Программируем Arduino. Основы работы со скетчами

MAC-адрес, или адрес доступа к среде (Media Access Control), — это уникальный идентификатор сетевого интерфейса. Иными словами, это адрес платы расширения Ethernet или чего-то другого, предоставляющего сетевой интерфейс в распоряжение Arduino. Этот адрес должен быть уникальным только для вашей сети. Его обычно можно найти на наклейке с обратной стороны платы Ethernet или WiFi (рис. 12.4) или на упаковке. Если вы пользуетесь старой платой, не имеющей MAC-адреса, то можете просто создать свой адрес. Но не используйте в своей сети один и тот же адрес дважды.

Можно создать соединение с сетью с применением DHCP и получить динамический IP-адрес, как показано далее:

#include <SPI.h>

#include <Ethernet.h>

byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };

void setup()

{

  Ethernet.begin(mac);

}

Рис. 12.4. Наклейка с MAC-адресом на плате WiFi

Если потребуется присвоить плате фиксированный IP-адрес, что желательно, когда плата Arduino действует в роли веб-сервера, используйте примерно такой код:

#include <SPI.h>

#include <Ethernet.h>

byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };

byte ip[] = { 10, 0, 1, 200 };

void setup()

{

  Ethernet.begin(mac, ip);

}

IP-адрес в параметре ip должен быть допустимым для вашей сети. Если вызвать функцию Ethernet.begin без параметра с IP-адресом, она по­пытается получить его с использованием DHCP и вернет 1, если соединение было установлено и динамический IP-адрес успешно получен, в противном случае вернет 0. Можно написать тестовый скетч, который будет устанавливать соединение и вызывать функцию localIP для получения IP-адреса, присвоенного Arduino. Следующий пример выполняет такую проверку и выводит сообщение с результатами в монитор последовательного порта. Это полноценный скетч, который вы можете опробовать самостоятельно. Но не забудьте заменить в коде MAC-адрес на указанный на вашей плате:

// sketch_12_01_dhcp

#include <SPI.h>

#include <Ethernet.h>

byte mac[] = { 0x00, 0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDE, 0x02 };

void setup()

{

  Serial.begin(9600);

  while (!Serial){}; // для совместимости с Leonardo

  if (Ethernet.begin(mac))

  {

    Serial.println(Ethernet.localIP());

  }

  else

  {

    Serial.println("Could not connect to network");

  }

}

void loop()

{

}

Настройка веб-сервера

Проект «Физический веб-сервер», описанный далее в этой главе, иллюстрирует организацию скетча, реализующего веб-сервер. А в этом разделе мы рассмотрим функции, помогающие реализовать веб-сервер.

Большая часть функций, необходимых для реализации веб-сервера, содержится в классе EthernetServer. Для запуска веб-сервера после установки соединения с сетью требуется пройти еще два этапа. Во-первых, нужно создать новый объект сервера, указав номер порта, который должен использоваться для приема входящих запросов. Это объявление находится в скетче перед функцией setup:

EthernetServer server = EthernetServer(80);

Обычно для приема запросов веб-серверы используют порт 80. То есть если вы настроили свой веб-сервер на обслуживание порта 80, вам не ­придется добавлять этот номер в адреса URL, чтобы связаться с сервером.

Во-вторых, чтобы фактически запустить сервер, в функции setup нужно выполнить следующую команду:

server.begin();

Эта функция запустит сервер, который будет ждать, пока кто-то не запросит страницу, которую обслуживает данный сервер. Фактическое обслуживание осуществляется в функции loop с применением функции available. Эта функция возвращает null (если нет запросов для обслуживания) или объект EthernetClient. Данный объект, как это ни странно, используется также для отправки исходящих запросов из Arduino к внешним веб-серверам. В данном случае EthernetClient представляет соединение между веб-сервером и браузером клиента.

Получив этот объект, можно прочитать входящий запрос с помощью read и вернуть HTML-ответ с помощью функций write, print и println. Закончив отправку HTML-ответа клиенту, нужно завершить сеанс вызовом функции stop объекта клиента. Я расскажу, как это сделать, в разделе «Физический веб-сервер» далее в этой главе.

Выполнение запросов

Плата Arduino может действовать не только как веб-сервер, но и как веб-браузер, посылая запросы удаленным веб-серверам, которые могут находиться в вашей сети или в Интернете.

Чтобы выполнить запрос, сначала нужно установить соединение с сетью, как в случае с веб-сервером, описанном в предыдущем разделе, но вместо объекта EthernetServer создать объект EthernetClient:

EthernetClient client;

Больше с объектом клиента ничего не требуется делать до отправки веб-запроса. Чтобы отправить веб-запрос, следует выполнить следующие действия:

if (client.connect("api.openweathermap.org", 80))

{

  client.println("GET /data/2.5/weather?q=Manchester,uk HTTP/1.0");

  client.println();

  while (client.connected())

  {

    while (client.available())

    {

      Serial.write(client.read());

    }

  }

  client.stop();

}

Функция connect вернет true, если соединение с веб-сервером было успешно установлено. Две команды client.println посылают веб-серверу запрос на получение желаемой страницы. Затем два вложенных цикла while читают данные, пока клиент остается подключенным к веб-серверу и продолжают поступать данные.

Может показаться заманчивым объединить два цикла while в один с условием client.available() && client.connected(), но такое объединение — далеко не то же самое, что два отдельных цикла, так как данные могут поступать от веб-сервера фрагментами из-за низкой скорости сети или по другим причинам. Внешний цикл поддерживает соединение открытым, а внутренний извлекает данные.

Это блокирующее решение (скетч не сможет производить никаких других действий, пока выполнение запроса не завершится). Если для вашего проекта такое решение неприемлемо, включите во внутренний цикл while код, выполняющий проверку других условий.

Примеры использования Ethernet

Далее демонстрируются два примера практического использования библиотеки Ethernet. Вместе они охватывают большинство вариантов сетевых взаимодействий, которые могут вам пригодиться при создании своих проектов на Arduino.

Физический веб-сервер

Первый пример иллюстрирует наиболее частый случай использования сетевых возможностей Arduino. Здесь плата выступает в роли веб-сервера. Подключившись к веб-серверу Arduino, посетители смогут не только читать аналоговые входы, но и изменять уровни на цифровых выходах, щелкая на кнопках в веб-странице (рис. 12.5).

Рис. 12.5. Интерфейс физического веб-сервера

Этот пример демонстрирует отличный способ связать плату Arduino со смартфоном или планшетным компьютером, так как для отправки запросов Arduino достаточно самого простого браузера. Скетч, реализующий этот пример (sketch_12_02_server), содержит 172 строки кода, поэтому он не будет приводиться здесь целиком, но я рекомендую открыть его в Arduino IDE и заглядывать в него в процессе чтения моих пояснений.

Первая часть скетча содержит код, стандартный для любого скетча, реализующего сетевые взаимодействия. Здесь выполняется импортирование библиотек и определение объектов EthernetServer и EthernetClient.

Далее определяются переменные, служащие разным целям:

const int numPins = 5;

int pins[] = {3, 4, 5, 6, 7};

int pinState[] = {0, 0, 0, 0, 0};