ESP32-WROOM-32Eでアクセスポイントとサーバを実装する

こんにちは、ENGかぴです。

ESP32-WROOM-32Eはアクセスポイントの設定とサーバーの設定の２つを行うことで双方の機能を実装して使用することができます。ブラウザからアクセスポイントで接続してサーバーのIPを設定してサーバーを使用する例をまとめました。

クライアントからの接続要求に応じたレスポンスを返信するためにWebServerを使用します。下記記事にWebServerを使ってレスポンスを行う方法をまとめています。

サーバーで使用するのが基本でアクセスポイントはIPは固定することで設定項目が不明でサーバーに接続できなくなることを防ぐための補助のイメージです。動作確認としてBME280から取得したデータをブラウザー上に表示します。

ESP32-WROOM-32E開発ボード（秋月電子）を使用しArduino IDEで開発を行います。またAE-BME280（秋月電子）を使用しています。アクセスポイントにはWZR-HP-G300NH（バッファロー：生産中止）を使用しています。

ESP32-WROOM-32Eを使って動作確認したことをまとめています。

ESP32-WROOM-32Eで学べるソフト開発と標準ライブラリの使い方

WiFiのアクセスポイントとサーバーを実装
動作確認
ソースコード全体
関連リンク

WiFiのアクセスポイントとサーバーを実装

WiFiライブラリを使用するとアクセスポイントとサーバーのそれぞれを設定するとアクセスポイントとサーバーの双方の動作が実現できます。

サーバー（ステーションモード）でアクセスポイントに接続してブラウザーからのリクエストを待ちます。アクセスポイントはスマホなどの端末から接続要求を待ちます。

アクセスポイントのIPを固定にすることでサーバー設定したIPなどの情報が不明な場合にアクセスポイントで接続してサーバー情報を確認することができるようになります。

モードの選択（参考資料）

WiFi.mode()は特に意識しなくても動作させることができますが参考として記述します。

WiFi.mode(WIFI_AP_STA);

WiFi.mode()でWIFI_APを指定するとアクセスポイントモードになります。WIFI_STAを指定するとステーションモードとなりサーバー動作となります。WIFI_AP_STAを指定するとアクセスポイント+ステーションモードになります。

サーバーとして動作させるWiFi.begin()によってステーションモードが付加されます。アクセスポイントとして動作させるWiFi.softAP()によってアクセスポイントモードが付加されるためモードの指定を行う必要はありません。

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アクセスポイントの設定

void setup() {

  WiFi.softAP(ssidacp, passacp,1,0,1);  //SSIDとバスの設定
  WiFi.softAPConfig(ip, ip, subnet); //IP及びサブネットマスクの設定
}

WiFi.softAP()で第1引数と第2引数にアクセスポイント名とパスワードを設定します。

第3引数はチャンネル番号を1～13ｃhで指定します。デフォルトでは1chを使用するようになっています。

第4引数はSSIDを全体に通知するかの設定を行います。デフォルトではブロードキャストになっており接続範囲であればSSIDが通知されます。SSIDを隠したい場合は0を指定します。デフォルトでは1で通知になっています。

第5引数は最大で接続できるクライアント数です。1～4を指定します。デフォルトでは4台になっています。例では1台を指定しています。

第3引数から第5引数までは変更しない場合は特に設定する必要はありません。

WiFi.softAPConfig()の第1引数にIPアドレスをしてします。第2引数はゲートウェイを指定します。ゲートウェイを使用しない場合はIPアドレスを設定します。第3引数はサブネットマスクを指定します。

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サーバの設定

#include <WiFi.h>

void setup() {

  FfsRead(); //フラッシュに保存したサーバー情報を読み込み
  if (ipset == "MANUAL") {
    IPAddress ip(ipadr1.toInt(), ipadr2.toInt(), ipadr3.toInt(), ipadr4.toInt()); //IPｱﾄﾞﾚｽｾｯﾄ
    IPAddress gateway(gwadr1.toInt(), gwadr2.toInt(), gwadr3.toInt(), gwadr4.toInt()); //GATEWAYｱﾄﾞﾚｽｾｯﾄ
    IPAddress subnet(255, 255, 255, 0); //ｻﾌﾞﾈｯﾄﾏｽｸは固定
    Serial.println(ip);
    Serial.println(gateway);
    WiFi.config(ip, gateway, subnet);
  }
  delay(100);
  WiFi.begin(ssid.c_str(), pass.c_str());
  uint16_t wait = SERVER_WAIT;
  //サーバー接続待ち
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.print(wait);
    Serial.print("..");
    if ( --wait <= 0 ) {
      //yield();
      //ESP.restart();    //設定時間を過ぎたら強制ｿﾌﾄﾘｾｯﾄを行う
      break;
    }
  }
}

WiFiライブラリをインクルードするとWiFiの設定に関するライブラリが使用できるようになります。サーバーの接続先のアクセスポイントのSSIDとパスワードの文字列をWiFi.begin()の第1引数と第2引数で指定してサーバーをスタートします。

例ではSSIDやパスワードを含めた条件をフラッシュに保存したデータを展開して設定を行っています。

ipsetはDHCPを使用するかを判断しています。IPやサブネットマスクなどの条件を固定する場合はフラッシュから展開したデータをIPAddressの型に置き換えてWiFi.config()で条件を指定します。DHCPを使用しない場合は自動でIPが割り当たられるためIPを確認する仕組みが必要です。

WiFi.begin()でサーバー動作がスタートするとサーバーの接続先のアクセスポイントに接続要求を出します。接続が確立するまで数秒間必要なので接続が確立するまで1秒おきに”.”をモニター表示して待ちます。一定時間経過しても接続されない場合はループから抜けるようにしています。

アクセスポイントに接続出来たら接続したIPをシリアルモニタに表示しています。IPアドレスを固定していない場合はアクセスポイントが割り振ったIPアドレスになります。

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サーバーの再接続

サーバーでアクセスポイントに接続していても通信環境が悪くなり接続が切れることがあります。一度接続が切れると再接続しない限り通信ができなくなるため一定間隔で接続状態を確認します。

if(WiFi.isConnected()){ //WiFi接続有り
  wifiRetry.recnt = 0;
  wifiRetry.cutflg = false;
  wifiRetry.waitcnt = 0;
  wifiRetry.disconflg = true;
}
else{ //WiFi接続無し
  if( ++wifiRetry.waitcnt >= WIFI_CHK_WAIT){
    //任意の回数経過したら再接続する
    wifiRetry.waitcnt = 0;
                
    if( WiFi.softAPgetStationNum() == 0){ 
      //アクセスポイントに接続していない場合再接続
      wifiRetry.cutflg = true;
      WiFi.reconnect();
    }
    else{
      wifiRetry.cutflg = false;
      if(wifiRetry.disconflg ){
         WiFi.disconnect(); //サーバーの接続を一旦切る
         wifiRetry.disconflg = false;
      }
    }
        
    if( wifiRetry.cutflg){
      if( ++wifiRetry.recnt >= WIFI_RESTART_MAX){
        ESP.restart();  //リスタート
      }
    }
  }
}

WiFiの接続状態を確認するためにWiFi.isConnected()関数でESP32-WROOM-32Eと接続先のアクセスポイント間の接続を確認します。接続が切れている場合は再接続のための処理を行います。

サーバーで使用することを基本としていますがESP32-WROOM-32Eをアクセスポイントとして使用している場合は再接続しないようにWiFi.softAPgetStationNum()関数でアクセスポイントが接続されていないかを確認しています。

WiFi.softAPgetStationNum()関数は接続しているアクセスポイントの台数が取得できます。アクセスポイントで使用している場合でもサーバーの再接続を行っても問題ありませんが、サーバーに接続できない状態が続くと処理が重たくなることがあったのでサーバーを一旦停止して再接続しないようにしています。

アクセスポイントで使用していない場合はWiFi.reconnect()で再接続を行います。再接続には少し時間がかかるため任意の回数が経過した場合に接続の確認を行うようにしています。

再接続を複数回繰り返しても接続が復帰しない場合はモジュールをESP.restart()関数でリスタートして状態の復帰を試みます。アクセスポイントとの接続に問題がなければ通常通りWebサーバーでクライアントからの接続を待ちます。

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動作確認

ESP32-WROOM-32EとAE-BME280の配線例を示しています。回路図の番号はESP32 -WROOM-32Eの左上を1ピンとした時反時計回りにピンを数えた場合の番号としています。ピン番号横の（）内の番号はシルク印刷されているピンの名称です。

アクセスポイント（WZR-HP-G300NH）をルータとして動作し、ESP32-WROOM-32Eからの接続要求を待ちます。ESP32-WROOM-32Eは電源ONするとアクセスポイントに対して接続要求し、接続待機します。接続が成功すると接続待機をやめて次の処理に遷移します。

ESP32-WROOM-32Eのサーバー接続はソフトを書き込んだ初期の状態ではフラッシュにデータが保存されていないためデフォルト値でスタートするためIPが「192.168.11.2」になっています。

ESP32-WROOM-32Eのアクセスポイントで接続してサーバーの設定条件を変更します。アクセスポイントのIPは「192.168.100.1」に固定しているのでWiFiのネットワーク（アクセスポイント）を変更してアクセスポイントのIPでリクエストを送信します。

サーバーの設定の変更はIPアドレスに/settingを加えたURL（192.168.100.1/setting）指定をすると設定項目の画面に遷移します。

SSIDとPASSはお使いのアクセスポイントのものを指定します。IPとゲートウェイアドレスをデフォルト値の「192.168.11.2」から「192.168.11.4」に変更します。設定後はESP32-WROOM-32Eをリスタートすると設定項目が反映された状態でサーバーがスタートします。

次にアクセスポイント（WZR-HP-G300NH）にWiFiを接続して設定したIPアドレスでリクエストを送信します。

設定項目で設定したIPアドレスで接続することができています。BME280から取得した温湿度と気圧のデータが表示されています。5秒毎にページをリフレッシュするようにしていますが、データの表示が更新されているのも確認しています。

初期設定をESP32-WROOM-32Eのアクセスポイントを使ってサーバーの設定を行い以降は設定したIPを使ってサーバーで運用するような使い方をする場合に有効な方法だと思います。

ソースコード全体

ソースコードは記事作成時点において動作確認できていますが、使用しているライブラリの更新により動作が保証できなくなる可能性があります。また、ソースコードを使用したことによって生じた不利益などの一切の責任を負いかねます。参考資料としてお使いください。

リンクからZIPファイル形式のファイルをダウンロードし、任意の場所に展開していただくとテキストファイルが生成されます。

ソースコードをダウンロード

アクセスポイントのSSIDとパスワードはお使いのアクセスポイントに置き換えてください。