ESP8266, NodeMCU и Wemos D1 mini в Arduino IDE

Три слова, которые постоянно путают

Прежде чем что-то настраивать, надо развести три разные вещи — иначе половина инструкций из интернета будет противоречить друг другу.

• ESP8266 — это чип. Точнее ESP8266EX, микроконтроллер со встроенным Wi-Fi. Сам по себе он не продаётся в удобном виде: у него нет ни памяти программ, ни USB.
• ESP-01, ESP-12E, ESP-12F — это модули: маленькие платы, где к чипу уже припаяны флеш-память, антенна и кварц. Модулю всё ещё нужны питание 3,3 В и переходник USB.
• NodeMCU и Wemos D1 mini — это готовые платы: модуль плюс стабилизатор питания, переходник USB и кнопки. Их и покупают, чтобы просто воткнуть в компьютер.

Отсюда же путаница со словом «D1». Так называют и маленькую Wemos D1 mini, и большую D1 R1 в форме Arduino Uno, и просто вывод D1 на самой плате. В объявлениях их часто зовут «Arduino D1» и «Arduino D1 mini», но Arduino их не выпускает: это платы Wemos, теперь LOLIN. Так же и NodeMCU пишут то слитно, то раздельно — плата от этого не меняется.

Какая у вас плата и что выбирать в списке

Список плат не совпадает с надписями на самих платах — это первое место, где новичок застревает. Вот перевод.

Как поставить поддержку ESP8266

Поддержка ESP8266 не входит в среду — её добавляют одной ссылкой. В Arduino IDE: Файл → Настройки, поле «Дополнительные ссылки для Менеджера плат», вставить адрес, нажать ОК, затем Инструменты → Плата → Менеджер плат, набрать esp8266 и нажать «Установить».

https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Эту строку и называют «ссылкой JSON для ESP8266». Адрес официальный и рабочий. Старая ссылка со словом staging вместо stable, которая до сих пор ходит по форумам, отдаёт «страница не найдена» — многие принимают это за блокировку. А если менеджер плат отвечает отказом или бесконечным «downloading index», дело тоже не в ссылке: разбор ошибки 403.

Из России это работает без обходных путей. Мы специально проверили с российского адреса: и сам список, и все архивы (они лежат на GitHub) отдаются на полной скорости. Так что ESP8266 — приятное исключение: ни VPN, ни зеркала для скачивания не нужно.

В Trema IDE этого шага нет вовсе: ESP8266 уже стоит в списке плат, потому что программа берёт платы с российского зеркала. Служебные инструменты она берёт оттуда же — поэтому сборка не спотыкается о закрытый сервер.

Как подключить ESP8266 к компьютеру

Здесь всё как с Arduino: обычный USB-кабель — и плата появляется в списке портов. Три вещи, на которых спотыкаются:

1. Кабель должен уметь передавать данные. «Зарядный» кабель не даст ни порта, ни ошибки — просто ничего не произойдёт.
2. Нужен драйвер моста. На NodeMCU и Wemos стоит CH340 или CP2102. Порт не появился — ставим драйвер.
3. Плату придётся выбрать руками. Сама она не определится никогда — по причине из врезки выше.

Распиновка: цифры на плате — не номера выводов

Главный источник ошибок. Надписи D0…D8 придумали авторы платы NodeMCU ещё в 2014 году, а внутри чипа выводы называются иначе. Скетч работает с настоящими номерами, и D5 — это вывод 14.

Хорошая новость: D1, D2 и так далее в коде писать можно — среда сама переведёт их в нужные номера. Но только если выбрана правильная плата.

Ещё три вещи, которые стоит знать заранее:

• Аналоговый вход один — A0, и он рассчитан на один вольт. На NodeMCU и Wemos D1 mini перед ним стоит делитель на плате, поэтому туда можно подавать привычные 3,3 В; на голом модуле делителя нет, и те же 3,3 В вход испортят. А если написать analogRead(D5), ошибки не будет: функция молча вернёт 0 или 1023, и человек решает, что сломался датчик.
• На D0 не работают прерывания. Тоже молча: в коде ядра стоит проверка «номер меньше 16», и для D0 обработчик просто не ставится. Кнопка через прерывание на этом выводе не сработает никогда.
• Выводы D3, D4 и D8 участвуют в запуске. В момент включения на D3 и D4 нужен высокий уровень, а на D8 — низкий. Значит, D3 и D4 нельзя держать прижатыми к земле, а D8 — наоборот, нельзя подтягивать к 3,3 В: так ведёт себя, например, вывод выбора SD-карты. Уровень важен только в момент старта: нажимать кнопку после включения можно на любом из них.
• Светодиод — только через резистор. На любом выводе: чип отдаёт немного тока, и светодиод напрямую портит вывод тихо и навсегда.

Первый скетч: мигаем встроенным светодиодом

Классическая мигалка работает и здесь, но с двумя отличиями. Первое: LED_BUILTIN — это вывод 2, он же D4, а не 13, как на Uno. Второе: светодиод горит при низком уровне, так что LOW включает, а HIGH гасит.

// Мигаем встроенным светодиодом. На ESP8266 он горит при НИЗКОМ уровне.
void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   // горит
  delay(500);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // погашен
  delay(500);
}

После сборки среда напишет что-то вроде «used 232148 / 1048576 bytes (22%)». Не пугайтесь: 232 килобайта на мигалку — это не ошибка. В прошивку всегда целиком линкуется стек Wi-Fi, даже если вы им не пользуетесь. Для сравнения, та же мигалка для Arduino Uno весит 924 байта.

Подключаемся к Wi-Fi: библиотека уже внутри

Ставить ничего не нужно — в ядре лежат 37 готовых библиотек, среди них ESP8266WiFi. Всё остальное ставится из каталога, как обычно: как ставить библиотеки (экраны LCD 1602 и OLED к ESP8266 подключаются на D2 и D1 — в тех статьях есть строки для него). Вот минимальный скетч: подключиться к сети и напечатать полученный адрес.

// Подключаемся к домашней сети и печатаем полученный адрес.
#include <ESP8266WiFi.h>

const char* SSID = "имя вашей сети";
const char* PASS = "пароль";

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println();
  WiFi.mode(WIFI_STA);   // только подключаться, свою сеть не раздавать
  WiFi.begin(SSID, PASS);
  Serial.print("Подключаюсь");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();
  Serial.print("Готово, адрес платы: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void loop() {
}

Мы его собрали: 238 736 байт памяти программ (22 %), 28 232 байта оперативной памяти (35 %). То есть Wi-Fi добавил к мигалке всего 6,5 килобайта — потому что он и так уже был в прошивке.

Строка WiFi.mode(WIFI_STA) здесь не для красоты. ESP8266 запоминает режим радио во флеш-памяти и переживает перепрошивку, а по умолчанию поднимает ещё и собственную точку доступа с именем вроде ESP_A1B2C3. Эта строка велит плате только подключаться к вашей сети.

Откройте монитор порта на скорости 115200 — там появится адрес вроде 192.168.1.42. Если вместо адреса бесконечные точки, проверьте имя сети и пароль: ESP8266 работает только с сетями 2,4 ГГц, диапазон 5 ГГц он не видит.

Веб-страничка с кнопкой прямо на плате

Вот ради чего берут эти платы: плата сама раздаёт страничку, которую можно открыть с телефона в той же сети.

// Веб-страничка с кнопкой: включает и выключает встроенный светодиод.
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>

const char* SSID = "имя вашей сети";
const char* PASS = "пароль";

ESP8266WebServer server(80);
bool ledOn = false;

void showPage() {
  String html = "<meta charset='utf-8'><h2>Светодиод</h2>";
  html += ledOn ? "<p>Сейчас: горит</p>" : "<p>Сейчас: погашен</p>";
  html += "<p><a href='/toggle'>Переключить</a></p>";
  server.send(200, "text/html", html);
}

void toggle() {
  ledOn = !ledOn;
  // Встроенный светодиод горит при НИЗКОМ уровне.
  digitalWrite(LED_BUILTIN, ledOn ? LOW : HIGH);
  server.sendHeader("Location", "/");
  server.send(303);
}

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  Serial.begin(115200);
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(SSID, PASS);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
  }
  Serial.println();
  Serial.print("Откройте в браузере: http://");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  server.on("/", showPage);
  server.on("/toggle", toggle);
  server.begin();
}

void loop() {
  server.handleClient();
}

Собрали и это: 269 588 байт памяти программ (25 %), 28 824 байта оперативной (35 %). Откройте в браузере адрес, который плата напечатает в мониторе порта, — и светодиод будет слушаться ссылки.

Сколько памяти на самом деле: 4 МБ, из которых мегабайт

Вторая большая путаница. На плате написано 4 МБ, а под скетч отводится около мегабайта — и больше не станет даже на плате с 16 МБ. Так устроен чип: за раз он видит через окно кэша ровно мегабайт кода.

И маленькая тонкость про проценты: строка среды «used … / 1048576 bytes» показывает круглый мегабайт, а компоновщик обрывается чуть раньше — на 1 044 464 байтах. Поэтому сборка может упасть, когда счётчик показывает 99 %.

Если скетч всё-таки перерос предел, при заводской настройке компоновщик скажет section '.irom0.text' will not fit in region 'irom0_0_seg' — а привычной строки «Скетч слишком большой» вы при этом не увидите. Она появляется только в одном случае: если в настройках платы выбран размер флеша «Mapping defined by Hardware and Sketch». Тогда предел проверяет уже сама среда.

Отдельная история — быстрая память команд, IRAM. Именно из-за неё появляется знаменитая ошибка section '.text1' will not fit in region 'iram1_0_seg'.

Лечится она не выкидыванием библиотек, а пунктом меню: Инструменты → MMU → 16KB cache + 48KB IRAM (IRAM). Мы проверили — скетч, который падал, после этого собирается; так же выручает соседний пункт «16KB cache + 48KB IRAM and 2nd Heap (shared)». А вот похожий «16KB cache + 32KB IRAM + 16KB 2nd Heap (not shared)» не помогает: места под код в нём столько же. В Trema IDE этот переключатель лежит не в меню «Инструменты», а в панели платы — там же, где размер флеша и скорость загрузки.

Не заливается прошивка: разбор по строкам

Самая частая жалоба выглядит так:

Смысл: плата не вошла в режим прошивки или её вообще нет на этом порту. Проверяйте по порядку.

1. Тот ли порт. Выньте кабель, посмотрите, какой порт исчез, вставьте обратно. У ESP8266, в отличие от Arduino Leonardo, порт при прошивке не пропадает и не меняет номер — им владеет отдельная микросхема-переходник.
2. Снимите перемычку D0–RST, если вы её ставили ради глубокого сна. Во время прошивки она мешает переходнику сбросить плату, и ошибка выглядит точно так же, как при плохом кабеле.
3. Кабель и драйвер. Кабель без линий данных — классика. Мост на плате бывает CH340 или CP2102, для каждого нужен свой драйвер: инструкция по драйверам.
4. Снизьте скорость. У плат семейства D1 заводская скорость загрузки 921 600 — на дешёвом кабеле она срывается. Поставьте 115 200.
5. Помогите плате войти в режим прошивки. На NodeMCU: держите кнопку FLASH, коротко нажмите и отпустите RST, потом отпустите FLASH.
6. Питание. ESP8266 в момент передачи ест заметно больше, чем даёт слабый порт или переходник. Плата, которая прошивается и тут же перезагружается, обычно недоедает.
7. Порт занят. Если в ошибке мелькает «Отказано в доступе» — закройте монитор порта и другие программы. Полный разбор ошибок загрузки — дерево причин.

Ещё одна примета времени: если в чужой инструкции написано искать ошибку espcomm_sync failed — инструкция очень старая. Эту строку печатала программа, которую выбросили из ядра ещё в 2019 году. Сегодня то же самое звучит как Failed to connect to ESP8266.

Монитор порта: загадочные 74880 бод

Сразу после включения чип печатает служебную строку вида rst cause:2, boot mode:(3,6) — по ней видно, почему плата перезагрузилась и в каком режиме стартовала. Но печатает он её на нестандартной скорости 74880, и на привычных 115200 вместо неё будет мешанина символов.

Причина простая: заводская программа внутри чипа считает, что кварц на 40 МГц, а на модулях он на 26 — вот скорость и уезжает. Как только ваш скетч выполнит Serial.begin(115200), всё станет нормально. В первой цифре после boot mode: тройка означает обычный запуск, единица — режим прошивки.

И маленькая, но полезная разница с Arduino Uno: открытие монитора порта не перезагружает ESP8266. Служебные линии к плате как раз подключены — на них держится автоматический вход в режим прошивки, — но собраны в схему, которая срабатывает, только когда эти линии стоят по-разному. Монитор выставляет обе сразу, и схема ничего не делает. Чтобы увидеть загрузочное сообщение, нажмите RST руками. Как вообще устроен монитор порта — в статье монитор порта Arduino.

Wi-Fi для Arduino Uno и Mega 2560: модуль, гибрид или NodeMCU

Запрос понятный: есть Uno, хочется интернета. Путей три, и они очень разные по хлопотам.

• Готовая плата-гибрид — её продают как «Mega 2560 WiFi R3» или «Uno WiFi». На одной печатной плате два микроконтроллера и переключатели режима. Работает, но переключатели надо понимать, а прошивать приходится по очереди то одну половину, то другую.
• Модуль ESP-01, подключённый к Uno. Его вешают на последовательный порт и командуют текстовыми AT-командами. Нужен делитель напряжения (у Uno 5 В, у модуля 3,3 В) и отдельное питание — схема ниже. Способ рабочий, но для первого проекта тяжёлый.
• Просто взять NodeMCU. Одна плата вместо двух, Wi-Fi внутри, программируется теми же скетчами и стоит дешевле Uno. В девяти случаях из десяти это верный ответ.

Про питание отдельно, потому что на этом спотыкаются чаще, чем на проводах. В момент передачи ESP8266 берёт короткими всплесками до трёхсот миллиампер — вывод 3,3 В на плате Arduino Uno столько не даёт, и модуль перезагружается ровно тогда, когда пытается выйти в сеть. Картина знакомая: «работает десять секунд, потом сброс». Лечится отдельным стабилизатором на 3,3 В и конденсатором рядом с модулем. Та же причина, кстати, у перезагрузок NodeMCU от слабого USB-порта или тонкого кабеля.

Что для этого нужно из железа: сам модуль ESP-01 (артикул 425, 319 ₽), адаптер под него (артикул 1375, 81 ₽) и преобразователь уровней 5 В ↔ 3,3 В (артикул 355, 53 ₽) — он же пригодится, чтобы вешать пятивольтовые модули на любую плату ESP. А если проще взять готовую плату, то самая дешёвая из живых — WeMos D1 mini (артикул 867, 290 ₽): это ровно та плата, про которую вся эта статья, и стоит она вдвое дешевле Arduino Uno.

И не перепутайте с Arduino UNO R4 WiFi — это совсем другая плата, там за Wi-Fi отвечает ESP32-S3, а ядро стоит своё.

Характеристики ESP8266 коротко

ESP8266 или ESP32 — что брать

Оба чипа делает одна компания, ESP32 новее и мощнее. Но «новее» не всегда значит «лучше для вас» — вот честные числа, снятые на одной машине.

Читается так: если нужен Bluetooth, много аналоговых входов или серьёзные вычисления — берите ESP32. Если нужен датчик, который раз в минуту отправляет показания, — ESP8266 дешевле, проще и занимает на школьном компьютере в семнадцать раз меньше места.

Можно ли взять ESP8266 вместо Arduino Uno

Можно, и часто это разумно — но пять вещей будут другими.

• 3,3 вольта вместо 5. Датчики и модули на 5 В напрямую подключать нельзя, нужен делитель или преобразователь уровней.
• Один аналоговый вход вместо шести. Больше датчиков — только через внешнюю микросхему.
• Меньше свободных выводов, да ещё три из них участвуют в запуске платы.
• Библиотеки, написанные под AVR, могут не собраться: те, что лезут в регистры ATmega, работать не будут. Зато Servo, Wire и SoftwareSerial уже внутри ядра.
• Зато памяти в тридцать с лишним раз больше — 1 044 464 байта под скетч против 32 256 у Uno и 80 192 байта оперативной против 2 048 — и Wi-Fi из коробки.

ESP8266 в Trema IDE: что уже работает

Мы делаем русскую среду для школ и кружков и стараемся писать только о проверенном.

• Плата уже в списке. Ядро ESP8266 3.1.2 лежит на нашем зеркале packages.trema.ru: 25 записей в индексе, у каждого файла мы сверили контрольную сумму. Вставлять ссылку в настройки не нужно — открыли менеджер плат, нашли ESP8266, поставили.
• Ставится из России без обходных путей.Скачать надо около 120 МБ (ядро, компилятор и python), на диске это разворачивается в 366 МБ. На нашем сервере в России установка заняла 3,7 секунды.
• Служебные инструменты — с запасным путём. Программа всегда подмешивает второй наш индекс, где лежит тот самый ctags: пока сервер Arduino отвечает, инструмент берётся оттуда, а когда закрыт — с нашего зеркала. Поэтому сборка не встаёт там, где падает чистая Arduino IDE.
• Ошибки объясняются по-русски. Вместо английских строк появляется карточка: «Плата ESP не входит в режим прошивки» или «Программа не помещается в память платы». Честно: обе карточки пока общие для всех плат ESP — первая советует зажать кнопку BOOT, хотя на NodeMCU и D1 mini она подписана FLASH и обычно не нужна вовсе, а вторая при нехватке быстрой памяти посоветует сократить программу, хотя правильное лечение — переключатель MMU.
• Библиотеки под рукой. При выбранной плате ESP8266 менеджер библиотек показывает 7 603 библиотеки из нашего каталога — качаются с российского сервера.

Честно о том, чего пока нет. Собирать скетчи для ESP8266 умеет не встроенный компилятор, а Arduino CLI — программа скачивает его по кнопке при первой сборке (рядом есть вторая кнопка: поставить из заранее скачанного архива, если интернета нет). Версия ядра на зеркале одна — 3.1.2, самая свежая; если чужой проект требует старую, её придётся ставить в другой среде. И скорости 74880 бод в мониторе порта у нас пока нет, так что загрузочное сообщение чипа мы прочитать не поможем. Живой прошивки на ESP8266 мы ещё не делали: установка и сборка измерены, всё остальное описано по документации — и мы прямо об этом говорим.