// OLED Display 128x64
SSD1306Wire  display(0x3c, 5, 4);
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);         
  delay(10);
  Serial.println('\n');
  
  WiFi.begin(ssid, password);             // Connect to the network
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { // Wait for the Wi-Fi to connect
    delay(500);
    Serial.print('.');
  }
  Serial.println('\n');
  Serial.println("Connection established");  
  Serial.print("IP address:\t");
  Serial.println(WiFi.localIP()); 

  // Get the NTP time
  configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);

  // OLED display init
  display.init();
  display.clear();
  display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_LEFT);
  display.setFont(ArialMT_Plain_10);
  display.drawString(0, 0, "Access Point connected");
  display.drawString(0, 24, "AP IP address: ");
  display.drawString(0, 36, WiFi.localIP().toString());
  display.display();
  delay(1000);
}

void draw_time(char *msg) {
  display.clear();
  display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_CENTER);
  display.setFont(ArialMT_Plain_24);
  display.drawString(display.getWidth()/2, 0, msg);
  display.display();

  Serial.println(msg);
}
 
void loop() { 
  struct tm timeinfo;
  if (getLocalTime(&timeinfo)) {
      char time_str[16];
      strftime(time_str, 16, "%H:%M:%S", &timeinfo);

      draw_time(time_str);
  }  
  delay(500);
}

2. WiFi точка доступа


Разумеется, мы можем не только подключиться к точке доступа, но и создать свою. В данном примере мы запустим мини веб-сервер, открыть который можно например, со смартфона. Отдельно можно отметить обработку события SYSTEM_EVENT_AP_STACONNECTED, что позволяет узнать, сколько клиентов подключалось к нашей точке доступа.

Фото того, как это работает, показано на КДПВ.

#include <WiFi.h>
#include <DNSServer.h>
#include <SSD1306Wire.h>

// Access Point credentials
const char *ssid = "TEST-123";
const char *password = NULL; // "12345678";
int connections = 0;

// Onboard WiFi server
WiFiServer server(80);
String responseHTML = "<!DOCTYPE html><html>"
                      "<head><meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width, initial-scale=1\">"
                      "<style>html { font-family: Helvetica; display: inline-block; margin: 0px auto; text-align: center;}"
                      "</style></head>"
                      "<body><h1>ESP32 Web Server</h1>"
                      "<p>Hello World</p>"
                      "</body></html>";

// OLED Display 128x64
SSD1306Wire  display(0x3c, 5, 4);

void WiFiStationConnected(WiFiEvent_t event, WiFiEventInfo_t info){
  connections += 1;
  showConnectionsCount();
}

void showConnectionsCount() {
  char data[32];
  sprintf(data, "Connections: %d", connections);
  draw_message(data);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);                   
  Serial.println();
  Serial.println("Configuring access point...");

  // Start access point 
  WiFi.mode(WIFI_AP);                   
  WiFi.softAP(ssid, password);
  WiFi.onEvent(WiFiStationConnected, SYSTEM_EVENT_AP_STACONNECTED);

  IPAddress ip_address = WiFi.softAPIP();     //IP Address of our accesspoint

  // Start web server
  server.begin();
  
  Serial.print("AP IP address: ");
  Serial.println(ip_address);

  // Oled display 
  display.init();
  // Draw info
  display.clear();
  display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_LEFT);
  display.setFont(ArialMT_Plain_10);
  display.drawString(0, 0, "Access Point started");
  display.drawString(0, 12, ssid);
  display.drawString(0, 24, "AP IP address: ");
  display.drawString(0, 36, ip_address.toString());
  display.display();

  // Total number of connections
  showConnectionsCount();
}

void draw_message(char *msg) {
  display.setColor(BLACK);
  display.fillRect(0, 50, display.getWidth(), 12);
  display.setColor(WHITE);
  display.drawString(0, 50, msg);
  display.display();

  Serial.println(msg);
}

void loop() {
  WiFiClient client = server.available();   // Listen for incoming clients
  if (client) {                             // If a new client connects,
    draw_message("Client connected");
    
    String currentLine = "";   // make a String to hold incoming data from the client
    while (client.connected()) {  // loop while the client's connected
      if (client.available()) {        // if there's bytes to read from the client,
        char c = client.read();      // read a byte, then
        Serial.write(c);                // print it out the serial monitor
        if (c == '\n') {                 // if the byte is a newline character
          // if the current line is blank, you got two newline characters in a row.
          // that's the end of the client HTTP request, so send a response:
          if (currentLine.length() == 0) {
            // Send header
            client.println("HTTP/1.1 200 OK");
            client.println("Content-type:text/html");
            client.println("Connection: close");
            client.println();
            
            // Display the HTML web page
            client.println(responseHTML);            
            // The HTTP response ends with another blank line
            client.println();
            break;
          } else { // if we got a newline, then clear currentLine
            currentLine = "";
          }
        } else if (c != '\r') {  // if we got anything else but a CR character,
          currentLine += c;   // add it to the end of the currentLine
        }
      }
    }
    // Close the connection
    client.stop();
    showConnectionsCount();
  }
}

При запуске программы на экране будет отображено имя точки доступа и IP-адрес. Подключившись со смартфона к точке доступа, можно в браузере набрать IP и увидеть содержимое web-страницы.

Сервер будет работать и без OLED-экрана, в этом случае отладочную информацию можно смотреть с помощью Serial Monitor в Arduino IDE.

3. WiFi точка доступа с DNS


Предыдущий пример можно улучшить, если активировать поддержку DNS. В этом случае не придется вбивать IP, вместо него можно использовать полноценное имя, например www.myesp32.com.



В исходнике используется класс WebServer, который позволяет сделать код обработки запросов гораздо короче.

#include <WiFi.h>
#include <DNSServer.h>
#include <WebServer.h>

WebServer webServer(80);

const char *ssid = "TEST-123";
const char *password = NULL; // "12345678";

IPAddress apIP(192, 168, 1, 4);
DNSServer dnsServer;
const char *server_name = "www.myesp32.com";  // Can be "*" to all DNS requests

String responseHTML = "<!DOCTYPE html><html>"
                      "<head><meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width, initial-scale=1\">"
                      "<style>html { font-family: Helvetica; display: inline-block; margin: 0px auto; text-align: center;}"
                      "</style></head>"
                      "<body><h1>ESP32 Web Server</h1>"
                      "<p>Hello World</p>"
                      "</body></html>";

void setup() {
  WiFi.mode(WIFI_AP);
  WiFi.softAP(ssid, password);
  delay(100);
  
  WiFi.softAPConfig(apIP, apIP, IPAddress(255, 255, 255, 0));

  const byte DNS_PORT = 53;
  dnsServer.start(DNS_PORT, server_name, apIP);

  webServer.onNotFound([]() {
    webServer.send(200, "text/html", responseHTML);
  });
  webServer.begin();
}

void loop() {
  dnsServer.processNextRequest();
  webServer.handleClient();
}

4. WiFI Sniffer


Еще один интересный пример использования WiFi приведен на странице https://github.com/ESP-EOS/ESP32-WiFi-Sniffer. WiFi на ESP32 можно перевести в так называемый promiscuous mode, что позволяет незаметно мониторить пакеты WiFi, не подключаясь к самой сети. В частности, можно видеть MAC-адреса находящихся поблизости устройств:



Это может пригодиться например, для «умного дома», чтобы узнать когда владелец вернулся домой. Некоторые компании используют MAC-адреса устройств для мониторинга посетителей, чтобы потом показывать им в гугле таргетированную рекламу.

Исходный код можно скачать со страницы https://github.com/ESP-EOS/ESP32-WiFi-Sniffer.

5. WiFi Packet Monitor


Другой пример использования promiscuous mode — графический мониторинг активности канала, также как и в предыдущем случае, подключения к самой сети не требуется.

Исходный код был взят здесь, из него была убрана поддержка записи на SD (на плате её все равно нет) и был исправлен баг с графической библиотекой. Переключать номер канала для мониторинга можно либо нажатием кнопки (на плате её тоже нет:) либо посылкой соответствующего числа через Serial Monitor в Arduino IDE.

Исходный код 
#include <esp_wifi.h>
#include <esp_wifi_types.h>
#include <esp_system.h>
#include <esp_event.h>
#include <esp_event_loop.h>
#include <nvs_flash.h>
#include <stdio.h>
#include <string>
#include <cstddef>
#include <Wire.h>
#include <Preferences.h>
using namespace std;

#define MAX_CH 14       // 1 - 14
#define SNAP_LEN 2324   // max len of each recieved packet

#define BUTTON_PIN 5    // button to change the channel

#define USE_DISPLAY     // comment out if you don't want to use OLED
//#define FLIP_DISPLAY    // comment out if you don't like to flip it
#define MAX_X 128
#define MAX_Y 64

#if CONFIG_FREERTOS_UNICORE
#define RUNNING_CORE 0
#else
#define RUNNING_CORE 1
#endif

#ifdef USE_DISPLAY
#include <SSD1306Wire.h>
#endif

esp_err_t event_handler(void* ctx, system_event_t* event) {
  return ESP_OK;
}

// OLED Display 128x64
#ifdef USE_DISPLAY
SSD1306Wire  display(0x3c, 5, 4);
#endif

Preferences preferences;

bool useSD = false;
bool buttonPressed = false;
bool buttonEnabled = true;
uint32_t lastDrawTime;
uint32_t lastButtonTime;
uint32_t tmpPacketCounter;
uint32_t pkts[MAX_X];       // here the packets per second will be saved
uint32_t deauths = 0;       // deauth frames per second
unsigned int ch = 1;       // current 802.11 channel
int rssiSum;

/* ===== functions ===== */
double getMultiplicator() {
  uint32_t maxVal = 1;
  for (int i = 0; i < MAX_X; i++) {
    if (pkts[i] > maxVal) maxVal = pkts[i];
  }
  if (maxVal > MAX_Y) return (double)MAX_Y / (double)maxVal;
  else return 1;
}

void setChannel(int newChannel) {
  ch = newChannel;
  if (ch > MAX_CH || ch < 1) ch = 1;

  preferences.begin("packetmonitor32", false);
  preferences.putUInt("channel", ch);
  preferences.end();

  esp_wifi_set_promiscuous(false);
  esp_wifi_set_channel(ch, WIFI_SECOND_CHAN_NONE);
  esp_wifi_set_promiscuous_rx_cb(&wifi_promiscuous);
  esp_wifi_set_promiscuous(true);
}

void wifi_promiscuous(void* buf, wifi_promiscuous_pkt_type_t type) {
  wifi_promiscuous_pkt_t* pkt = (wifi_promiscuous_pkt_t*)buf;
  wifi_pkt_rx_ctrl_t ctrl = (wifi_pkt_rx_ctrl_t)pkt->rx_ctrl;

  if (type == WIFI_PKT_MGMT && (pkt->payload[0] == 0xA0 || pkt->payload[0] == 0xC0 )) deauths++;

  if (type == WIFI_PKT_MISC) return;             // wrong packet type
  if (ctrl.sig_len > SNAP_LEN) return;           // packet too long

  uint32_t packetLength = ctrl.sig_len;
  if (type == WIFI_PKT_MGMT) packetLength -= 4;  // fix for known bug in the IDF https://github.com/espressif/esp-idf/issues/886

  //Serial.print(".");
  tmpPacketCounter++;
  rssiSum += ctrl.rssi;
}

void draw() {
#ifdef USE_DISPLAY
  double multiplicator = getMultiplicator();
  int len;
  int rssi;

  if (pkts[MAX_X - 1] > 0) rssi = rssiSum / (int)pkts[MAX_X - 1];
  else rssi = rssiSum;

  display.clear();

  display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_RIGHT);
  display.drawString( 10, 0, (String)ch);
  display.drawString( 14, 0, ("|"));
  display.drawString( 30, 0, (String)rssi);
  display.drawString( 34, 0, ("|"));
  display.drawString( 82, 0, (String)tmpPacketCounter);
  display.drawString( 87, 0, ("["));
  display.drawString(106, 0, (String)deauths);
  display.drawString(110, 0, ("]"));
  display.drawString(114, 0, ("|"));
  display.drawString(128, 0, (useSD ? "SD" : ""));
  display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_LEFT);
  display.drawString( 36,  0, ("Pkts:"));

  display.drawLine(0, 63 - MAX_Y, MAX_X, 63 - MAX_Y);
  for (int i = 0; i < MAX_X; i++) {
    len = pkts[i] * multiplicator;
    display.drawLine(i, 63, i, 63 - (len > MAX_Y ? MAX_Y : len));
    if (i < MAX_X - 1) pkts[i] = pkts[i + 1];
  }
  display.display();
#endif
}

void setup() {
  // Serial
  Serial.begin(115200);

  // Settings
  preferences.begin("packetmonitor32", false);
  ch = preferences.getUInt("channel", 1);
  preferences.end();

  // System & WiFi
  nvs_flash_init();
  tcpip_adapter_init();
  wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
  ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_init(event_handler, NULL));
  ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));
  //ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_country(WIFI_COUNTRY_EU));
  ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_storage(WIFI_STORAGE_RAM));
  ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_NULL));
  ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());

  esp_wifi_set_channel(ch, WIFI_SECOND_CHAN_NONE);

  // I/O
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

  // display
#ifdef USE_DISPLAY
  display.init();
#ifdef FLIP_DISPLAY
  display.flipScreenVertically();
#endif

  /* show start screen */
  display.clear();
  display.setFont(ArialMT_Plain_16);
  display.drawString(6, 6, "PacketMonitor32");
  display.setFont(ArialMT_Plain_10);
  display.drawString(24, 34, "Made with <3 by");
  display.drawString(29, 44, "@Spacehuhn");
  display.display();

  delay(1000);
#endif

  // second core
  xTaskCreatePinnedToCore(
    coreTask,               /* Function to implement the task */
    "coreTask",             /* Name of the task */
    2500,                   /* Stack size in words */
    NULL,                   /* Task input parameter */
    0,                      /* Priority of the task */
    NULL,                   /* Task handle. */
    RUNNING_CORE);          /* Core where the task should run */

  // start Wifi sniffer
  esp_wifi_set_promiscuous_rx_cb(&wifi_promiscuous);
  esp_wifi_set_promiscuous(true);
}

void loop() {
  vTaskDelay(portMAX_DELAY);
}

void coreTask( void * p ) {
  uint32_t currentTime;

  while(true) {
    currentTime = millis();

    // check button
    if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW) {
      if (buttonEnabled) {
        if (!buttonPressed) {
          buttonPressed = true;
          lastButtonTime = currentTime;
        } else if (currentTime - lastButtonTime >= 2000) {
          draw();
          buttonPressed = false;
          buttonEnabled = false;
        }
      }
    } else {
      if (buttonPressed) {
        setChannel(ch + 1);
        draw();
      }
      buttonPressed = false;
      buttonEnabled = true;
    }

    // draw Display
    if ( currentTime - lastDrawTime > 1000 ) {
      lastDrawTime = currentTime;
      // Serial.printf("\nFree RAM %u %u\n", heap_caps_get_minimum_free_size(MALLOC_CAP_8BIT), heap_caps_get_minimum_free_size(MALLOC_CAP_32BIT));// for debug purposes

      pkts[MAX_X - 1] = tmpPacketCounter;

      draw();

      Serial.println((String)pkts[MAX_X - 1]);

      tmpPacketCounter = 0;
      deauths = 0;
      rssiSum = 0;
    }

    // Serial input
    if (Serial.available()) {
      ch = Serial.readString().toInt();
      if (ch < 1 || ch > 14) ch = 1;
      setChannel(ch);
    }
  }
}

Одна плата ESP32 может мониторить только 1 канал, но при дешевизне этих плат вполне можно сделать вот так:


Источник: github.com/spacehuhn/WiFiSatellite

Заключение


Как можно видеть, в плане соотношения возможностей и цены, ESP32 довольно интересны, и в любом случае, намного функциональнее обычных Arduino. Эксперименты с WiFi также довольно занимательны, на плате можно держать не только вполне функционирующий веб-сервер (даже с поддержкой websockets), но и изучить работу WiFi и MAC более детально.

В целом, модули ESP32 интересны тогда, когда возможностей Arduino уже не хватает, а использовать Raspberry Pi с Linux еще избыточно. Кстати, вычислительные возможности ESP32 позволяют использовать даже модуль камеры, так что плату можно использовать в качестве беспроводного видеозвонка или прототипа для домашней системы видеонаблюдения.

ESP32 с камерой


Всем удачных экспериментов.