Управление Arduino через интернет с помощью ПК — опыт новичка
Вместо вступления
Хочется сразу сказать, что в этой статье я не буду очень сильно углубляться в тонкости программирования, предполагается, что читающий имеет хотя-бы минимальные азы. Расскажу в целом как использовались ресурсы и о интересных моментах.
Предпосылки к созданию данного способа у меня возникли во время создания моего электромобиля: Жмяк сюда! Скажу сразу, что создавалось это всё больше из спортивного интереса, нежели для серьёзных практических работ, но тем не менее оно работает и может пригодится кому-либо.
На чем строится вся система и как реализовано в железе
Схема работы следующая: с сервера считываем файл, в котором лежат данные с помощью программы, запущенной на ПК/ноутбуке. Эта программа через USB отсылает данные на контроллер. Контроллер принимает данные и по ним выполняет действия. Схема с сервером привлекательна тем, что управлять схемой можно без приложения, просто зайдя на сайт с любого смартфона/планшета/пк/ноутбука в любой точке планеты, где есть доступ к интернету.
PS. Про серверную часть рассказано ниже.
В этой статье я буду управлять Arduino MEGA 2560 (китайским аналогом), но «за кулисами» схема спокойно сработала и с PIC16F877А, единственное что пришлось использовать — переходник USB-TTL:
Понятное дело программа для PIC несколько отличается от программы для Ардуино, ввиду разных типов МК, но принцип один и тот-же:
Принимаем через COM-порт данные, сравниваем их с внутренней таблицей команд и выполняем соответственное действие.
Схема изначально мне показалась очень простой, но было одно НО — небыло программы, которая читала бы файлик в интернете и отсылала данные в COM-порт. Соответственно такую программу пришлось написать.
Программа писалась на VB6. Для чтения файла с сервера используется компонент VB6: Microsoft Internet Transfer Control 6.0. С его помощью просто читается текстовый файл на сервере в строковую переменную. После чтения эта строка отсылается в COM-порт с помощью компонента VB6: Microsoft Comm Control 6.0. Весь процесс чтения файла и отсылания строки читается в цикле с использования таймера. Интервал срабатывания таймера можно менять в конфиге программы, либо прямо во время работы. Кроме этого можно выбрать режим работы порта, его номер, режим работы интернет соединения и ссылку на читаемый файл.
Хочется сделать замечание, что при больших размерах файла и маленьких промежутках программа подвисает, но продолжает работать. Размер буфера моей программы 512 байт. Учитывая, что у моего МК буфер меньше, этого хватает.
Важный момент. Программа в МК не умеет парсить данные, она умеет читать только какой символ был передан на вход через последовательный порт. Без ошибок у меня получилось принимать латиницу (26 символов A-Z и 10 цифр 0-9). Итого 36 команд, если алгоритм доработать и ввести парсинг данных в МК, то передавать можно любые данные. Так же есть возможность «допилинга» ПО для двустороннего обмена данными.
Выбор сервера и серверная часть
Для серверной части подойдет любой сервер с поддержкой PHP, хоть запущенный на личном ПК, лишь бы был статический IP, но я лично использую арендованный Jino. Серверная часть в моём примере состоит из двух файлов: HTML странички с формой с кнопками ВКЛ/ВЫКЛ светодиода и PHP скрипта, который меняет содержимое TXT файла из которого программа, запущенная на ПК читает данные.
Программное обеспечение
Код HTML. Форма с 2 кнопками, вкл/выкл светодиод на плате:
Код PHP, здесь мы пишем в файл команду А, если светодиод должен гореть, и В если должен потухнуть:
Теперь собственно код для Arduino:
Сама программа для чтения информации на сервере с пересылкой в COM-порт и её исходный код лежат в архиве по ссылке: Яндекс-Диск Программа скомпилирована в несколько вариантов кода, возможно будут какие-либо различия в работе, но не должно быть. При первом запуске EXEшника генерируется файл справки и конфиг-файл. Данные из этого файла считываются при запуске программы, если он существует. Если файл не существует (например при первом запуске программы), то config-файл создается с дефолтными значениями.
Getting Started with the Arduino Ethernet Shield and Ethernet Shield 2
The Ethernet Shield is a retired product. The Arduino Ethernet Shield 2 is available to buy .
The Arduino Ethernet Shield 2 allows an Arduino board to connect to the internet using the Ethernet library and to read and write an SD card using the SD library. This shield is fully compatible with the former version but relies on the newer W5500 chip.
Connecting the Shield
To use the shield, mount it on top of an Arduino board (e.g. the Uno). To upload sketches to the board, connect it to your computer with a USB cable as you normally would. Once the sketch has been uploaded, you can disconnect the board from your computer and power it with an external power supply.
Connect the shield to your computer or a network hub or router using a standard ethernet cable (CAT5 or CAT6 with RJ45 connectors). Connecting to a computer may require the use of a cross-over cable (although many computers, including all recent Macs can do the cross-over internally).
Tutorials
You may find inspiration in our Project Hub tutorial platform with some projects developed by our users
or have a look to the tutorial pages that explain how to use the various features of your shield.
Here is a list of tutorials that will help you in making very cool things!
ChatServer: set up a simple chat server.
WebClient: make a HTTP request.
WebClientRepeating: Make repeated HTTP requests.
WebServer: host a simple HTML page that displays analog sensor values.
BarometricPressureWebServer: outputs the values from a barometric pressure sensor as a web page.
UDPSendReceiveString: Send and receive text strings via UDP.
UdpNtpClient: Query a Network Time Protocol (NTP) server using UDP.
DnsWebClient: DNS and DHCP-based Web client.
DhcpChatServer: A simple DHCP Chat Server
DhcpAddressPrinter: Get an IP address via DHCP and print it out
TelnetClient: A simple Telnet client
Network Settings
The shield must be assigned a MAC address and a fixed IP address using the Ethernet.begin() function. A MAC address is a globally unique identifier for a particular device. Current Ethernet shields come with a sticker indicating the MAC address you should use with them. For older shields without a dedicated MAC address, inventing a random one should work, but don’t use the same one for multiple boards. Valid IP addresses depend on the configuration of your network. It is possible to use DHCP to dynamically assign an IP to the shield. Optionally, you can also specify a network gateway and subnet.
SD Card
The latest revision of the Ethernet Shield includes a micro-SD card slot, which can be interfaced with using the SD library.
The text of the Arduino getting started guide is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License. Code samples in the guide are released into the public domain.
Простое управление arduino через интернет
Всем добрый день.
Около года назад я написал небольшую обзорную статью для управления Arduino через интернет, с помощью сервера NinjaBlocks. Это было довольно хорошее и удобное решение и оно отлично работало, пока в один прекрасный момент не начались проблемы с соединением. Попытки уговорить разработчиков через форум решить проблемы были напрасны — они просто игнорировали мои просьбы и не удосужились даже ответить, что было очень печально.
С того момента был просканирован весь интернет в поисках замены — и было найдено много очень интересных проектов, но они либо были слишком сложными в реализации и требовали значительных знаний в области программирования, либо были попросту неудобны. И вот тут и пришла мысль почему бы не сделать все самому.
Конечно очень хотелось использовать современные протоколы передачи данных websockets или mqtt, которые позволили бы контролировать все процессы в реальном времени, но если с клиентом для arduino дела обстояли хорошо — наличие неплохих библиотек радовало, то вот с серверной стороной дела обстояли хуже — нужны были серверы с поддержкой нужных протоколов, которых у обычного хостера не было. А заводить свой сервер ради зажигания светодиода не хотелось. И выбор пал на старый и добрый http.
1. Как это всё работает.
У нас имеется:
— сервер на php расположенный на хостинге который привязанный к доменному имени
— клиент в виде arduino
— панель управления
Arduino подключается к серверу и отправляет GET запрос, где содержатся значения датчиков температуры.
Сервер принимает запрос, и записывает значения температур в текстовые файлы. При этом читает из текстового файла значение установленного выхода для arduino и отправляет в ответ на запрос контроллера.
Arduino принимает ответ от сервера и согласно ему устанавливает состояние своего выхода
Панель управления, используя Ajax, считывает значение температуры из текстовых файлов и обновляет показания датчиков. А также считывает их текстового файла состояние выхода и обновляет его на странице. С помощью того же Ajax через форму в текстовый файл записывается значение выхода контроллера, откуда потом будет брать значение сервер и отправлять контроллеру.
2. Клиент на Arduino
Скетч довольно простой, всё что он делает — это собирает значение датчиков и отправляет их на сервер, получает ответ, включает или отключает выход.
#include
#include
#include
#include
#define ONE_WIRE_BUS 2
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
EthernetClient client;
char server[] = «*************»; // имя вашего сервера
int buff=0;
const int led=5;
void setup()
<
Ethernet.begin(mac);
sensors.begin();
pinMode( led, OUTPUT);
digitalWrite(led, LOW);
>
if (client.connect(server, 80))
<
client.print( «GET /add_data.php?»);
client.print(«temperature=»);
client.print( sensors.getTempCByIndex(0) );
client.print(«&»);
client.print(«&»);
client.print(«temperature1=»);
client.print( sensors.getTempCByIndex(1) );
client.println( » HTTP/1.1″);
client.print( «Host: » );
client.println(server);
client.println( «Connection: close» );
client.println();
client.println();
while (client.available())
<
char c = client.read();
if ( c==’1′)
<
buff=1;
>
if ( c==’0′)
<
buff=0;
>
>
client.stop();
client.flush();
delay(100);
>
else
<
client.stop();
delay(1000);
client.connect(server, 80);
>
if ( buff==1)
<
digitalWrite (led, HIGH);
>
else
<
digitalWrite(led, LOW);
>
delay(500);
>
3. Сервер и панель управления
Сервер состоит всего из нескольких файлов: 
index.php — панель управления
add_data.php — файл обрабатывающий запросы с контроллера и отсылающий ответ обратно на arduino
style.css — определяет внешний вид панели
Папка transfer — содержит файлы, с помощью которых происходит считывание и запись значений из текстовых файлов.
led.php — записывает состояние выхода в файл out-1.txt, отправленное через форму в панели управления
ledstate.php — считывает состояние из текстового файла out-1.txt и выводит на панели в виде «ON» или «OFF»
temp-1.php и temp-2.php — считывают значения температуры из файлов in-1.txt и in-2.txt и отправляют на панель управления.
Папка txt — своего рода база данных для хранения информации.
Сервер на самом деле очень простой и его сможет установить себе любой человек с минимальными познаниями, например, как я. До работы над этим проектом у меня был опыт работы только с arduino, поэтому php, ajax, html и css пришлось изучать буквально с нуля.
Установка очень простая. Просто скопируйте файлы на сервер и загрузите скетч в контроллер, при этом в скетче подправьте доменное имя, подключите датчики и светодиод, и у вас все должно работать.
Уверен, что матерые программисты будут пинать меня и тыкать носом в те места где можно было бы написать код более лаконично и правильно. Я это только приветствую.
Если вы увидели, что некоторые вещи можно сделать проще и быстрее, то сообщите мне.
Что в итоге мы имеем?
— все просто и понятно
— можно настроить под свои нужды и задачи
— хорошая стабильность
— сервер можно развернуть на любом бесплатном хостинге
— большое количество запросов на сервер ( некоторым хостерам это может не понравиться, в этом случае нужно увеличить паузу между запросами в скетче)
— кушает много трафика со стороны клиента ( при 1 запросе в секунду выходит около 300 Мб в сутки)
— существует небольшая задержка на включение выходов ( может быть критично для некоторых случаев)
Планы на будущее:
— добавить кнопку на контролере для включения и выключения реле с изменением состояния на сервер
— добавить авторизацию
— добавить идентификационные ключи в запросах
— организовать работу нескольких плат одновременно с одной панелью управления
— добавить подтверждения от контроллера о включении выхода
— очень хотелось бы использовать протоколы websockets или mqtt, но всё же склоняюсь к использованию websockets c использованием socket.io
Возможно, если будет интересно, напишу статью об управлении через интернет wifi модулем esp8266. Его я уже успел успешно опробовать и убедился, что все работает, правда, там есть свои нюансы в работе.
А если наберется достаточное количество желающих напишу, будет подробная статья, где мы рассмотрим добавление новых блоков с датчиками и управлением дополнительными выходами в панель управления.
Прошу дать совет как лучше реализовать авторизацию в панели управления, чтобы была относительно простая и понятная установка и приемлемый уровень безопасности.
Все желающие могут сами посетить страницу моего сервера и проверить в действии arduino.zhodinovel.com
. Для изменения выхода контроллера поставьте маркер на нужное значение и нажмите «ОТПРАВИТЬ» .
Всем спасибо за внимание!
UPD. Добавил обратную связь в панель в виде фоторезистора. Когда лампочка выключена, показания около 130, когда включена — 900.