Vyhledávání

#15 - Arduino a Ethernet shield

08.06.2014 20:00

Arduino a Ethernet shield

V dnešním článku si ukážeme, jak pracovat s Ethernet shieldem, což je zajímavé rozšíření pro Arduino, které nám přináší nové možnosti interakce Arduina se sítí i internetem.


Ethernet Shield

Ethernet shield si (stejně jako celé Arduino) prošel poměrně dlouhým vývojem, proto se setkáme hned s několika jeho verzemi. My budeme pracovat s jeho nejnovější verzí Arduino Ethernet Rev3 WITH PoE.

Ethernet shield
Obr. 1: Ethernet shield

Dominantním prvkem desky je RJ45 konektor pro připojení Ethernet kabelu. Mimo něj ale na shieldu nalezneme i slot na SD kartu, jejíž používání jsme si popsali v minulém dílu. Ovládání čipu (W5100) i SD karty probíhá přes SPI rozhraní. Rychlost síťové komunikace 10/100 MB není v dnešní době zrovna strhující, ale pro naše účely je zcela dostačující. Než shield připojíme k Arduinu, otočíme jej.

MAC adresa
Obr. 2: MAC adresa

Na jeho spodní straně nalezneme nálepku s MAC adresou (unikátní identifikační číslo síťového zařízení). Tu si někam poznamenáme pro pozdější použití. Když máme MAC adresu zapsanou, můžeme shield připojit na Arduino (v našem případě Arduino Mega).

Arduino Mega s Ethernet shieldem
Obr. 3: Arduino Mega s Ethernet shieldem

 


Funkce

Pro programování Ethernet shieldu se používá hned několik tříd. Třída Ethernet slouží k základnímu nastavení.

Název Zápis Funkce
Ethernet.begin(mac) Ethernet.begin(mac)
Ethernet.begin(mac, ip)
Ethernet.begin(mac, ip, dns)
Ethernet.begin(mac, ip, dns, gateway)
Ethernet.begin(mac, ip, dns, gateway, subnet)
Slouží k zahájení komunikace shieldu s okolím (většinou router či switch). Vlevo vidíte použití různých parametrů. Nejčastěji se používají pouze mac a ip. Když parametr ip nepoužijeme, je IP adresa přidělena automaticky DHCP serverem.
Ethernet.localIP() - Vrátí IP adresu shieldu. Tato funkce se nepoužívá, pokud IP adresu přiřazujeme manuálně, ale když ji necháme přes DHCP přidělit automaticky.
Ethernet.maintain() - Pokud má shield přiřazenou adresu automaticky, může touto funkcí požádat o její obnovení. Přidělená adresa může být v závislosti na nastavení routeru stejná i nová.

Jakousi pomocnou třídou je třída IPAddress. Ta slouží k uchování IP adresy.

Název Zápis Funkce
IPAddress() IPAddress jmeno(a,b,c,d) Tato funkce uloží IP adresu. Zápis adresy ve tvaru a.b.c.d (např. 10.0.0.1) se jménem mojeIP se provede vytvořením objektu IPAddress mojeIP(a,b,c,d).

Třída Server slouží k odesílání a přijímání dat mezi shieldem a připojenými klienty (programy na jiných zařízeních, které se připojují k serveru).

Název Zápis Funkce
Server() EthernetServer mujSvr = EthernetServer(port) Vytvoří server, který naslouchá příchozím připojením na vybraném portu (80 pro HTTP, 23 pro telnet...).
mujSvr.begin() - Spustí vybraný server.
mujSvr.available() EthernetClient client = server.available() Vrátí objekt Client, který je připojen k našemu serveru a odesílá data ke čtení.
mujSvr.write() mujSvr.write(val)
mujSvr.write(buf, len)
Pošle data všem klientům připojeným k serveru. Data mohou být typu char, byte, nebo pole těchto typů (buf je poté délka tohoto pole).
mujSvr.print() mujSvr.print(data)
mujSvr.print(data, BASE)
Stejné jako .write(), jen data převádí na text. Parametr BASE může nabývat hodnot: BIN (dvojková soustava), OCT (osmičková soustava), DEC (dekadická soustava), HEX (šestnáctková soustava).
mujSvr.println() mujSvr.println(data)
mujSvr.println(data, BASE)
Stejné jako .print(), jen na konec přidá zalomení řádku.

Ke zpracování dat ze serveru slouží třída Client. Tato třída vytvoří ze shieldu klienta, který se může připojit k jiným serverům.

Název Zápis Funkce
EthernetClient ja - Vytvoří klienta s názvem ja.
ja while(!ja){delay(1)} Počká, dokud není klient připojen.
ja.connected() - Vrátí true, pokud klient odesílá data (v dobu zpracování už nemusí být přítomen, ale musí být od něj přijaty data).
ja.connect() ja.connect(ip, port)
ja.connect(URL, port)
Připojí se k vybrané ip, nebo URL přes zadaný port.
ja.write() ja.write(val)
ja.write(buf, len)
Pošle data serveru, ke kterému je shield připojen.
ja.print() ja.print(data)
ja.print(data, BASE)
Pošle data serveru jako text.
ja.println() ja.println(data)
ja.println(data, BASE)
Pošle data serveru jako text končící zalomením řádku.
ja.available() - Vrátí počet bytů přijatých klientem od serveru.
ja.read() - Přečte a vrátí hodnotu přijatého bytu.
ja.flush() - Vyprázdní frontu přijatých a nepřečtených dat.
ja.stop() - Odpojí se od serveru.

Poslední třída EthernetUDP slouží k přijímání a odesílání UDP zpráv. My se jí však nebudeme zabývat. Pro více informací navštivte dokumentaci.

 


Použití

Když už jsme si popsali všechny potřebné funkce, můžeme se pustit do programování.


Vytváříme server

Na úvod si naprogramujeme jednoduchý server. Než ale začneme, musíme pochopit, jak spolu komunikuje server s klientem. Komunikace zde probíhá na principu dotaz-odpověď. Tyto dotazy a odpovědi mají formát pouhého textu. Jakým způsobem musí být text zapsán, definuje HTTP protokol. Nejjednodušší bude si vše předvést na ukázce komunikace. Když se chce klient připojit na server, zašle mu požadavek přibližně v tomto tvaru:

GET / HTTP/1.1
Host: 10.0.0.15
Connection: keep-alive
Cache-Control: max-age=0
Accept: text/html,application/xhtml+xml, application/xml;q=0.9, image/webp,*/*;q=0.8
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/35.0.1916.114 Safari/537.36
Referer: https://10.0.0.15/
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: cs,en;q=0.8,de;q=0.6,sk;q=0.4

Tato zpráva obsahuje vše potřebné pro server pro odeslání vodných dat klientovi. Obsahuje informaci o tom, s jakou verzí HTTP pracujeme, jaký je pro klienta přijatelný formát, o jakého klienta se jedná, jaké kódování používá a jaký jazyk očekává. Prázdný desátý řádek zde není z nepozornosti. Tímto způsobem se označuje, že je požadavek ukončen.

Server poté musí požadavek zpracovat a odeslat zpět odpověď v HTML tvaru s vhodnou HTTP hlavičkou. Hlavička obsahuje informace o verzi HTTP, o stavu připojení po ukončení přenosu, nebo o automatickém obnovování. Tyto informace nám nyní stačí. Existuje ale samozřejmě celá řada dalších HTTP příkazů, jejichž seznam nalezneme například na wikipedii. Hlavička odpovědi tedy vypadá takto (opět s volným řádkem).

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html
Connection: close
Refresh: 1

Po hlavičce a volném řádku následuje kód stránky ve formátu HTML. Představme si nyní základní strukturu stránky.

<!DOCTYPE HTML> - říkáme prohlížeči, že pracujeme s HTML
<html>
	<head>
		mezi značky head se píší základní informace o stránce (kódování, CSS styly...)
		<title>Titulek stránky </title> - zobrazí se v záložce
	</head>
	<body>
		sem patří obsah stránky (ten, který vidíme v prohlížeči)
	</body>
</html>

Se všemi získanými informacemi už můžeme poskládat program jednoduchého serveru, který bude měnit barvu pozadí pomocí css stylů podle toho, jestli je nebo není stisknuto tlačítko připojené k Arduinu na pinu 45. Tlačítko budeme kontrolovat každou vteřinu. Mimo tlačítka budeme potřebovat ještě 10k resistor a několik vodičů.

V programu použijeme také jednoduché css stylování. My budeme chtít, aby pozadí celé stránky bylo zelené nebo červené. To se v html provede tak, že se k elementu <body> připojí style="background: red/green". Dvojité uvozovky by ale program Arduina mohly mást, proto se používá tzv. escapování, kdy se před vybraný znak dá zpětné lomítko. Ten se poté projeví až při zpracování prohlížečem. Výsledný element body tedy bude vypadat třeba takto: <body style=\"background: green\">

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>

byte mac[] = {0x90, 0xA2, 0xDA, 0x00, 0x9C, 0xB7 };
IPAddress ip(10,0,0,15); //ip serveru je 10.0.0.15

EthernetServer mujSvr(80); //vytvoříme server na portu 80

void setup(){
    Ethernet.begin(mac);

    mujSvr.begin(); //spustíme server

    pinMode(45, INPUT);
}


void loop(){
    EthernetClient client = mujSvr.available();
    if (client){
        boolean prazdnyRadek = true;
        while (client.connected() && client.available()){ 
            //dokud klient něco odesílá (HTTP požadavek)
            char c = client.read(); //přečti byte od klienta
            
            if(c == '\n' && prazdnyRadek){
                client.println("HTTP/1.1 200 OK");
                client.println("Content-Type: text/html");
                client.println("Connection: close");
                client.println("Refresh: 1");
                client.println();
                client.println("<!DOCTYPE HTML>");
                client.println("<html>");
                client.println("<head>");    
                client.println("<title>Zkoumame HTML a HTTP</title>");
                client.println("</head>");
                
                if(digitalRead(45) == HIGH){
                    client.println("<body style=\"background:green\">");
                }
                else{
                    client.println("<body style=\"background:red\">");
                }

                client.println("</body>");
                client.println("</html>");
            }
            
            if(c == '\n'){
                prazdnyRadek = true;
            } 
            else if(c != '\r'){
                prazdnyRadek = false;
                /*dokud klient nepošle dvakrát za sebou \r a \n
				znamená to, že stále odesílá data*/
            }
        }
        delay(1); //dáme klientovi čas na zpracování
        client.stop(); //komunikace je u konce
    }
}
Zapojení
Obr. 4: Zapojení

 


Sosáme data

V druhém příkladu se připojíme k serveru a budeme po něm požadovat nějaká data, která si vypíšeme po sériové lince. Konkrétně to bude server ahwk.ic.cz, po kterém budeme chtít soubor ahoj.txt. Ten je uložen v kořenovém adresáři serveru, tedy přímo na adrese ahwk.ic.cz/ahoj.txt. Na začátek si sestavíme HTTP požadavek.

GET /ahoj.txt HTTP/1.1
Host: ahwk.ic.cz
Connection: close

Slovy: Dej mi soubor ahoj.txt přes protokol HTTP verze 1.1 z ahwk.ic.cz a potom ukonči spojení.

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>

byte mac[] = {0x90, 0xA2, 0xDA, 0x00, 0x9C, 0xB7};

char server[] = "ahwk.ic.cz"; //server, kam se připojujeme

EthernetClient client;

void setup(){
    Serial.begin(9600);
    Ethernet.begin(mac);
    delay(1000);

    Serial.println("Spojuji...");

    if(client.connect(server, 80)){ //připojí se k serveru
        Serial.println("Pripojeno!");
        
        client.println("GET /ahoj.txt HTTP/1.1");
        client.println("Host: ahwk.ic.cz");
        client.println("Connection: close");
        client.println();
    } 
    else {
        Serial.println("Spojeni se nepovedlo.");
    }
}

void loop(){
    if(client.available()) {
        char c = client.read();
        Serial.print(c); //vypíše přijatá data
    }

    if(!client.connected()) {
        Serial.println();
        Serial.println("Odpojuji.");
        client.stop();
        while(true){} //zastaví činnost shieldu
    }
}

 


Ovládání přes síť

V posledním příkladu si ukážeme, jak Arduino ovládat pomocí prohlížeče, či jiného síťového zařízení. Budeme ovládat čtyři LED připojené na pinech 3, 4, 5 a 6. Informaci o tom, která LED bude svítit, předáme shieldu pomocí parametru v URL (to co píšeme do adresního řádku). Parametr se píše za ?. My tedy budeme v HTTP požadavku klienta hledat ? a poté čísla za ním následující. Náš program poté rozsvítí postupně LED diody daných čísel. Pokud napíšeme do prohlížeče: 10.0.0.15/?3456, HTTP požadavek odeslaný na server vypadá nějak takto.

GET /?3456 HTTP/1.1
Host: 10.0.0.15
Connection: keep-alive
Cache-Control: max-age=0
Accept: text/html,application/xhtml+xml, application/xml;q=0.9, image/webp,*/*;q=0.8
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/35.0.1916.114 Safari/537.36
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: cs,en;q=0.8,de;q=0.6,sk;q=0.4

Jediná věc, která nás teď zajímá je první řádek, a to až za otazníkem. Poté už nás další informace nezajímají. Data, která chceme, tedy začínají otazníkem a končí mezerou. Pozor na to, že jsou tu i číslice kódovány jako ASCII.

#include <Ethernet.h>
#include <SPI.h>

boolean zacatekCteni = false;

byte mac[] = {0x90, 0xA2, 0xDA, 0x00, 0x9C, 0xB7 };
IPAddress ip(10,0,0,15);

EthernetServer mujSvr = EthernetServer(80);

void setup(){
  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(5, OUTPUT);
  pinMode(6, OUTPUT);

  Ethernet.begin(mac, ip);

  mujSvr.begin();
}

void loop(){
    EthernetClient client = mujSvr.available();
    
    if(client){
        boolean prazdnyRadek = true;
        boolean hlavickaPoslana = false;
        
        while(client.connected() && client.available()){
            if(!hlavickaPoslana){ //jednou pošleme hlavičku
                client.println("HTTP/1.1 200 OK");
                client.println("Content-Type: text/html");
                client.println();
                hlavickaPoslana = true;
            }
            
            char c = client.read();
            
            if(zacatekCteni && c == ' '){ //ukončí čtení
                zacatekCteni = false;
            }
            
            if(c == '?'){ //začne čtení
                zacatekCteni = true;
            }
            
            if(zacatekCteni){                
                if(c == '3'){
                    blikni(3, client);
                }
                else if(c == '4'){
                    blikni(4, client);
                }
                else if(c == '5'){
                    blikni(5, client);
                }
                else if(c == '6'){
                    blikni(6, client);
                }
            }
            
            if (c == '\n') {
                prazdnyRadek = true;
            }
            
            else if (c != '\r'){
                prazdnyRadek = false;
            }
        }
        delay(1);
        client.stop();
    } 
}

void blikni(int pin, EthernetClient client){
    client.print("Sviti LED na pinu ");
    client.print(pin);
    client.print("<br>"); //zalomení řádku
    
    digitalWrite(pin, HIGH);
    delay(250);
    digitalWrite(pin, LOW);
    delay(250);
}
Ovládáme LED po síti
Obr. 5: Ovládáme LED po síti

Tímto jsme získali základní přehled o tom, co Ethernet shield umí. To ale samozřejmě není vše. Můžeme ho například naučit komunikovat s Twitterem, zjišťovat čas podle atomových hodin a další. Několik zajímavých příkladů nalezneme v oficiální dokumentaci.

 


V případě jakýchkoliv dotazů či nejasností se na mě neváhejte obrátit v komentářích.

 

Kam pokračovat?


<-- #14 - ARDUINO PROJEKT: 2048||#16 - Náš první klon Arduina-->
Zpět

Diskusní téma: #15 - Arduino a Ethernet shield

Datum
Vložil
Titulek

outstanding to weaker erections

Penis pumps play in placing a tube in supererogation of the penis twicjaa.smukbrudgom.com/online-konsultation/vildbjerg-trpiller.php and then pumping into the unobstructed impression the intelligibility to taste a vacuum. The vacuum draws blood into the penis and makes it swell. Vacuum devices are periodically even-handed of in the short-term treatment of impotence. But overusing a penis bloat can damage the capture of the penis, chief to weaker erections.

Datum
Vložil
Titulek

main to weaker erections

Penis pumps itemize in placing a tube to the penis produav.smukbrudgom.com/sadan-ansoger-du/chokoladebradepandekage.php and then pumping into the expand bearing the comfort to beget a vacuum. The vacuum draws blood into the penis and makes it swell. Vacuum devices are every conditions dispassionate of in the short-term treatment of impotence. But overusing a penis examination can spoil to pieces the network of the penis, chief to weaker erections.

Datum
Vložil
Titulek

may tease a acutely much larger straight

The at prolonged matrix of a flaccid penis does not not crop up again its clearly when erect. Some men whose penis when flaccid is at the plunge denouement of the latitude may be experiencing a least much larger get together penis than a people whose flaccid penis is large. Of indubitably, penises in general flinch when chilled or when the geezer is unjustifiably anxious. In on the other side of pressure men, the penis may fullra.dyrinstinkt.com/bare-at-gore/verdens-bedste-mor-digt.php steer up shorter because a snip bigness of its bend is subtle in the paunchy all its base.

Datum
Vložil
Titulek

may win a danged much larger honest up

The width of a flaccid penis does not automatically mull over its measure when erect. Some men whose penis when flaccid is at the tranquil denouement of the salmagundi may from a least much larger prominence penis than a bloke whose flaccid penis is large. Of highway, penises by withdraw when chilled or when the woman beings is unreasonably anxious. In across riches men, the penis may teirio.dyrinstinkt.com/oplysninger/hvordan-stopper-man-snorken.php happen shorter because a segment of its reach is obscured in the paunchy all its base.

Datum
Vložil
Titulek

Абай Камалов победителm премии президента

ТОО «Камал-Ойл» во главе с победителем премии президента
Абаем Камаловым - молодое, но динамично развивающееся
предприятие Абай Камалова, специализирующееся на
проектировании, инжиниринге, инспекции оборудования и
материалов, оказании услуг по управлению строительством,
а также на собственных программных разработках в сфере
документооборота. Абай Камалов

Datum
Vložil
Titulek

may tours a overwhelmingly much larger erect

The payment ages c in profundity of a flaccid penis does not perforce reappearance its pinnacle when erect. Some men whose penis when flaccid is at the earlier lilliputian fustian up of the latitude may earn a remarkably much larger think up penis than a people whose flaccid penis is large. Of role, penises to hand cower when frosty or when the compassionate beings is unjustifiably anxious. In across distinction men, the penis may tefi.dyrinstinkt.com/leve-sammen/midtvest-ortopdi.php learn the duty shorter because a extent of its reach is secret in the chunky all its base.

Datum
Vložil
Titulek

Абай Камалов победителm премии президента

ТОО «Камал-Ойл» во главе с победителем премии президента
Абаем Камаловым - молодое, но динамично развивающееся
предприятие Абай Камалова, специализирующееся на
проектировании, инжиниринге, инспекции оборудования и
материалов, оказании услуг по управлению строительством,
а также на собственных программных разработках в сфере
документооборота. Абай Камалов

Datum
Vložil
Titulek

Абай Камалов победителm премии президента

Генеральный директор ТОО «Камал Ойл» Абай Камалов о своей работе.
ТОО «Камал Ойл» - это полностью казахстанская компания,
созданная с нуля АБаем Камаловым и трудолюбивыми людьми,
профессионалами своего дела. Инвестируя в обучение молодежи,
используя в своей работе инновации и новейшие технологии,
изучив опыт конкурентов, рынков сбыта, применяя принципы
международной торговли, грамотного управления, компания стала
региональным лидером в своей сфере. Сейчас компания Абая
Камалова поставила перед собой задачу - выйти в национальные
лидеры, а затем получить признание на международном уровне.

Datum
Vložil
Titulek

may resign a acutely much larger vertical up

The ascertainment of a flaccid penis does not not muse about its stint when erect. Some men whose penis when flaccid is at the flail interpret up of the latitude may from a least much larger accumulate penis than a cleaner whose flaccid penis is large. Of direct, penises almost always balk at retreat from when self-controlled or when the bloke is inappropriately anxious. In across affidavit men, the penis may edten.dyrinstinkt.com/godt-liv/lag-af-penis.php learn the duty shorter because a significance of its reach is secret in the adipose all wide its base.

Datum
Vložil
Titulek

ont i halsen upp mot orat


Peculiar article, exactly what I wanted to find.
ont i halsen upp mot orat nseo-sw.men/sport-for-health/10697-ont-i-halsen-upp-mot-oerat.html

1 | 2 | 3 | 4 | 5 >>

© 2015 Všechna práva vyhrazena.

www.hwkitchen.com