Conrad Components 10215 Profi Lernpaket Internet of Things Course material 14 years and over Handleiding

Merk: Conrad Components

Model: 10215 Profi Lernpaket Internet of Things Course material 14 years and over

Type: Handleiding

VOOR U BEGINT

Wanneer u het IoT-WiFi-Board (hierna ook

NanoESP- genoemd) voor het eerst aansluit, kan het gebeuren dat de computer de

vereiste driver voor de USB-to-Serial-omzetter niet automatisch vindt. Als dit het

geval is, dient u de driver van de pagina www.iot.fkainka.de/driver te downloa-

den en manueel te installeren. In de Arduino-software kunt u dan de port en als

board Arduino Nano (processor: Atmega328) selecteren. Daarna moet de con-

troller volledig gebruiksgereed zijn.

Om met de seriële monitor te werken, moet u eveneens instellingen uitvoeren. Als

Baudrate wordt hier 19200 Baud gebruikt. Om bevelen te versturen moet u bo-

vendien de optie CR en NL naast het menu voor de Baudrate selecteren.

De juiste instellingen in de Arduino-omgeving

Ik heb met de Arduino-IDE-versies 1.6.5. - 1.6.6. gewerkt. Oudere versies kunnen

problemen veroorzaken. De huidige versie vindt u op de website

www.arduino.cc.

Bij moeilijkheden of problemen met het board of het leerpakket kunt u op elk mo-

ment op de website www.iot.fkainka.de hulp vinden. Op deze website vindt u

bovendien een forum, nieuwe gebruikersprojecten en ook alle hier voorgestelde

programma's in de meest recente versie.

In het leerpakket bevindt zich een breadboard waarop u de

NanoESP, kunt aansluiten, zoals getoond in de onderstaande afbeelding. Daar-

door blijft de meeste plaats voor experimenten terwijl de WLAN-module achteraan

boven het breadboard uitsteekt. De micro-USB-kabel kan dan worden aangeslo-

ten, zoals getoond op de afbeelding in het volgende hoofdstuk, en stoort slechts

minimaal. Gedetailleerde opbouwafbeeldingen vindt u in het overeenkomstig

hoofdstuk.

Het IoT-WiFi-Board (NanoESP)

Het hoofdelement van dit leerpakket is het IoT-WiFi-Board (NanoESP). Zoals men

aan de platine zeer goed kan herkennen, bestaat het board uit twee onderdelen.

Bij de linkerhelft gaat het om een Arduino-compatibel microcontrollersysteem dat

met de Arduino Nano vergelijkbaar is. Het rechterdeel is de WLAN-module met de

omschrijving ESP8266.

Deze beide componenten communiceren met elkaar via een door software gege-

nereerde seriële interface.

De NanoESP op het breadboard

De pin-lay-out van het board

Op het board zijn er veel verschillende elementen, zoals bv. de pins, waarvan

enkele een bijzondere functie hebben of de LED's, wier functies niet altijd op het

eerste zicht zichtbaar zijn. Opdat u het overzicht niet verliest, zijn de belangrijkste

functies en omschrijvingen van de afzonderlijke elementen in de volgende afbeel-

ding aangebracht.

De belangrijkste pins en omschrijvingen van het board

De WLAN-module wordt via zogenaamde AT-commando's gestuurd. Daarvoor is

het Arduino-deel van het board via pins 11 en 12 met de WLAN-module verbon-

den. Een kleine schakeling zet het 5 V-niveau in een compatibel 3,3 V-niveau om.

Pins 11 en 12 mag u dus niet in eigen projecten gebruiken.

Verdere belangrijke hardware-eigenschappen van het board vindt u in de onderste

tabel kort opgelijst.

Technische gegevens

Microcontroller: ATmega328

Flashgeheugen: 32 kB (waarvan 0,5 kB voor de bootloader)

SRAM: 2 kB

EEPROM: 1 kB

Kloksnelheid: 16 MHz

I/O-pins: 20 (waarvan 2 voor de communicatie met de

WLAN-module)

waarvan PWM: 6

waarvan analoge ingangen: 6

USB-to-Serial-chip: CH340G

Bedrijfsspanning: 5 V

Aangewezen ingangsspanning: 7 – 12 V

Maximale stroom pre I/O-pin: 40 mA

Belastbaarheid van de 3,3 V-uitgang: 50 mA

WLAN-module: ESP8266

SPI-flash 4 Mbit

Bedrijfsspanning: 3,3 V

WLAN-standaarden: 802.11 b/g/n

WLAN-modi: Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP

Firmware: AT-firmware versie 0.22

Overige: Geïntegreerde TCP/IP-stack

+19,5 dBm uitgangsvermogen in de 802.11b-modus

Geïntegreerde low-power-32-bit-CPU

Communicatie via UART

ELEMENTEN IN HET

LEERPAKKET

Hieronder vindt u een overzicht van de elementen die zich in het leerpakket bevin-

den.

1 IoT-WiFi-Board (NanoESP)

1 breadboard

1 m draadbrug

2 knoppen

1 9V-clip

1 LED (rood)

1 RGB-LED (4 contactpennen)

1 weerstand 10 kOhm (bruin-zwart-oranje)

1 weerstand 1 kOhm (bruin-zwart-rood)

1 fototransistor (2 contactpennen)

1 NTC 10 kOhm

1 Piezo-luidspreker

1 potentiometer 10 kOhm met rode draaiknop

DE MODULE LEREN

KENNEN

In dit eerste hoofdstuk gaat het om de algemene werking van de WLAN-module.

De module wordt via zogenaamde AT-commando's gestuurd. Alle hier gebruikte

voorbeeldprogramma's, hulp en andere informatie vindt u overigens op

www.iot.fkainka.de

Het makkelijkst is om het volledige zip-bestand te downloaden en de uitgepakte

map in uw sketch-map te kopiëren. Dan kunt u uit het Arduino-oppervlak alle pro-

gramma's makkelijk na elkaar openen.

1.1

Algemene AT-bevelen

Men krijgt de beste eerste indruk van het gebruik van AT-bevelen door ze gewoon

uit te proberen. Daarom leert u in dit hoofdstuk enkele van de algemene bevelen

kennen.

Open hiervoor het programma P01_SoftwareSerial in de Arduino-IDE. Het gaat

om een zeer eenvoudig programma dat niets meer doet dan alle gegevens die via

de seriële hardware-interface van de microcontroller worden ontvangen, via de

zelf gedefinieerde software-interface naar de ESP-controller door te geven. Het

geheel werkt ook in omgekeerde richting. Zoals men in de brontekst kan zien, zijn

beide aansluitingen van de software-interface pins 11 en 12. Deze moeten in ei-

gen projecten niet als GPIO-pins worden gebruikt. U hebt bovendien de Softwa-

reSerial-Library, nodig die bij de meeste Arduino-versies reeds voorgeïnstal-

leerd is – indien niet, moet u de library via de manager downloaden.

Nadat het programma werd geüpload, kunt u de seriële monitor van het Arduino-

oppervlak starten. Voor u kunt starten, moet u nog twee belangrijke instellingen

aan de Serial Monitor uitvoeren, namelijk rechtsonder in de hoek de Baudrate op

19200 instellen en in de box links daarnaast de instelling CR en NL uitvoeren.

Nu kunt u reeds een bericht zien, namelijk AT en een paar regels daaronder OK.

Het commando AT werd door microcontroller naar de ESP-module verzonden en

de module heeft met OK geantwoord. Hieraan kunt u herkennen dat de WLAN-

module werkt en gebruiksgereed is.

Terminal-instellingen CR en NL en een Baudrate van 19200

1.1.1 | Basisbevelen

Enkele algemene bevelen van de module kunt u nu testen door het commando

gewoon in te tikken en met

[Enter]

naar de module te zenden. Het is daarbij van

belang om hoofdletters te gebruiken voor het bevel. U kunt uw eerste eigen bevel

aanmaken door

in de seriële monitor in te tikken en op

[Enter]

te drukken. Het opgeladen pro-

gramma geeft het bevel opnieuw naar ESP-module door, dat opnieuw met AT en

daarna OK antwoordt. Het volgende bevel dat u kunt testen, luidt:

AT+GMR

Met dit bevel worden de huidige firmware en het versienummer weergegeven.

Met het bevel

AT+RST

kunt u de module terugzetten. U ziet dan in de terminal eerst een paar onleesbare

tekens en op het einde ready als teken dat de module nu gereed is Een ander

bevel luidt:

ATE0

Hiermee is het mogelijk om de zogenaamde echo van de module te deactiveren.

Dit betekent dat u niet wilt dat het verzonden commando wordt teruggestuurd,

maar alleen het antwoord. Wanneer u bijvoorbeeld AT verzendt, komt niet eerst

AT en dan OK, maar alleen OK terug. Voor uw eerste passen is het echter aan-

gewezen om de echo met

ATE1

opnieuw te activeren.

Eerste verzoeken met de AT-bevelen

1.1.2 | WLAN-bevelen

Met de volgende WLAN-commando's kunt u belangrijke WLAN-eigenschappen

van de module wijzigen. Bij veel bevelen kunt u niet alleen slechts een toestand

vastleggen, maar ook de huidige toestand opvragen. Dit gebeurt door direct na het

bevel een vraagteken in te voeren, bv.

AT+CWMODE?

Als returnwaarde komt in regel

+CWMODE=2

gevolgd door OK. Wanneer u

AT+CWMODE=?

intikt, antwoordt de module met de mogelijke parameters van het bevel; hier na-

melijk 1-3. Bij CWMODE gaat het overigens om het bevel waarmee u de WLAN-

module kunt vastleggen.

Er zijn dus drie bedrijfsmodi die ik hieronder na elkaar vermeld:

AT+CWMODE=2 – de module als Access Point (AP-modus)

In de leveringstoestand is de module een Access Point. Dit betekent dat u met een

WLAN-compatibel apparaat, zoals een smartphone of een pc, een rechtstreekse

verbinding met de module kunt aanmaken. Daartoe zoekt u gewoon het open WLAN

met de naam NanoESP en verbindt u zich daarmee. In de fabriekstoestand is er

geen wachtwoord gegeven zodat de verbinding zonder problemen kan worden ge-

maakt. Wanneer u met de module verbonden bent, hebt u geen verbinding met het

internet aangezien de module geen router is met een eigen verbinding met het tele-

foonnet. Deze WLAN-modus is echter toch zinvol wanneer u bijvoorbeeld een veilig

afgesloten netwerk nodig hebt. Met betrekking tot veiligheid: De mogelijkheid be-

staat ook om het netwerk van een wachtwoord te voorzien, en wel met behulp van

het bevel:

AT+CWSAP

Er moeten hier nog parameters worden ingevoerd, en wel in volgorde en geschei-

den door een komma:

de naam van het netwerk in aanhalingstekens,

het wachtwoord in aanhalingstekens,

de Channel ID (willekeurige waarde tussen1 en 13),

en de encryptiemodus (waarde van 0-4).

Een mogelijke instelling is:

AT+CWSAP="MyNanoESP","MyPassword",5,3

Na korte tijd verschijnt OK als bevestiging. Als een ERROR verschijnt, controleert

u nogmaals uw invoer, vooral de aanhalingstekens. Als ERROR toch verschijnt,

controleert u of de CWMODE echt 2 is.

Wanneer alles heeft gewerkt, kunt u zich met een WLAN-compatibel apparaat met

het board verbinden. Alle met de module verbonden apparaten kunt u met IP- en

MAC-adressen via het bevel

AT+CWLIF

laten weergeven.

De module in stationsmodus. Het IP van de verbonden computer is gemarkeerd.

AT+CWMODE=1 – de module in de stationsmodus

Met het bevel

AT+CWMODE=1

plaatst u de module in de stationsmodus. Deze modus laat u toe om een verbin-

ding met uw WLAN-router te maken. Daardoor is de module ook met het internet

verbonden en heeft veel meer mogelijkheden.

Vooraf kunt u echter met het bevel

AT+CWLAP

alle netwerken in uw bereik laten oplijsten en zo controleren, of uw netwerk zich in

de ontvangstradius bevindt. Om een verbinding met uw router te kunnen aanma-

ken, hebt u het bevel

AT+CWLAP nodig

Deze bevat, net zoals het CWSAP-bevel, belangrijke parameters, namelijk de

naam van het WLAN-netwerk (ook SSID genaamd) en het wachtwoord, beiden

opnieuw in aanhalingstekens en door een komma gescheiden. Een verbinding

maken met een tweede module dat met de in het vorige hoofdstuk vermelde ge-

gevens is ingesteld, zou er dus als volgt uitzien:

AT+CWJAP="MyNanoESP","MyPassword"

De verbinding aanmaken kan een paar seconden duren en moet dan OK terugge-

ven. U kunt overigens de door de router gegeven IP van de module met het bevel

AT+CIFSR

oproepen. Dit zal later van belang zijn, wanneer u een verbinding met de TCP-

server van de module wilt aanmaken. Met het bevel

AT+CWQAP

kunt u de verbinding met uw router ook opnieuw verbreken.

Het board maakt een verbinding met een tweede NanoESP aan.

AT+CWMODE=3 – de duale modus

De derde mogelijke modus van de WLAN-instelling is de duale modus. Zoals de

naam reeds laat vermoeden, laat dit u toe om de module zowel in de stations- als

in de AP-modus te gebruiken. Dit betekent dat apparaten zowel een rechtstreekse

WLAN-verbinding met de module kunnen aanmaken of de module via de router

als tussenstation bereiken. Een handige modus,

bv. wanneer men een intern net met meerdere

modules plant en een module toch als server moet

dienen die de gegevens in het net levert. Daarover

later meer.

Bevelenoverzicht in bijlage en op de website

Alle belangrijke bevelen vindt u overigens ook in de bijla-

ge en op de reeds vermelde website www.iot.fkainka.de.

Veel bevelen, zoals het instellen van de Baudrate, wer-

den bewust niet opgelijst aangezien u daarmee de modu-

le onbruikbaar kunt maken.

1.2 | Automatische configuratie

De algemene bevelen kunt u reeds manueel testen. In dit hoofdstuk moet nu de

vraag worden beantwoord, hoe deze bevelen automatisch via de controller kunnen

worden bediend. Bovendien leert u een bijkomend bevel kennen, waarmee u kunt

testen of een pc in het netwerk of een server in het internet bereikbaar is. In dit

voorbeeld wordt namelijk de Google-server aangepingt. In het voorbeeldprogram-

ma P02_GooglePing worden de werkwijzen die u in het eerste voorbeeld manueel

hebt ingetikt, grotendeels geautomatiseerd. De controller stuurt na elkaar bevelen

naar de ESP-module en maakt zo o.m. de verbinding naar de WLAN. De verschil-

lend lange time-outtijden geven de module voldoende tijd om te antwoorden.

Voor het programma echter goed kan werken, moet u uw WLAN-gegevens na #define

SSID en #define PASSWORD onmiddellijk bij het begin van de programma-

broncodes invoeren. De module heeft namelijk toegang tot het internet nodig om zijn

laatste bevel te kunnen uitvoeren. Met het bevel

AT+PING

kunnen andere apparaten in het netwerk worden aangepingd. Pingen betekent dat

men vraagt of een computer in principe bereikbaar is. Hier wordt de Google-server

met AT+PING="www.google.de" aangepingt. Wanneer er een antwoord terug-

komt, verschijnt er een melding in de Serial Monitor en de met D3 aangeduide

LED die op pin D13 aan de boards is aangesloten, wordt geactiveerd. De eerste

communicatie met het internet is dan geslaagd.

Het programma

Hieronder analyseren wij de functies van de programma's stap voor stap. Bij het

begin wordt de communicatie met de module besproken.

Seriële communicatie

He geheel werkt via de seriële software-interface die met de SoftwareSerial-

Library beschikbaar wordt gesteld. Bij het initialiseren moeten bovendien de ge-

bruikte pins worden aangegeven, in dit geval pins 11 en 12.

001

#include <SoftwareSerial.h>

002

SoftwareSerial esp8266(11, 12);

Net zoals bij de normale seriële interface kunnen dan bytes of hele regels met de

bevelen esp8266.print of esp8266.println worden overgedragen. Bijzonder prak-

tisch zijn ook de bevelen esp8266.find en esp8266.findUntil waarmee een inko-

mende stream op bepaalde datareeksen kunnen worden getest. Daardoor is het

heel eenvoudig om het passende antwoord van de module te onderscheppen.

Wanneer een verachte datareeks niet opduikt, kan het een hele poos duren tot het

programma verder gaat. De wachttijd (time-out) wordt door esp8266.setTimeout

gedefinieerd. Met findUntil() kan echter ook een tweede datareeks worden gedefi-

nieerd waarbij de zoekfunctie uitstapt en false als returnwaarde levert. Dit gebrui-

ken wij in de functie sendCom():

001

//-------Controll ESP--------

002

003

boolean sendCom(String command, char respond[])

004

{

005

esp8266.println(command);

006

if (esp8266.findUntil(respond, "ERROR"))

007

{

008

return true;

009

}

010

else

011

{

012

debug("ESP SEND ERROR: " + command);

013

return false;

014

}

015

}

Wanneer u de functie oproept, moet u dus het bevel en de verwachte returnwaar-

de aan de functie overgeven, bv. AT en de verwachte returnwaarde OK. Via print-

ln() wordt het commando overgedragen en tenslotte gewacht tot de verwachte

returnwaarde of een ERROR wordt ontvangen. Als de verwachting vervuld is,

geeft de functie de waarde true terug. Indien niet, zendt de module via de debug()-

functie een ESP SEND ERROR en het verzonden commando terug zodat men

makkelijk kan controleren, welk bevel de problemen veroorzaakt.

Niet alle AT-bevelen hebben een eenduidige of uit een regel bestaande return-

waarde. Als bv. het IP-adres wordt gevraagd, is er in regel geen vooraf bekende

waarde. Daarom is er een tweede sendCom()-functie die alleen de parameter

command nodig heeft en dan de hele ontvangen string teruggeeft. De string mag

echter niet te lang zijn want de buffer van SoftwareSerial kan overlopen.

001

String sendCom(String command)

002

{

003

esp8266.println(command);

004

return esp8266.readString();

005

}

Zoeken naar fouten

Bij het ontwikkelen van programma's komt het tot fouten en complicaties. Opdat

men überhaupt een kans heeft, zijn er twee debug-functies die via een parameter

helemaal aan het begin van het programma geactiveerd of gedeactiveerd worden.

#define DEBUG true

De eerste functie bewerkt niets meer dan een vereenvoudigde uitvoer van tekst

via de als standaard gedefinieerde seriële interface. Wanneer de constante DE-

BUG waar is, wordt de inhoud van de datareeks Msg verzonden.

001

void debug(String Msg)

002

{

003

if (DEBUG)

004

{

005

Serial.println(Msg);

006

}

007

}

De tweede functie is eveneens snel verklaard. Als de functie

serialDebug wordt opgeroepen, gaat het programma in een permanente lus over

en gedraagt zich vanaf dan zoals het eerst geteste SoftwareSerial-programma. Dit

betekent dat alle gegevens die via de seriële monitor naar de controller worden

verzonden, rechtstreeks naar de module worden doorgezonden en omgekeerd.

Ingeval van fout kan men dus de functie oproepen en manuele bevelen verzenden

om te testen, waar de fout is.

001

//---Debug Functions---

002

void serialDebug() {

003

while (true)

004

{

005

if (esp8266.available())

006

Serial.write(esp8266.read());

007

if (Serial.available())

008

esp8266.write(Serial.read());

009

}

010

}

Configuratie

Om de programma's over het algemeen overzichtelijker vorm te geven, werden de

meeste instellingen eveneens in eigen functies ondergebracht, met vooreerst de

functie espConfig, waarin de belangrijkste parameters voor het respectievelijke

programma kunnen worden ondergebracht.

001

//---Config ESP8266---

002

boolean espConfig()

003

{

004

boolean success = true;

005

esp8266.setTimeout(5000);

006

success &= sendCom("AT+RST", "ready");

007

esp8266.setTimeout(1000);

008

009

if (configStation(SSID, PASSWORD)) {

010

success &= true;

011

debug("WLAN Connected");

012

debug("My IP is:");

013

debug(sendCom("AT+CIFSR"));

014

}

015

else

016

{

017

success &= false;

018

}

019

020

success &= sendCom("AT+CIPMODE=0", "OK");

021

success &= sendCom("AT+CIPMUX=0", "OK");

022

023

return success;

024

}

Bij het begin van de functie wordt eerste de variabele success op true gezet aan-

gezien deze variabele nu met verschillende functies En-gekoppeld wordt. Dit bete-

kent dat wanneer er ook slechts een van de functies de waarde false teruglevert,

success eveneens onmiddellijk false wordt en de hele configuratie mislukt. Het

eerste AT-bevel dat zo op succes wordt gecontroleerd, is het Reset-bevel dat bijna

altijd bij het begin van het programma wordt uitgevoerd om te garanderen dat

vorige verzoeken niet nog de module belasten. Het kan in elk geval tot vijf secon-

den duren tot de module de melding ready terugstuurt. Daarom wordt kort voor de

sendCom()-functie, de time-out voor esp8266.findUtil verhoogd. Na het resetten

wordt de time-out opnieuw op de standaardwaarde van een seconde ingesteld.

Wat daarna volgt, is de oproep van een zelf gedefinieerde functie met de naam

configStation()die in het volgend hoofdstuk wordt besproken. Hij dient om de mo-

dule met uw thuisnetwerk te verbinden. Daartoe worden de parameters SSID en

PASSWORD overgedragen die u bij het begin van het programma hebt ingevoerd.

Als de verbinding met succes werd gemaakt, wordt eerst het positieve bericht en

tot slot ook de huidige IP van de module naar de seriële monitor overgedragen.

Tot slot van de functie worden nog parameters ingesteld waarop ik slechts later

zal ingaan. Tot slot wordt de variabele success teruggegeven die hopelijk de

waarde true heeft bevat.

001

boolean configStation(String vSSID, String vPASSWORT)

002

{

003

boolean success = true;

004

success &= (sendCom("AT+CWMODE=1", "OK"));

005

esp8266.setTimeout(20000);

006

success &= (sendCom("AT+CWJAP=\"" + String(vSSID) + "\",\""

+ String(vPASSWORT) + "\"", "OK"));

007

esp8266.setTimeout(1000);

008

return success;

009

}

De functie configStation() werd in de espConfig()-functie opgeroepen. Hier wordt

het instellen van de WLAN-modus op stationsmodus met het bevel CWMODE en

tenslotte het verbinden met het netwerk via het CWJAP-bevel uitgevoerd. Het kan

echt lang duren tot de verbinding wordt gemaakt, waardoor de time-out hier kort-

stondig tot 20 seconden wordt verhoogd. Als u overigens een voorkeur hebt voor

de duale WLAN-modus, kunt u hier voor CWMODE een 3 invoeren.

001

boolean configAP()

002

{

003

boolean success = true;

004

005

success &= (sendCom("AT+CWMODE=2", "OK"));

006

success &= (sendCom("AT+CWSAP=\"NanoESP\",\"\",5,0",

"OK"));

007

008

return success;

009

}

De functie configAP() wordt in dit voorbeeld niet opgeroepen, maar moet echter

kort behandeld worden. Ze geeft zogezegd het contrastuk van de configStation()-

functie weer aangezien hier de module als Access Point wordt ingesteld. Een

langere time-out is hier niet nodig aangezien de module het CWSAP-bevel duide-

lijk sneller kan verwerken. In latere verzoeken wordt dan in de espConfig()-functie

in de plaats van

configStation() de configAP()-functie opgeroepen.

001

void setup()

002

{

003

// Open serial communications and wait for port to open:

004

Serial.begin(19200);

005

// set the data rate for the SoftwareSerial port

006

esp8266.begin(19200);

007

008

if (!espConfig()) serialDebug();

009

else debug("Config OK");

010

011

if (sendCom("AT+PING=\"www.google.de\"", "OK"))

012

{

013

Serial.println("Ping OK");

014

digitalWrite(13, HIGH);

015

}

016

else

017

{

018

Serial.println("Ping Error");

019

}

020

}

021

022

void loop() // run over and over

023

{

024

//Start serial Debug Mode - Type Commandos over serial Monitor

025

serialDebug();

026

}

De belangrijkste functies die u in bijna elk programma zult vinden, zijn daarmee

behandeld. In de bekende Arduino-functies setup() en loop() worden deze functies

nu gebruikt. Eerst worden beide seriële interfaces met 19200 Baud geïnstalleerd.

Pas dan wordt de functie espConfig() opgeroepen. In geval van fout wordt onmid-

dellijk de serialDebug()-functie gestart. Als alles in orde was, wordt een positief

bericht verzonden. In latere programma's zal de LED aan pin 13, die op het board

met D3 is gemarkeerd, bij een succesvolle configuratie bijkomend branden. Daar-

mee hebt u ook feedback wanneer de module niet aan een pc met seriële monitor

is aangesloten. In dit verzoek is de LED alleszins voor de terugmelding van de

ping-status nodig. De vraag gebeurt ook onmiddellijk in de volgende regel na de

configuratie. Het AT+PING-commando met het Google-adres wordt als parameter

verzonden. U kunt in plaats van dit adres ook een IP-adres in uw lokaal netwerk

opvragen. Indien succesvol, verschijnt er een melding en de voornoemde LED D3

wordt geactiveerd. Als laatste actie springt het programma in de loop-functie die

aan uw zijde de serialDebug()-functie oproept. U kunt dus na het programma meer

bevelen testen en zo bijvoorbeeld meer adressen aanpingen.

1.3 | Een netwerk herkennen

In dit hoofdstuk gaat het onder andere voor het eerst over een kleinere hardware-

opbouw. Doel van het project is een soort alarminstallatie, die reageert wanneer

een bepaald netwerk in uw bereik komt of ingeschakeld wordt.

Er worden slechts twee elementen en een beetje

kabel gebruikt. De precieze opbouw vindt u in de

opbouwafbeeldingen.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x Piezo, draadbrug

Aansluiten van de Piezo-luidsprekers

De brontekst voor dit project is hoofdzakelijk in de volgende functies verschillend

van het vorig verzoek:

001

void findSSID()

002

{

003

esp8266.println("AT+CWLAP");

004

if (esp8266.findUntil(ToFindSSID,"OK")) alarm();

005

else debug("SSID not found!");

006

}

007

008

void alarm()

009

{

010

debug("alarm!");

011

012

digitalWrite(LED_ALARM, HIGH);

013

014

for (int i; i <=30; i++)

015

{

016

tone(PIEZO, 400, 500);

017

delay(500);

018

tone(PIEZO, 800, 500);

019

delay(500);

020

}

021

022

digitalWrite(LED_ALARM, LOW);

023

}

De functie findSSID() wordt ca. elke 30 seconden in de loop-routine opgeroepen

en zoekt dan naar alle netwerken in de omgeving. Wanneer het gezochte netwerk

werd gevonden, wordt de functie alarm() geactiveerd die LED D3 inschakelt en

een geluidssignaal aan de Piezo uitgeeft. In het voorbeeldprogramma wordt na

een netwerk met de SSID NanoESP gezocht, in principe dus naar andere Na-

noESP-netwerken in uw bereik. U kunt echter gewoon bij #define ToFindSSID aan

het begin van het programma een andere SSID invoeren. Daardoor kunt u bij-

voorbeeld controleren hoe ver uw WLAN-netwerk reikt.

UDP EN IP

In dit hoofdstuk gaat het om de algemene datauitwisseling tussen twee systemen

via een WLAN-netwerk. Daarbij zullen wij thema's, zoals IP Ports en het UDP-

protocol behandelen. Daarvoor moeten deze algemene begrippen eerst worden

verklaard.

Wat is een IP-adres?

Een IP-adres werkt als een postadres. Via dit adres kan een computer in een

netwerk eenduidig worden geïdentificeerd en geadresseerd. Een IP-adres op

basis van de gangbare IPv4-standaard ziet er bijvoorbeeld als volgt uit:

192.168.4.1

Het gaat om vier getallen of, juister gezegd, om vier bytes. Dit betekent dus dat de

waarde van een getal maximum 255 kan bedragen. In principe zijn er lokale IP-

adressen, i.e. IP's die bv. aan de computers en apparaten in uw thuisnetwerk

worden verdeeld, en globale IP's.

Lokale IP's worden in regel door uw router verdeeld. Zij beginnen meestal met

192.168. Het daarop volgende getal is van router tot router anders. Wanneer de

NanoESP als Access Point fungeert en een computer zich in uw netwerk aan-

meldt, krijgen de pc's een adres dat met 192.168.4 begint. Zo is onmiddellijk een

subnetwerk aangemaakt. Fritz!Box-routers verdelen in regel lokale IP-adressen

volgens het schema 192.168.178.X. U kunt uw IP vinden door bijvoorbeeld in

Windows in de prompt (onder Start -> Programma's -> Accessoires -> Prompt) het

bevel ipconfig invoeren. Er verschijnt een lange lijst die ook het punt IPv4-adres

met uw lokale IP in het netwerk bevat.

Globale IP's worden in regel door internetproviders toegekend. Daarbij gaat het

bijvoorbeeld om het adres via hetwelk uw router in het wereldwijde netwerk te

bereiken is. De router spant het lokale netwerk op en verdeelt de data aan de

clients. Een mogelijkheid om uw globale IP te vinden is bijvoorbeeld de internetsite

http://www.meine-aktuelle-ip.de/ op te roepen. Op deze pagina worden bo-

vendien meerdere door een webserver te raadplegen data weergegeven. U bent

dus niet zo anoniem op het internet als u eventueel denkt.

Wat is een port?

In analogie met een postadres kan een port zoiets als een huisdeur in een woning

zijn. Een computer met een uniek IP kan via verschillende ports verschillende

diensten ter beschikking stellen. U kunt via het IP de server bereiken, maar via de

port moet u ook de te gebruiken dienst kiezen. Dit kan bv. port 20 zijn voor de

FTP-gegevensoverdracht of port 23 voor een telnet-verbinding. U kunt de port in

regel vrij kiezen, maar er zijn wel gestandaardiseerde ports die de omgang met

webtoepassingen makkelijker maken. Een lijst van de gestandaardiseerde ports

vindt u op

https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_standardisierten_Ports

Wat is UDP?

UDP is de afkorting van User Datagram Protocol. Het gaat hierbij om een mini-

maal, verbindingsloos netwerkprotocol. Dat betekent in principe dat het minimalis-

tischer en eenvoudiger is dan andere internetprotocollen, zoals bv. TCP wat we

later zullen behandelen. De vergelijking is op dit moment nog niet bijzonder een-

voudig, maar u kunt het volgende merken over de eigenschappen van het proto-

col:

UDP is in staat om te broadcasten.

Er is geen controle van de data op correctheid en er is ook geen

correctie van fouten.

Er is dus ook geen garantie dat data met succes is overgedragen.

Er is bovendien geen garantie dat data niet onderweg worden

vervalst of door derden afgeluisterd.

Er moet niet eerst een verbinding worden gemaakt, maar een snelle

gegevensuitwisseling is mogelijk.

Er zijn nauwelijks overdrachtsvertragingsschommelingen.

Het formaat is bv. geschikt voor VoIP (Voice over IP – telefoneren via

het internet).

Dat zijn de belangrijkste principes met betrekking tot de begrippen van de volgen-

de projecten. Men zou het thema nog een beetje diepgaander kunnen behandelen

en op geschikte plaatsen zullen wij nog meer informatie geven. Echter, eerst naar

het praktische deel.

2.1 | Gegevens tussen board en pc met UDP uitwisselen

In het huidige project worden voor het eerst gegevens tussen board en pc via het

WLAN uitgewisseld. Voorwaarde is dat uw computer over een WLAN-adapter

beschikt. Een programma aan pc-zijde zorgt voor het succesvol ontvangen van de

meldingen. Een bijzondere hardware-opbouw is in dit verzoek niet nodig.

Het programma

Wanneer u het programma P04_UDPBasics.ino op de controller laadt, zal de

Controller als AccessPoint worden geconfigureerd en kunt u een open netwerk

met de naam NanoESP vinden. Voor u zich in elk geval met het netwerk verbindt,

moet u eerst nog een programma voor de pc van het internet downloaden. Bij mijn

verzoeken heb ik het programma Packet Sender van Dan Nagle gebruikt, aange-

zien men ze onder de volgende link kan downloaden:

https://packetsender.com/

Na het laden en installeren van het programma kunt u uw pc met het open net-

werk van de NanoESP kiezen. Let op dat de Firewall het netwerk als thuisnetwerk

herkent, zodat er geen gegevens geblokkeerd worden. Uw computer zou nu IP

192.168.4.2 moeten ontvangen hebben. U kunt dit controleren door het AT-bevel

AT+CWLIF

via de seriële monitor naar de module te zenden. Dit bevel geeft alle met het Ac-

cess Point verbonden computers met IP- en MAC-adres aan.

Nu start u Packet Sender, zet u onder Settings -> Network de UDP Server Port op

90 in en klikt u op de checkbox Enable UDP Server an. In regel moet linksonder

dan UDP 90 staan. Indien niet, moet u de software nog eens opnieuw opstarten.

De juiste instellingen in het programma Packet Sender

Het programma op de computer dient nu als UDP-server, terwijl de controller als

UDP-client is ingesteld. In het UDP-protocol is het onderscheid client/server niet

eenduidig, maar in dit geval betekent het dat u met de controller gegevens naar

uw computer verzendt.

Het bericht

werd met succes overgedragen.

Om gegevens te verzenden , gebruikt u het bevel:

AT+CIPSEND=7

Daarbij staat de 7 voor het aantal te verzenden tekens. Het teken > verschijnt als

teruggavewaarde. Dit betekent dat u nu uw bericht kunt overmaken. Tik Hello in

en bevestig opnieuw met

[Enter]

. Als teruggavewaarde zendt de module SEND

OK en dat hoewel u slechts vijf tekens hebt ingevoerd. Dit komt door het feit dat er

na uw invoer nog Carriage Return en New Line mee verstuurd worden, i.e. twee

tekens meer die u in uw berichtlengte moet incalculeren.

Wanneer u opnieuw naar Packet Sender gaat en daar onder Traffic Log kijkt, kunt

u de ingang van het bericht zien. In het ASCII-aanzicht ziet u zelfs beide meege-

zonden tekens, voorgesteld door \r en \n.

Het bericht werd door Packet Sender ontvangen.

001

boolean configUDP()

002

{

003

boolean success = true;

004

005

success &= (sendCom("AT+CIPMODE=0", "OK"));

006

success &= (sendCom("AT+CIPMUX=0", "OK"));

007

success &=

sendCom("AT+CIPSTART=\"UDP\",\"192.168.4.2\",90", "OK");

//UDP-Server

008

return success;

009

}

In het Arduino-programma is voor de communicatieweg vooral de functie confi-

gUDP() beslissend. Daar worden de voor de overdracht belangrijke instellingen

uitgevoerd. Als eerste wordt de datatransparantiemodus met CIPMODE op 0 ge-

zet. Tenslotte wordt met CIPMUX=0 ingesteld dat er slechts een enkele verbinding

is toegestaan. Het beslissende bevel is CIPSTART. Daarmee wordt een verbin-

ding aangemaakt en wel met IP 192.168.4.2, i.e. uw pc en PORT 90 waaraan het

programma Packet Sender met zijn UDP-server afluistert. Dat zijn eerst alle stap-

pen die nodig zijn om een eerste communicatie op te bouwen.

2.2 | Gegevens verzenden en ontvangen met UDP

In het vorige project werd de UDP-communicatie in een richting, i.e. van het board

naar de pc getest. In dit programma wordt de module zo ingesteld dat een com-

municatie ook in de andere richting mogelijk is, bijna als in een chat.

Het programma

Het programma van vandaag bevat in principe slechts een minimale wijziging die

echter een grote invloed op de communicatie met het UPD-protocol heeft. Wan-

neer u het programma uploadt, wordt opnieuw een Acces Point aangemaakt

waarmee u zich met de pc kunt verbinden. Ook deze keer zult u Packet Sender of

een vergelijkbaar programma nodig hebben. Start het programma en stel dezelfde

instellingen als totnogtoe in (File -> Settings -> Network: Enable UDP Server, Port

90). Vervolgens moet u nog in het hoofdvenster in het veld IP-adres het adres van

de module (192.168.4.1) intikken, de port op 91 instellen en in het verder rechts

staande dropdownmenu het punt UDP selecteren. Als beide instellingen zijn ge-

maakt en de Serial Monitor geopend, kunt u het eerste bericht naar de module

zenden door bv. Hi in het met ASCII gemarkeerde veld te tikken.

Wanneer u nu op Send klikt, verschijnt in de Serial Monitor:

001

+IPD,2:Hi

002

Het Packet Sender heeft met succes »Hi« overgedragen.

Het bericht werd dus ontvangen. U kunt nu ook antwoorden door opnieuw het

CIPSEND-bevel te gebruiken, dus bv.:

001

AT+CIPSEND=7

002

>Hello

Het verschil met het vorige programma ligt uitsluitend in een enkele regel:

success &= sendCom("AT+CIPSTART=\"UDP\",\"192.168.4.2

\",90,91", "OK");

Zoals u ziet, werd een tweede port aangegeven. Deze port, in dit geval met het

nummer 91, is de port via dewelke de module van zijn kant naar inkomende data

luistert. Met de bijlagen van deze eenvoudige regel is het mogelijk, ook data naar de

module te verzenden. U kunt overigens ook aan dezelfde port, waarnaar u verzendt,

luisteren. U kunt dus ook voor beide ports het getal 90 invoeren. In theorie is het met

de wijziging ook mogelijk dat de module zijn eigen data ontvangt.

2.3 | Een LED met UDP schakelen

In het programma P06_UDPLED.ino gaat het nu eindelijk om het besturen van

hardware via het UDP-protocol. Met dit programma is het mogelijk om een LED met

eenvoudige bevelen in en uit te schakelen. Bovendien wordt een bijkomende instel-

ling aan de UDP-communicatie uitgevoerd die het toelaat dat de hardware door

meerdere computers kan worden gecontroleerd. Daarvoor hebt u een schakeling

nodig, zoals getoond in de onderstaande afbeelding. De LED lijkt erg op een ander

element, de fototransistor. U kunt beide elementen van elkaar onderscheiden door

de kop van het element van bovenaf te bekijken.

De binnenkant van de LED heeft een groot wit vlak.

Het Packet Sender heeft met succes »Hi« overgedragen.

Het programma

Terwijl de vorige voorbeeldprogramma's veel invoer van de gebruiker via de serië-

le monitor vereisten, moet dit programma autonoom werken. Toch wordt voor

debug-doeleinden via de seriële monitor verder informatie uitgegeven.

De controller wacht nu op de door de WLAN-module ontvangen gegevens die via

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x LED (rood), 1 x weer-

stand 1 kOhm (bruin-zwart-rood), draadbrug

de +IPD-melding worden aangekondigd. Legitieme bevelen die u via Packet Sen-

der kunt verzenden, luiden led1 en led0. De controller interpreteert ze en schakelt

dienovereenkomstig de LED in of uit. Een terugmelding naar de zender wordt

eveneens overgedragen. Als een ander bevel wordt verzonden, verschijnt in de

Serial Monitor de melding "Wrong UDP Command". Hetzelfde bericht wordt ook

via het netwerk aan de zender overgedragen. In de brontekst beschouwen wij

eerst opnieuw een regel in de functie configUDP():

success &= sendCom("AT+CIPSTART=\"UDP\",\"192.168.4.255

\",90,91", "OK");

Dit keer is het IP namelijk gewijzigd. Dit IP kan grappig lijken want het gaat niet om

het IP van uw computer. Hoe kunnen dan de gegevens überhaupt aankomen? Dat

deze IP werkt, ligt aan het feit dat het om een heel bijzondere IP gaat, namelijk

een zogenaamde Broadcast-IP. Broadcast betekent "uitzenden", bv. van radiouit-

zendingen. Net zoals bij radiouitzendingen kunnen deze Broadcast-gegevens door

meerdere deelnemers worden ontvangen, in dit geval door alle deelnemers die

zich in hetzelfde subnet bevinden. Het adres 255 op het einde van het IP staat

altijd voor een broadcast-adres. U kunt nu bv. op een bijkomende computer het

programma Packet Sender starten en alle verzonden berichten afluisteren en ook

bevelen verzenden. De communicatie vindt dus niet meer alleen tussen twee

deelnemers plaats.

001

void loop() {

002

if (esp8266.available())

003

{

004

if (esp8266.find("+IPD,"))

005

{

006

if (esp8266.find("led")) {

007

int setLed = esp8266.parseInt();

008

digitalWrite(LED, setLed);

009

010

debug("LED=" + String(setLed));

011

if (sendCom("AT+CIPSEND=7", ">"))

012

{

013

sendCom("LED=" + String(setLed), "OK");

014

}

015

}

016

017

else {

018

debug("Wrong UDP Command");

019

if (sendCom("AT+CIPSEND=19", ">"))

020

{

021

sendCom("Wrong UDP Command", "OK");

022

}

023

024

}

025

}

026

}

027

}

Het analyseren van de inkomende bevelen gebeurt in de loop-routine, die perma-

nent wordt doorlopen. Als er data van de module is aangekomen

(esp8266.available()), worden ze geanalyseerd op de aanwezigheid van »+IPD,«.

Als bovendien het bevel led wordt gevonden, wordt via het bevel parseInt() auto-

matisch het volgende getal in de variabele setLed opgeslagen. Dit moet dankzij

onze definitie van de bevelen, ofwel 1 of 0 zijn en zo de LED high of low schake-

len. Als volgende wordt via de debug-functie en het CIPSEND-bevel een bevesti-

ging naar de computer overgedragen. Voor het geval dat het bevel led geen deel

uitmaakte van de door de module ontvangen data, informeert een foutmelding

over een foutief bevel. De eerste aansturing via het netwerk is daarmee volledig.

2.4 | Natwerkschakelaar

In het vorige programma werden eerste commando's door de controller geanaly-

seerd en een LED overeenkomstig geschakeld.

Het volgende programma omvat deze functie, maar kan bijkomend zelfstandig een

commando naar het netwerk zenden. Verbind een knop met de controller, zoals

weergegeven op de opbouwafbeelding.

De schakelaar plaatsbesparend aan D8 aangesloten

Het programma

Het programma analyseert verder de aankomende bevelen. Bovendien wordt de

button echter voortdurend afgetast. Als hij door de gebruiker wordt geactiveerd,

zendt de controller de tekst

Button=1

naar het netwerk. Alle met de module verbonden apparaten met een UDP-server

aan port 90 kunnen het bevel ontvangen. U kunt dit met de Packet Sender op-

nieuw controleren. Wanneer u over twee controllers beschikt, kunt u aan de twee-

de controller dezelfde schakeling opbouwen en met een lichte variatie het pro-

gramma op beide controllers uploaden. Wanneer u namelijk in plaats van het be-

vel Button=1 het bevel led=1 invoert, kunnen de LED's telkens de andere control-

ler via een druk op de knop besturen. Het kan alleszins ook gebeuren dat u de

LED van de eigen controller onmiddellijk meestuurt.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x LED (rood), 1 x knop,

1 x weerstand 1 kOhm (bruin-zwart-rood), draadbrug

Het verloop in het Packet Sender

De wijzigingen in het programma zijn vooral in de loop-routine te vinden. Een een-

voudige if-vraag controleert, of de schakelaar wordt ingedrukt. Als dit het geval is,

geeft de controller de melding Button=1 aan het netwerk door. Bovendien is er een

debug-melding. De daarop volgende while-lus heeft tot gevolg dat niet onmiddellijk

een hele vloed aan commando's wordt verzonden, zolang u de schakelaar inge-

drukt houdt. U moet de knop dus eerst loslaten voor het programma verder gaat.

001

if (!digitalRead(SWITCH))

002

{

003

debug("Button=1");

004

sendUDP("Button=1");

005

while (!digitalRead(SWITCH)) {}

006

}

Bij een huisautomatiseringsproject zou een server bijvoorbeeld de statusmelding

van een bewegingsmelder ontvangen en dan het bevel voor het inschakelen van

het licht naar een andere controller verzenden. Zo kan een heel netwerk van sen-

soren en actoren worden opgebouwd.

2.5 | Analoge sensor

In het laatste project werd met een drukknopschakelaar de eenvoudigste vorm van

een sensor behandeld. Dit keer moet een potentiometer als analoge sensor wor-

den gebruikt om permanent meetwaarden naar het netwerk te zenden. Daarvoor

wordt de meegeleverde potentiometer met 10 kΩ

gebruikt. De opbouw wordt in het onderste afbeel-

ding weergegeven.

De opbouw met potentiometer aan A6

Het programma

Naast de analoge sensor is er nog een bijkomende wijziging in het programma. Dit

keer moet de controller niet langer in de Acces Point-modus worden gebruikt,

maar zich met uw thuisnetwerk verbinden. Uw stationsgegevens kunt u ook dit

keer gewoon bovenaan in het programma invoeren.

Na het uploaden kan het een tijdje duren tot de verbinding met het netwerk wordt

gemaakt. Als dit succesvol was, begint LED D3 die vast op het board aangebracht

is, te branden. Dit is het teken dat de controller gereed is. Zolang de seriële moni-

tor actief is, zult u weliswaar ook een overeenkomstige melding zien, maar bij

latere verzoeken wilt u het board eventueel zelfstandig inzetten en dan kan deze

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x LED, 1 x weerstand 1

kOhm (bruin-zwart-rood), 1 x potentiometer, draadbrug

feedback zeer nuttig zijn. Via de seriële monitor krijgt u ook informatie welk IP het

board van de router kreeg toegewezen. Dit IP is belangrijk aangezien het u het

board later wilt adresseren.

Het communiceren met het board werkt ook op gelijkaardige manier als in de vori-

ge verzoeken. Slechts het IP van de module en uw computer zullen gewijzigd zijn

aangezien beide apparaten nu een IP van de router toegewezen krijgen. Packet

Sender ontvangt na het starten eerst nog geen meetresultaten. U moet eerst een

bericht, bv. het commando led=1, naar de module zenden. Daartoe geeft u in het

Packet Sender het nieuwe IP van de module aan dat u via de seriële monitor kunt

vinden. Na het bevel voert u ca. eenmaal per seconde nieuwe meetdata in.

De meetdata worden door Packet Sender ontvangen

Er is in dit programma een bijkomende wijziging in het CIPSTART-bevel. Ten

eerste werd het broadcast-adres uitgebreid en wel omdat niet kan worden voor-

speld, welk subnet uw router opspant. De tweede wijziging ligt in het toevoegen

van een parameter, hier van de tweede. De nieuwe parameter laat toe dat het

doeladres van het

CIPSEND-bevel kan veranderen. De module luistert dus eerst in de hele ruimte

die met 192.168. begint en van zodra een bevel wordt ontvangen, stelt de module

zich op het nieuwe IP in.

success &= sendCom("AT+CIPSTART=\"UDP\",\"

192.168.255.255\",90,91,2", "OK");

Voor deze parameter zijn er de volgende mogelijkheden:

Modus 0: Dit betekent dat het IP en de port niet wijzigen. Dit is ook de default-

instelling, wat duidelijk wordt wanneer u de andere modi beschouwt.

Modus 1: De instellingen veranderen een maal. Dit betekent het volgende: Wan-

neer de module met het net gebruikte broadcast-adres start en er dan door een pc

iets wordt ontvangen, stelt de module zich op het nieuwe adres van de pc in. Met

andere woorden wordt dan het doel-IP dat u hebt ingevoerd, overbodig en wordt in

de plaats naar het nieuwe adres verzonden. Dit adres blijft ook bestaan wanneer

de module data van een andere pc gestuurd krijgt.

Modus 2: De instellingen wijzigen bij elke ontvangst van een nieuw apparaat. Dit

betekent dat het IP toch op een nieuwe pc kan worden ingesteld, ook wanneer het

reeds eenmaal werd gewijzigd.

Dit is ook de reden waarom u eerst een bevel naar de module moet verzenden

voor u data kunt ontvangen. U moet dan ook vanaf deze computer data kunnen

ontvangen. Tenzij u vanaf de nieuwe pc opnieuw een bericht naar de module

verzendt.

001

boolean sendUDP(String Msg)

002

{

003

boolean success = true;

004

005

success &= sendCom("AT+CIPSEND=" + String(Msg.length() + 2),

006

if (success)

007

{

008

success &= sendCom(Msg, "OK");

009

}

010

return success;

011

}

Het verzenden van de analoge waarde gebeurt in de loop-routine. Daartoe wordt

de functie sendUDP() gebruikt die de bekende functies makkelijker toegankelijk

maakt. Er moet niet absoluut een delay tussen het zenden van bevelen staan

aangezien de overdracht zekere tijd in beslag neemt. Alleszins is de frequentie

waarmee de nieuwe data overgedragen worden, zo hoog dat de pc bijna met be-

richten wordt gebombardeerd.

TCP-CLIENT

In het vorige hoofdstuk ging het om het UDP-protocol waarmee gegevens op een-

voudige wijze verzonden en ontvangen kunnen worden. Met het protocol kan

reeds een hele reeks aan toepassingen worden gerealiseerd. In dit hoofdstuk

zullen wij ons met het TCP-protocol (Transmission Control Protocol) bezig hou-

den. De module zal in dit hoofdstuk de rol van een TCP-client aannemen. Dit is de

rol die uw pc thuis ten opzichte van een webserver aanneemt. Het verschil tussen

TCP en UDP kan grosso modo met de volgende trefwoorden worden samengevat:

De verbinding bestaat uitsluitend tussen twee apparaten.

De verzonden pakketten worden op overdrachtsfouten gecontroleerd

en evt. gecorrigeerd.

TCP wordt vooral in het internet gebruikt.

Het protocol is een beetje langzamer dan UDP, maar ook veiliger.

Het protocol wordt dus door uw pc en een webserver gebruikt waarvan u een

website wilt laden om een verbinding tussen beide deelnemers te maken. De ei-

genlijke website-inhouden worden vervolgens met het HTTP-formaat (HyperText

Transfer Protocol) overgedragen. Hoe dat precies werkt, ziet u in het volgende

hoofdstuk.

3.1 | Een browser

Dit verzoek gebruikt opnieuw de bestaande opbouw. Het gaat om het kennisma-

ken met de basisstructuren van de TCP-communicatie met behulp van een seriële

monitor.

Het programma

Het programma komt in haar werkwijze overeen met het SoftwareSerial-

programma van het eerste verzoek, maar maakt in elk geval onder andere de

WLAN-verbinding bij de start zelfstandig aan. Zo spaart u een hoop schrijfwerk en

kunt u sneller starten. Vergeet niet de gegevens van uw thuisnetwerk in het pro-

gramma in te voeren. Tik dan in de seriële monitor, de volgende bevelregel in:

AT+CIPSTART="TCP","www.example.com",80

Met dit commando stelt u een TCP-verbinding naar website www.example.com

in. Port 80 is de standaardport voor HTTP-vragen. Na de bevestiging van de ver-

binding met OK kunt u het volgende bevel intikken, dat u reeds kent:

AT+CIPSEND=40

U wilt nu namelijk een bericht via de net aangemaakte verbinding verzenden.

Wanneer u met > daartoe wordt aangemoedigd. Een tekst in te geven, tikt u eerst

GET / HTTP/1.1

in en druk vervolgens op

[Enter]

verschijnt niet in de Serial Monitor,

maar de module heeft het ontvangen. Daarna gaat het bericht verder met

Host:www.example.com

gevolgd door tweemaal

[Enter]

. U moet de invoer in elk geval zeer snel na elkaar

verzenden. Het best bereidt u een tekstdocument voor van waaruit u de regels

snel kunt kopiëren. Er komt opnieuw een langere tekst. Het eerste deel is het

antwoord van de server en bevat wat informatie voor de browser. De tekst na

<!doctype.html> is de website die u ook ziet wanneer u de pagina

www.example.com direct oproept, hier alleszins in zuivere tekstvorm. Een brow-

ser zou deze teksten interpreteren en in een voor ons traditionele vorm weerge-

ven.

Uittreksel uit het antwoord van de webserver

In dit voorbeeld ziet u de basis van het HTTP-formaat. Een client maakt een ver-

binding met een webserver. Dat u het IP niet moet intikken, maar de Domain-

naam in tekstvorm kunt gebruiken, ligt aan het zogenaamde DNS (Domain Name

System). Het stuurt de vraag aan het moeilijk te merken IP door. Als de client

verbonden is, zendt de browser een Get-Request-vraag. In deze vraag moet ten-

minste de gevraagde pagina of het gevraagde ressource (in dit geval de hoofdpa-

gina), het gebruikte protocol (http 1.1) en de opgevraagde host

(www.example.com) worden aangegeven. Het aanduiden van de host is belangrijk

aangezien zich meerdere internetadressen op een server kunnen bevinden en zo

achter een IP kunnen schuilen. Wanneer u een andere pagina dan de hoofdpagi-

na wilt opvragen, schrijft u in de plaats van / bv. /example.html. Naast de gevraag-

de subpagina verzendt uw browser overigens heel wat meer informatie dan

slechts de gevraagde ressource. Daarnaast werden gegevens, zoals bv. de ge-

bruikte browser, besturingssysteem, beeldschermresolutie en nog enkele andere

zaken overgedragen. Daardoor kan de server de inhoud aanpassen. Dan volgt het

antwoord van de server dat er aanvankelijk net zo complex uitziet. Het header-

gedeelte van het antwoord bevat veel bijkomende informatie voor uw browser. Pas

aan het einde volgt de eigenlijke inhoud van de website.

3.2 | Een internetklok

Dit project gebruikt de kennis uit de vorige hoofdstukken om de NanoESP zelf-

standig informatie van een website te laten halen. Concreet laat het programma

de huidige tijd van een speciaal daarvoor geconcipieerde pagina en stelt zo de via

de library gerealiseerde interne klok van de controller om een nauwkeurige tijds-

besteding toe te laten. De tijd wordt via de seriële monitor uitgegeven. Voor de

opbouw hebt u alleen het board nodig.

Het programma

Terwijl het vorige programma van gisteren nog grotendeels met de hand moest

worden bediend, werkt dit verregaand autonoom. Volledig zelfstandig verbindt de

controller zich met de website.

http://chronic.herokuapp.com/

Via de URL kunnen verschillende tijdsystemen en tijdzones worden opgeroepen.

De huidige, in België en Nederland geldige tijd, wordt door de URL

http://chronic.herokuapp.com/utc/in-one-hour

opgevraagd. Daarom staat in de oproep van de later beschreven functie

getTime() als tweede parameter utc/in-one-hour. Uitgaand van de UTC (gecoördi-

neerde wereldtijd) moet u in de zomer de oproep in utc/in-two-hourswijzigen. Vol-

gens hetzelfde systeem kunt u ook alle andere tijdzones behandelen.

De bepaalde tijd wordt nu aan de Time-Library van Michael Margolis doorgeven

(bron: http://www.pjrc.com/teensy/td_libs_Time.html). Omwille van praktische

redenen bevat de Sketch-map een kopie van de door mij gebruikte Time-Library-

versie. Deze moet in de libraries-map van uw Sketchbook-map worden gekopi-

eerd. In de achtergrond wordt permanent de nieuwe tijd berekend en elke seconde

in de terminal uitgegeven. U kunt op een eenvoudige manier een wekker of ande-

re tijdgestuurde toepassing programmeren. Opdat het oproepen van een tijd kan

werken, wordt een nieuwe functie gebruikt:

001

boolean getTime(String Host, String Subpage)

002

{

003

boolean success = true;

004

int xyear, xmonth, xday, xhour, xminute, xsecond; //lokal

variables

005

006

success &= sendCom("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"" + Host +

"\",80", "OK");

007

String getRequest = "GET " + Subpage + " HTTP/1.1\r\nHost:" +

Host + "\r\n";

008

success &= sendCom("AT+CIPSEND=" +

String(getRequest.length() + 2), ">");

009

010

esp8266.println(getRequest);

011

012

if (esp8266.find("+IPD"))

013

{

014

if (esp8266.find("\r\n\r\n"))

015

{

016

xyear = esp8266.parseInt();

017

xmonth = esp8266.parseInt();

018

xday = esp8266.parseInt();

019

xhour = esp8266.parseInt();

020

xminute = esp8266.parseInt();

021

xsecond = esp8266.parseInt();

022

023

if (xday < 0) xday *= -1; //Because of date seperator -

parseInt detects negativ integer

024

if (xmonth < 0) xmonth *= -1; //Because of date seperator -

parseInt detects negativ integer

025

026

027

setTime(xhour, xminute, xsecond, xday, xmonth, xyear);

028

sendCom("AT+CIPCLOSE", "OK");

029

return true;

030

}

031

else return false;

032

}

033

else return false;

034

}

Aan deze functie worden parameters voor het hostadres en subadres toegekend.

Daaruit wordt tenslotte de Get-Request-vraag aangemaakt en na het aanmaken

van een verbinding, aan de TCP-server van de website overgedragen. Het ant-

woord van de server moet nu geanalyseerd worden. Daartoe wordt het gehele

Request-Header-gedeelte overgelaten door naar \r\n\r\n te zoeken, wat niets an-

ders betekent dan dat het na een dubbele Carriage Return en New Line verder

gaat. De volgende getallen komen met de gezochte datum en tijd overeen die

door een reeks van parseInt()-functie-oproepen in tussenvariabelen worden opge-

slagen. Een bijzonderheid bestaat in de datum, want hier worden de afzonderlijke

waarden met een streepje gescheiden, wat de parseInt()-functie als een negatief

getal interpreteert. Daarom worden de waarden gewoon met -1 vermenigvuldigd.

Tenslotte wordt de tijd met de setTime()-functie ingesteld en door de loop-routine

eenmaal per seconde uitgegeven. De klok is nu volledig functiegereed.

3.3 | Temperatuurweergave

Bij dit project gaat het om de weergave van de actuele temperatuur en het alge-

mene weer. Ook dit keer worden de waarden via de seriële monitor uitgegeven.

Bovendien is er een intuïtieve uitvoer met de

RGB-LED. Men kan dus met een simpele blik

inschatten of het zinvol is om een warme jas mee

te nemen.

Belangrijk bij de opbouw is om de RGB-LED correct aan te sluiten. RGB staat voor

Red, Green, Blue aangezien de LED eigenlijk uit meerdere LED's met een ge-

meenschappelijke kathodenaansluiting bestaat. Door een combinatie van de ver-

schillende kleuren met verschillende helderheden is het mogelijk om bijna elke

kleur weer te geven. De LED moet, zoals getoond in de afbeelding, met voorweer-

standen aan PWM-uitgangen D3, D5, D6 van de controller worden aangesloten.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x RGB-LED (rood), 3 x

weerstand 1 kOhm (bruin-zwart-rood), draadbrug

Aansluiting van de RGB-LED aan de pins D3, D5 en D6

Het programma

In de sketch gaat het opnieuw om de vraag van een internetpagina, maar dit keer

gaat het om een speciaal voor het programma geprogrammeerde pagina die ge-

gevens van de weersite

http://www.openweathermap.com/

onttrekt. Op deze pagina kan men door variatie van de URL, informatie met be-

trekking tot het weer in zijn stad bekomen. De stad, die u wilt bevragen, kunt u in

de brontekst gewoon na City invoeren. Als voorbeeld gebruik ik mijn thuisstad

Essen: www.temp.fkainka.de/?city=Essen

Het programma leest nu uit deze pagina de temperatuur en geeft het resultaat via

de RGB-LED in kleur weer. Tegelijk wordt de waarde via de seriële monitor weer-

gegeven. Het in het voorbeeldprogramma gebruikte temperatuurbereik voor de

weergave aan de LED bedraagt –20 °C tot +40 °C.

In principe werkt het programma bijna zoals het vorige, met slechts een paar klei-

ne bijzonderheden. De functie getTemp() is dit keer voor de berekening van de

data verantwoordelijk en geeft de huidige temperatuur weer, op dezelfde manier

als de tijdfunctie in het vorige programma.

001

void rgbTemp(int val)

002

{

003

int green, blue, red ;

004

005

if (val <= 10 & val >= -20)

006

blue = map(val, -20, 10, 255, 0);

007

else blue = 0;

008

009

if (val >= 10 & val <= 40)

010

green = map(val, 10, 40, 255, 0);

011

else if (val >= -20 & val < 10) green = map(val, -20, 10, 0, 255);

012

else green = 0;

013

014

if (val > 10 & val <= 40) red = map(val, 10, 40, 0, 255);

015

else red = 0;

016

017

analogWrite(RED, red);

018

analogWrite(GREEN, green);

019

analogWrite(BLUE, blue);

020

}

De aanpassing van de LED-helderheid wordt in de functie rgbTemp() uitgevoerd.

Met behulp van het map-bevel worden de waarden in passende Byte-waarden (0-

255) omgezet en naar de LED uitgegeven. Daarbij staat blauw voor bijzonder

koude temperaturen en heeft een invloed in het bereik van –20 °C tot +10 °C.

Groen meet in het hele temperatuurbereik mee, maar bereikt een maximum bij de

waarde 10 °C. Rood vindt men pas vanaf een waarde van +10 °C en heeft een

maximum bij +40 °C. Daardoor is een intuïtieve kleurcodering gecreëerd aan de

hand waarvan men de huidige temperatuur kan inschatten, bovenop de nauwkeu-

riger weergave in de seriële monitor.

TCP-SERVER

Nadat u in het vorige hoofdstuk iets over het gebruik van de module als TCP-client

hebt geleerd, moet de module nu als eigen TCP-server handelen. Praktisch ge-

zien is er ook daarvoor een eenvoudig AT-bevel waarmee u deze complexe ser-

vertoepassing kunt starten. De module gedraagt zich dan als een TCP-server uit

het internet, behalve dan dat u het verzenden van de website zelf moet program-

meren.

4.1 | TCP-webserver

De eerste verzoeken inzake TCP-webserver gebeuren zonder bijkomende hard-

ware-opbouw. Eerst probeert u de belangrijkste bevelen gewoon via de seriële

modus.

Het programma

Voer de WLAN-gegevens in en laad het programma op uw board op. Start dan de

monitor. Het kan opnieuw een paar seconden duren tot de melding verschijnt dat

het board verbonden is. Wanneer de melding dat de verbinding geslaagd is, ver-

schijnt en het IP van de module wordt weergegeven, kunt u in de Serial Monitor

met het eerste bevel beginnen:

AT+CIPMUX=1

Met dit bevel laat u meerdere verbindingen naar de module toe. U kunt toegang

krijgen tot meerdere computers op de webserver. Met het volgende bevel start u

de webserver:

AT+CIPSERVER=1,80

Parameter 1 betekent dat de server wordt gestart. Met 0 beëindigt u een server

opnieuw. Het getal 80 staat voor de port waaronder de server te bereiken is. Door

de browser verzoden HTTP-vragen worden over het algemeen via port 80 verzon-

den.

U kunt nu een browser naar keuze openen en in de adressenlijst het IP van de

module intikken en met

[Enter]

bevestigen. In de browser verschijnt eerst een

laadbericht, maar in de Serial Monitor kunt u een wijziging zien. U ziet een Re-

quest-vraag gelijkaardig aan deze die u reeds manueel hebt verzonden.

De Browser-

vraag

De browser op een antwoord en geeft zolang een laadteken weer tot de verbin-

ding wegens time-out wordt verbroken. U kunt de browser met een variante van

een bekend bevel een bericht sturen:

AT+CIPSEND=0,7

De parameter 0 geeft hier de cliënt aan, naar wie het bericht moet worden verzon-

den. Dat is nodig omdat er meerdere verbindingen zijn toegelaten en daarom ook

meerdere clients kunnen zijn verbonden. De tweede parameter, hier 7 geeft op-

nieuw het aantal te verzenden tekens weer. > verschijnt en u kunt een eenvoudig

Hallo

intikken en met

[Enter]

verzenden. In uw browser zal er echter eerst niets veran-

deren aangezien u de verbinding eerst moet sluiten. Gebruik daartoe het bevel:

AT+CIPCLOSE=0

Nu kunt u in de browser een Hallo zien. Daarmee hebt u een eerste webserver-

toepassing gerealiseerd.

Deze eerste test toont veel over de precieze processen van de communicatie in

het internet. De weergave van de '"Hallo" in de browser is daarbij nog eenvoudig

aangezien een simpele tekst in de plaats van een complexe HTML-pagina werd

verzonden. Voor een echte HTML-pagina moet u manueel een hele header zowel

voor het Get-Request als voor de HTML-tekst schrijven. Deze moeite wil ik u in de

eerste test in elk geval besparen.

4.2 | Autonome webserver

De resultaten van vorige verzoek worden nu opnieuw in een autonoom program-

ma gebruikt. Het nieuwe programma verzendt echter niet alleen een gewone web-

site naar de browser, maar maakt het bovendien ook mogelijk om een LED aan te

sturen. Op het opbouwscherm ziet u bovendien hoe u een externe stroomverzor-

ging aan het board kunt aansluiten. Als alternatief

voor dit type stroomverzorging biedt zich ook een

Powerbank (een externe accu, meestal voor

smartphones) aan die het board gewoon via de

micro-USB-aansluiting van stroom kan voorzien.

Zo sluit u een batterij aan de verzoeksopbouw aan.

Het programma

Het programma zendt een ietwat complexere pagina dan het vorige verzoek. Bo-

vendien kunt u de LED aan pin 9 schakelen door deze achter het IP van de modu-

le /LED in te voeren. De huidige toestand van de LED wordt dan omgekeerd, dus

de toestand wordt elke keer omgeschakeld (toggelen).

Voer uw WLAN-gegevens in en laad dan het programma op. Het IP van het board

wordt in de seriële motor weergegeven. Dan kunt u de browser openen en het IP

van het board oproepen. De website heeft nu een titel een een beetje meer tekst.

De tekst wijst er ook op hoe u de LED kunt sturen. Zo hebt u dus een eerste volle-

dig autonome webserver.

001

void loop() {

002

if (esp8266.available()) // check if the esp is sending a message

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x 9-V-clip, 1 x LED

(rood), 1 x weerstand 1 kOhm (bruin-zwart-rood), draad-

brug, 1 x 9-V-batterij (niet in het leerpakket inbegrepen)

003

{

004

if (esp8266.find("+IPD,"))

005

{

006

debug("Incomming Request");

007

int connectionId = esp8266.parseInt();

008

009

if (esp8266.findUntil("LED","\n")) digitalWrite(LED, !digitalRead(LED));

010

011

String webpage = "<h1>Hello World!</h1>Open [IP]/LED to Toggle LED on D9";

012

013

if (sendCom("AT+CIPSEND=" + String(connectionId) + "," + String(webpage.length()),

">"))

014

{

015

sendCom(webpage,"SEND OK");

016

sendCom("AT+CIPCLOSE=" + String(connectionId),"OK");

017

debug("Send and Close");

018

}

019

}

020

}

021

}

Om de webserver te starten, is opnieuw een eenvoudige functie beschikbaar; ze

heeft de naam configTCPServer(). Daarachter schuilt niet anders dan wat u eerder

manueel hebt ingetikt. In de loop-routine wordt gewacht op inkomende data. Wan-

neer deze gegevens "LED" bevatten, wordt de LED getoggeld. Daarbij maakt de

routine geen onderscheid, waar precies "LED" staat. Daarom is het bevel in de

overgedragen URL legitiem. De website zelf bevindt zich in dit verzoek in de web-

page-variabele en bevat de volgende tekst:

001

<h1>Hello World!</h1>

002

Open [IP]/LED to Toggle LED on D9

Daarbij moet <h1> een aanwijzing aan de browser, de tekst tot </h1> als kopregel

van type 1 worden weergegeven. Het gaat nog niet om de juiste HTML-code,

maar veel meer om een eenvoudige vorm van tekstweergave. De lengte van de

website wordt met webpage.length() (een functie van de string-klasse) aan het

CIPSEND-bevel doorgegeven en de pagina tenslotte overgedragen.

4.3 | Website met buttons

Bij dit verzoek is de weergave van de website nog gedetailleerder. Bovendien zijn

er nu ook stuurelementen, via dewelke de LED duidelijk makkelijker kan worden

gestuurd. De opbouw van dit verzoek onderscheidt zich niet van deze van het

vorige: een LED op pin D9 die zich via de module laat besturen. Daarvoor bevat

de brontekst enkele nieuwigheden.

Het programma

Na het uploaden van het programma kunt u de website van de controller opnieuw

via een browser oproepen. Daarvoor moet u alleen het IP van de module intikken

die bij de start via de seriële monitor werd uitgegeven. De website zelf wordt in dit

project alleszins een beetje anders opgeslagen dan in de vorige.

De website van de webserver

Terwijl voorheen de eenvoudig gehouden website in de brontekst was inbegrepen,

wordt deze keer de pagina in een zogenaamde progmen-variabele (Program Me-

mory) opgeslagen. Het gebruik van dit opslagtype ontlast de SRAM van het board,

dat anders voor het opslaan van variabelen verantwoordelijk is. Het SRAM bevat

slechts 2 kB en is door het gebruik van de strings al zeer belast. Door de prog-

mem-functie wordt nu de inhoud van de website in het programmageheugen on-

dergebracht dat met rond 32 kB duidelijk groter is. De toegang tot de data is daar-

door alleszins ook een beetje complexer.

001

const char site[] PROGMEM = {

002

"<HTML><HEAD>\n<meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width, initial-

scale=2.0,

003

(…)

004

};

In dit hoofdstuk ziet men hoe de website in de progmem-variabele wordt opgesla-

gen. Het gaat om een langer HTML-document in een C-vriendelijk formaat. Het

formaat kenmerkt zich onder andere daardoor dat aanhalingstekens in de vorm \"

en nieuwe regels door \n worden weergegeven. U kent dit vermoedelijk reeds van

andere projecten waarin strings voorkomen. Een voorbeeldweergave van de web-

site in het HTML-formaat vindt u overigens ook in de programmamap.

001

String createWebsite()

002

{

003

String xBuffer;

004

005

for (int i = 0; i <= sizeof(site); i++)

006

{

007

char myChar = pgm_read_byte_near(site + i);

008

xBuffer += myChar;

009

}

010

011

return xBuffer;

012

}

In de functie createWebsite() wordt de inhoud van de progmem-variabele opgela-

den en als string teruggegeven. Men kan goed zien hoe de progmem-variabele

opnieuw uit het programmageheugen wordt opgeladen.

001

boolean sendWebsite(int connectionId, String webpage)

002

{

003

boolean success = true;

004

005

if (sendCom("AT+CIPSEND=" + String(connectionId) + "," +

String(webpage.length()), ">"))

006

{

007

esp8266.print(webpage);

008

esp8266.find("SEND OK");

009

success &= sendCom("AT+CIPCLOSE=" + String(connectionId),

"OK");

010

}

011

else

012

{

013

success = false;

014

}

015

return success;

016

}

In de loop-routine wordt nu gewacht op een Request-vraag. Als deze komt, wordt

de functie sendWebsite() opgeroepen die als parameter het resultaat aan de crea-

teWebsite()-functie wordt doorgegeven. Daaruit kan dan de lengte van de tekst

door de length()-

functie worden bepaald Na het overdragen van de website wordt de verbinding

tenslotte met het AT+CIPCLOSE-bevel opnieuw gesloten. Het schakelen van de

LED is eveneens deel van de loop-routine en onderscheidt zich lichtjes van het

voorgaande schema. Hoe precies, wordt in de volgende HTML-snelcursus duide-

lijk.

4.4 | Insteekmodule: HTML-snelcursus

In dit hoofdstuk zal ik een snelcursus in HTML geven. De nadruk zal daarbij speci-

aal worden gelegd op het aanmaken van websites voor het besturen van de Na-

noESP. Deel van de cursus zijn de basisstructuren van een HTML-document, het

aanmaken van invoer- en uitvoerelementen en tenslotte het inbinden van enkele

websites in het Arduino-programma.

Een HTML-bestand wordt altijd door <HTML> aan het begin van het document

gekenmerkt. Het einde van het document moet door </HTML> worden geken-

merkt. In regel worden begin en einde van een deel of element in vergelijkbare

vorm weergegeven, zoals men ook bij de header kan zien. In de header staan

belangrijke informatie en vormen, zoals in dit geval bv. de titel van de website die

bovenaan in de browserlijst moet worden weergegeven. In dit geval bevindt zich

bijkomende informatie in de header, die niet bij de basis van HTML behoort, maar

de weergave op mobiele toestellen verbetert (<meta name ="viewport" …). U kunt

deze regels op elk moment in uw HTML-website overnemen.

001

002

scalable=yes">

003

<title>

004

Switch LED

005

</title>

006

</HEAD>

Na het HEAD volgt het BODY. Dit bevat de inhoud van de website. In het startbe-

reik van het BODY worden bijkomend parameters, zoals achtergrond- en tekst-

kleur vastgelegd. Deze kunt u natuurlijk op elk moment naar eigen wens aanpas-

sen. Dan volgt het vastleggen van een lettertype en tekengrootte in het FONT-

element. Deze gelden hier echter alleen voor de tekst Switch LED, die daardoor

bijzonder groot verschijnt, aangezien daarna het FONT-element door </FONT>

opnieuw wordt afgesloten.

001

002

003

Switch LED

004

</FONT>

Het volgende deel gedraagt zich net zoals twee nieuwe elementen, namelijk

<HR>, wat een horizontale lijn op de website aanbrengt en <BR>, wat zorgt voor

een sprong naar de volgende regel.

001

<HR>

002

<BR>

003

004

Switch the LED <BR>

005

on D9 ON and OFF

006

<BR>

007

<BR>

Alle totnogtoe vooringestelde elementen waren zuivere vormfactoren, die dienen

voor de vormgeving van de website. Als volgende komt alleszins het belangrijke

form-element waarmee het schakelen van een LED wordt gerealiseerd.

001

002

003

004

</form>

Het form-element is, zoals de naam doet vermoeden, uitgedacht voor het opmaken

van formuleren in het internet. Daarbij kan het gaan om registratieformulieren voor een

website of voor enquêtes of diens meer. De overdracht van de door de gebruiker in-

gevoerde data kan op een heel verschillende manier gebeuren. In dit element gebrui-

ken wij de GET-methode, waarbij de ingevoerde gegevens gewoon met behulp van de

URL aan de webserver wordt overgedragen. In dit formulier worden daarvoor twee

buttons gebruikt. Ze zijn beide van het type submit, wat betekent dat het formulier bij

het drukken een op beide buttons direct wordt overgedragen. Beide Buttons hebben

de naam led, maar telkens verschillende waarden (values). Bij het drukken op de

eerste knop die het kentekening LED ON draagt, wordt de huidige URL opnieuw op-

geroepen, in elk geval met een kleine toevoeging. Achter de URL, in dit geval ook

achter het IP van de module, staat nu namelijk /?led=1. Precies deze tekst wordt dan

in het Arduino-programma geanalyseerd in die zin dat ernaar wordt gezocht en dan

het daarop volgende getal met parseInt() wordt ingelezen en naar de LED overgedra-

gen. Met deze eerste eenvoudige versie van een formulier is de comfortabele bestu-

ring van een LED dus probleemloos mogelijk.

Zo ziet de URL eruit nadat de button LED ON werd ingedrukt.

001

<BR>

002

<HR>

003

004

</font>

005

</HTML>

De laatste regels van de HTML-brontekst bevatten niets nieuws. Een sprong naar

de volgende regel en een horizontale lijn ronden de afbeelding af voor het docu-

ment met </HTML> wordt beëindigd. U kunt de website in Sketchmap nu naar

eigen wens wijzigen. U kunt bijvoorbeeld de achtergrondkleur wijzigen of meer

tekst in de website invoegen. U mag de pagina in elk geval niet overladen, aange-

zien het SRAM snel overbelast kan zijn. Wanneer u de wijzigingen hebt uitge-

voerd, is het aan de tijd om ze naar uw Arduino-programma over te dragen. Daar-

toe kopieert u de gehele tekst naar de tussenopslag en gaat u naar de website

met de Swiss Converter Tool:

http://www.percederberg.net/tools/text_converter.html

De Swiss-Converter-Tool-site na een geslaagde convertering

Daar voegt u de tekst uit de tussenopslag in en stelt u in punt 2. Select Output: de

instellingen C/C++/PHP – StringText en UTF-8 – Unix (LF) in. In het onderste

venster verschijnt al snel de Arduino-vriendelijke tekst die u naar de progmem-

variabele site kunt kopiëren. Wanneer u het gewijzigde programma met de nieuwe

variabele uploadt, ziet u de nieuwe website bij het oproepen van het board-IP in

de browser.

4.5 | RGB-LED via TCP besturen

In het huidige project gaat het om de aansturing van de RGB-LED met behulp van

een website op een webserver. Via een overzichtelijk oppervlak kan de kleur van

de LED worden gewijzigd. De website werd aangepast en moet ook smartphones

goed weer te geven zijn. De benodigde opbouw is

op de onderstaande afbeelding te zien.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x RGB-LED (rood), 3 x

weerstand 1 kOhm (bruin-zwart-rood), draadbrug

Aansluiting van de RGB-LED aan de pins D3, D5 en D6

Het programma

De nieuwe website is opnieuw in de progmem-variabelen site te vinden. Ook dit keer

kunt u de HTML-pagina in de Sketch-map bekijken. Na het instellen van de WLAN-

bestanden en het uploaden van het programma kan de website van de webserver

via het IP van de module worden bereikt. De pagina is met betrekking tot de achter-

grondkleur en een titel op gelijkaardige manier vormgegeven dan de vorige. Echter

bevindt zich een nieuw element op de pagina, namelijk het HTML5-element Color

Picker. Daarmee is het mogelijk, een kleur voor de LED te zoeken. Van zodra u de

kleur hebt bevestigd, wordt ze door de LED weergegeven. Daarbij kan de weergave

van het Color Picker element afhankelijk van de gekozen browser sterk verschillen.

De website in de browser

De keuze

van de kleur in de

Chrome-browser

Ook wanneer het design van de website niet zeer van deze van de voorgaande

verschilt, zijn er toch een paar elementen die ik kort in meer detail wil beschrijven.

Ten eerste is er een wijziging in de header van het HTML-document, en wel met

betrekking tot de volgende regel:

Deze regel is daar om te zorgen dat de browser na het laden van de website niet

probeert het zogenaamde Favicon te laden. In principe heeft een website namelijk

nog een bijzonder symbool dat van andere websites verschilt en de website in een

browserlijst met meerdere tabs eenduidig identificeert. Opdat de browser dit teken

kan laden, stuurt hij na het oproepen van de site een tweede request-vraag en

vraag naar dit Favicon. In de eerste verzoeken met de TCP-server is deze bijko-

mende Request-vraag u misschien opgevallen. Opdat deze tweede vraag voor-

komen en het board niet onnodig belast wordt, laat de bovenstaande coderegel de

browser verstaan dat hij geen tweede request moet zenden. Ik raad u aan om

deze regel voor uw eigen HTML-pagina's over te nemen.

De tweede bijzonderheid in dit document is het reeds vermelde Color-Picker-

element. Dit vervangt zogezegd de buttons in het vorige voorbeeld. Hij gaat om

een relatief nieuw HTML5-element.

In de vorige website hebben wij gewoon buttons van het type submit gekozen

zodat bij het drukken de formulierwaarden onmiddellijk overgedragen werden. Dit

is bij het invoerelement van het type color jammer genoeg niet mogelijk. Een mo-

gelijkheid om het probleem op te lossen, is een button van het type submit aan te

maken die dan na het instellen van de kleur bijkomend moet worden ingedrukt. Dit

wordt in een latere versie nog gedemonstreerd. Hier werd een kleine JavaScript-

code ingevoegd (het gaat om het deel onchange="this.form.submit()"), dat ervoor

zorgt dat het formulier bij een wijziging onmiddellijk overgedragen wordt.

Het Color-Picker-element in de Android-5.0-

browser

Daardoor spaart men een bijkomende button uit.

001

002

003

</form>

De gekozen kleur wordt nu in de vorm /?rgb=%23, gevolgd door zes bijkomende

tekens, overgedragen. De uitdrukking %23 wijst erop dat het om een hexadeci-

maal getal gaat. Voor de kleur wit, luidt de URL dus als volgt:

[IP]/?rgb=%23ffffff

Uit dit HEX-getal moet de controller nu de afzonderlijke kleurwaarde van de LED

afleiden, wat in het volgende deel van de loop-functie gebeurt:

001

if (esp8266.findUntil("?rgb=", "\n"))

002

{

003

String hexstring = esp8266.readStringUntil(‚ ‚);

004

long number = (long) strtol( &hexstring[3], NULL, 16);

005

006

int r = number >> 16;

007

int g = number >> 8 & 0xFF;

008

int b = number & 0xFF;

009

010

analogWrite(RED, r);

011

analogWrite(GREEN, g);

012

analogWrite(BLUE, b);

013

}

Door de functie strtol() wordt eerst de ontvangen tekst na %23 in een long-getal en

dit vervolgens door bitmanipulatie in drie bytewaarden omgezet. Deze worden tot

slot met de analogWrite()-functie naar de RGB-LED overgedragen.

4.6 | Lichtsensor

In dit project wordt de website van de webserver niet als stuuroppervlak, maar als

uitvoerelement gebruikt. De via een helderheidssensor gemeten helderheid wordt

als relatieve waarde met een nieuw HTML-element overzichtelijk weergegeven.

Voor de opbouw van het verzoek is de fototransistor, die als lichtsensor dient,

nodig. De fototransistor kan makkelijk met een LED worden vergist. U kunt de

fototransistor onderscheiden door van bovenaf in de kop van het element te kijken.

De fototransistor heeft een groot, zwart oppervlak aan de binnenkant. De opbouw

van het verzoek toont het volgende beeld. De collector van de fototransistor is de

kortere aansluiting, hij ligt aan +5 V. De in serie

met de fototransistor geschakelde weerstand heeft

10 kOhm.

Aansluiting van de fototransistor aan pin 46 met 10 kOhm tegenweerstand

Het programma

Tot nu bestonden de websites van de webserver altijd uit een niet-veranderbare

pagina, die gegevens naar de controller verzonden heeft. Nu moet de website

voor het overdragen naar de browser worden veranderd om de gemeten helder-

heid van de fototransistor weer te geven. Dit werkt omdat in de broncode van de

website een soort wildcard is verborgen. Het programma vervangt nu bij het laden

van de gegevens uit de programmavariabelen de wildcard *bright* door de huidige

helderheidswaarde. Zo wordt de uitgavetekst en de uitslag van de schuifregelaar

gewijzigd. Een andere regel in het HTML-bestand zorgt ervoor dat de pagina au-

tomatisch elke paar seconden opnieuw oplaadt. De huidige helderheid wordt al

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x fototransistor, 1 x

weerstand 10 kOhm (bruin-zwart-oranje), draadbrug

overzichtelijk in de browser weergegeven.

De website van de helderheidssensor

Opdat het systeem kan werken, zijn er in de HTML-bestanden opnieuw een paar

kleine wijzigingen. De eerste wijziging is opnieuw in het Header-bereik te vinden:

Deze kleine regel zorgt ervoor dat de browser de website automatisch alle drie

seconden opnieuw laadt. Dat bespaart u het voortdurend indrukken van

[F5]

nieuwe waarden te kunnen zien.

De tweede wijziging bevindt zich op de plaatsen waar u normaal gezien het form-

element vindt:

001

<label for="hell">Current Brightness: *bright*</label> <BR>

002

Hier is er namelijk dit keer geen formulier nodig want u gebruikt de website alleen

voor de uitvoer. Beide elementen label en range dienen daarbij als uitvoerelement.

In het label, dat normaal gezien voor opschriften wordt gebruikt, kan in de tekst de

plaats *bright* worden gevonden. Het schuifregelknop-element range krijgt als

value de waarde *bright* toegewezen die eigenlijk geen legitieme waarde is, maar

later door een waarde wordt vervangen. De maximumwaarde van range bedraagt

1024 en werd zo aan het 10-bit bereik van de ADC's van de controller aangepast.

In de brontekst moet voor de website wordt overgedragen, alleen ervoor worden

gezorgd dat de wildcard *bright* door een legitieme waarde wordt vervangen.

001

String createWebsite()

002

{

003

String xBuffer;

004

005

for (int i = 0; i <= sizeof(site); i++)

006

{

007

char myChar = pgm_read_byte_near(site + i);

008

xBuffer += myChar;

009

}

010

011

xBuffer.replace("*bright*", String(analogRead(SENSOR)));

012

013

return xBuffer;

014

}

Het vervangen van de wildcard wordt in de functie createWebsite() uitgevoerd.

Eerst wordt de progmem-variabele, zoals gewoonlijk, uit het geheugen geladen en

in een string opgeslagen. Voor de functie deze string teruggeeft, worden alle

*bright*-datareeksen door de huidig gemeten waarde aan de sensor vervangen.

De String-functie replace() voert het werk volautomatisch uit. Tot slot wordt de

gewijzigde string teruggegeven en door de bekende mechanismen naar uw brow-

ser overgedragen.

4.7 | GPIO-Control

Dit nieuwe project maakt het mogelijk om de digitale pins D2-D7 via de website

aan te sturen. De status van de respectievelijke pins wordt eveneens in de brow-

ser weergegeven zodat men nooit het overzicht verliest.

Opdat de toestand van de pins goed kan worden gecontroleerd, is het aangewe-

zen om een opbouw zoals deze in de onderstaande afbeelding te volgen. Zowel

de RGB-LED als de normale LED worden ingezet. De kathoden van de LED's zijn

dit keer echter niet aan de lange massaleiding aan de buitenzijde van het board

aangesloten, maar liggen eveneens aan een digitale uitgang aan. Alleen wanneer

deze pins low geschakeld zijn, kunnen de LED's dus oplichten.

Aansluiting van de LED aan D2-D7

Let op! LED's mogen niet zonder voorweerstanden worden aangesloten. Dat het

in dit geval toegelaten is, ligt aan de on-weerstanden van de interne port-FET's

van ca. 30 Ohm. Omdat de LED's tussen twee ports liggen, werken ze inderdaad

met een voorweerstand van 60 Ohm. Naargelang het LED-type en de LED-kleur

stelt zich daarbij een LED-stroom tussen de 15 mA en maximum 30 mA in, wat

nog toegelaten is.

Het programma

De website van dit programma gebruikt zogenaamde checkboxes als HTML-

elementen. Wanneer u het programma oplaadt en de pagina van het board op-

roept, ziet u een reeks aanklikbare boxes. Een haakje in de box betekent dat de

pin high is. Geen haakje betekent low. U kunt nu proberen welke pins high en

welke low moeten zijn opdat alle LED's oplichten.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x RGB-LED, 1 x RGB-

LED (rood), draadbrug

De website GPIO-control

In deze HTML-code wordt de website zowel als invoerformulier en als uitvoerele-

ment gebruikt. Wanneer u een blik op het vormelement werpt, ziet u dat een reeks

van invoerelementen van het type checkbox wordt gebruikt. U krijgt een individue-

le naam toegewezen, die van de pinnaam wordt afgeleid. Als wildcard in de tekst

dient telkens de tekst *checkedX*. Wanneer de pin low is, wordt de wildcard ge-

woon gewist. Wanneer de Pin high is, zet het programma in de plaats van

*checkedX* CHECKED in, waardoor de checkbox bij het laden met een haakje

wordt weergegeven. Dit maal is er ook een knop waarop na de keuze van de juiste

boxes moet geklikt worden opdat het formulier wordt overgedragen.

001

002

<input type="checkbox" *checked2* name="ld2">D2

003

<input type="checkbox" *checked3* name="ld3">D3

004

<input type="checkbox" *checked4* name="ld4">D4

005

006

<input type="checkbox" *checked5* name="ld5">D5

007

<input type="checkbox" *checked6* name="ld6">D6

008

<input type="checkbox" *checked7* name="ld7">D7

009

010

011

</form></HTML>

De analyse in het programma werkt nu op de volgende manier: We nemen aan

dat in het formulier de boxen 3, 5 en 7 werden geselecteerd. Dan wijzigt de URL

naar:

[IP]/?ld3=on&ld5=on&ld7=on

Dit betekent dat alleen de geselecteerde boxen overgedragen worden en zich aan

de hand van de index laten identificeren. In de loop-routine gebeurt dan dit. Eerst

wordt de hele port D waaraan de digitale uitgangen zijn aangesloten, low gescha-

keld. Dan zoekt een while-lus naar alle "Id"'s in de ressources-link. Aan de hand

van de gevonden ld, bij ld3 is het bv. de 3 en kan door de verschuiving van een 1

in een byte met de voornoemde index 3, het byte 0b0001000 ontstaan. Dit wordt

dan met de huidige waarde van de bytes of-gekoppeld. Dit gebeurt met alle over-

gedragen indices tot het uitvoerregister van D de juiste waarde heeft. Deze vorm

van uitgave in de plaats van digitalWrite() is voor Arduino-gebruikers vermoedelijk

een beetje ongewoon, maar in dit geval duidelijk praktischer.

001

if (esp8266.find("+IPD,"))

002

{

003

debug("Incomming Request");

004

int connectionId = esp8266.parseInt();

005

if (esp8266.find("/?")) PORTD = B00000000;

006

while (esp8266.findUntil("ld", "\n"))

007

{

008

int ld = esp8266.parseInt();

009

PORTD |= (1 << ld);

010

}

011

}

Omgekeerd werkt de uitvoer van de checkboxen als volgt: In de createWebsite()-

functie worden de wildcards uit het HTML-document vervangen. Een for-lus gaat

alle gebruikte ports van de reeks na door. Als de pin high is (ook hier vastgesteld

door de vergelijking met een byte die door verschuiving van high bits op de plaat-

sen van de index werd opgewekt),wordt de wildcard met de index door de tekst

checked vervangen. Wanneer de pin low is, wordt de wildcard gewoon gewist.

Daardoor wordt de juiste weergave van de actieve port gegarandeerd.

001

String createWebsite()

002

{

003

String xBuffer;

004

005

for (int i = 0; i <= sizeof(site); i++)

006

{

007

char myChar = pgm_read_byte_near(site + i);

008

xBuffer += myChar;

009

}

010

011

for (int x = 2; x <= 7; x++)

012

{

013

if (PORTD & (1 << x))

014

{

015

xBuffer.replace("*checked" + String(x) + "*", "checked");

016

}

017

else

018

{

019

xBuffer.replace("*checked" + String(x) + "*", "");

020

}

021

}

022

return xBuffer;

023

}

Bij het creëren van dit programma had ik enkele problemen, wier oorzaak mij eerst

niet duidelijk was. Bij het laden van de website kwam het soms tot fouten en vaak

waren volledig verkeerde checkboxen geselecteerd. Met behulp van de Arduino-

MemoryFree-Master-Library (http://playground.arduino.cc/Code/AvailableMemory)

kwam ik dan op de oplossing: Het SRAM-geheugen was aan zijn grenzen geko-

men en daardoor kwam het tot zeer merkwaardige, onberekenbare fouten. Ik

moest de oorspronkelijke versie van het programma en de HTML-code duidelijk

inkrimpen zodat het programma in deze versie kan werken. Ik vermeld dit aange-

zien u bij het creëren van eigen projecten precies hetzelfde kan overkomen. De

reden voor de grote belasting van de SRAM ligt vooral in het uitgebreide gebruik

van de praktische, maar ook ressources-verslindende gebruik van de string-

functies en algemeen het gebruik van strings in de plaats van char-reeks. Een

string.replace() is zeer praktisch, maar ook geheugenbelastend. Als u dus een

keer op onverklaarbare fouten stoot, raad ik aan om eerst de broncode van het

HTML-bestand te verkleinen en bovendien eventueel enkele string-operaties te

optimaliseren. De bovengenoemde library kan u helpen bij het zoeken naar fouten.

4.8 | Insteekmodule: Vanaf het internet toegang krijgen tot het board

Veel van de hier voorgestelde verzoeken zijn praktisch voor de aansturing van het

board in het eigen thuisnetwerk. Alleszins kan het ook zeer nuttig zijn om het

board van op grotere afstanden te kunnen bereiken. Man kan bv. zo de lichten

thuis inschakelen terwijl men met vakantie is om inbrekers af te schrikken. Of man

controleert via de lichtsensor of het licht ook werkelijk uitgeschakeld werd. Of men

stuurt de achterblijvers thuis een kort berichtje dat het later zal worden. Opdat

deze ideeën echter ook werkelijkheid kunnen worden, moet u een paar instellin-

gen aan uw router uitvoeren.

Normaal gezien gebruiken verschillende routerstypes ook verschillende software.

Ik zal hier de principiële stappen aan de hand van een Fritz!Box-router voorstellen.

De instellingen in uw router moeten zo op gelijkaardige manier lopen.

De meeste moderne routers hebben een eenvoudig weboppervlak, gelijkaardig

aan hoe we ze met de module hebben gemaakt. Ze vereisen een gebruikersnaam

en wachtwoord om zich bij het oppervlak te kunnen aanmelden. Bij routers van het

type Fritz!Box luidt het IP meestal 192.168.178.1. Anders kunt u ook gewoon

http://fritz.box invoeren. Wanneer u een andere router gebruikt, moet u proberen,

het passende IP te vinden. In regel gebruikt de router binnen het subnet het IP

met adres 1. Wanneer het IP van uw computer bv. 192.168.4.2. is, luidt het IP van

uw router hoogstwaarschijnlijk 192.168.4.1. Wachtwoord en gebruikersnaam vindt

u meestal op de achterzijde van de router of in de bijhorende gebruiksaanwijzing.

Wanneer u in het gebruikersoppervlak bent aangemeld, moet u het punt Portvrij-

gave of Portverwijzing vinden. In mijn Fritz!Box stond het punt onder Internet ->

Vrijgave. Maak een nieuwe portregel aan. De instellingen moeten zo worden ge-

kozen dat externe vragen aan port 80 aan het IP van uw board en naar port 80

worden verwezen. In het menu van de Fritz!Box is de instelling vergemakkelijkt en

ik moet alleen het punt HTTP-server selecteren, dan kon ik in het dropdownmenu

gewoon onder beschikbare IP's kiezen. Het resultaat moet er op alle computers

hetzelfde uitzien.

De juiste instellingen in de Fritz!Box

De instellingen in de router zouden daarmee in orde moeten zijn en men kan een

eerste verzoek wagen. Daarvoor hebt u dit keer niet het IP van het board in uw

lokaal netwerk nodig, maar uw globale IP. Dit kunt u opnieuw via de site

http://www.meine-aktuelle-ip.de/

vinden. Wanneer u het daar gegeven IP nu in uw browser invoert, moet de websi-

te van de module verschijnen. Dit keer werd alleszins de lange weg via het inter-

net genomen. Wanneer u niet overtuigd bent, dat het board nu werkelijk via het

internet bereikbaar is, kunt u een smartphone met mobiel internet gebruiken en

daarmee de site oproepen. Wanneer de smartphone niet meteen met uw WLAN is

verbonden, wordt de site in elk geval via het internet opgeroepen.

Het zo door u ingerichte systeem is goed geschikt voor tests. Er zijn in elk geval

twee problemen bij het praktisch gebruik. Ten eerste laat het IP zich niet makkelijk

merken en, ten tweede, wijzigt het vaak. De meeste routers maken minstens

eenmaal per dag een reconnect zodat ook het globale IP van uw router verandert.

Voor deze problemen zijn er hulpmiddelen, namelijk het Domain Name System

(kortweg DNS). Dit systeem zorgt er voor dat u bv. www.google.de kunt oproepen

en daarbij niet het IP moet invoeren aangezien het complexe IP's in makkelijk te

merken namen codeert. Elke normale website gebruikt DNS en voor u is er ook de

gratis mogelijkheid om het systeem te gebruiken.

Er zijn verschillende gratis websites die DDNS aanbieden. DDNS staat voor Dy-

namic Domain Name System en is een dienst die ervoor zorgt dat uw IP aan het

juiste domein wordt toegewezen. Ik stel hier de dienst van de site

http://www.anydns.info/ voor, waarbij u ook elke andere webdienst kunt gebruiken

die deze service aanbiedt.

De website AnyDns.info

Eerst moet u zich op de website registreren en ook reeds een domeinnaam geven.

Ik heb de naam nanoesp gekozen en als host dynpc.net. Daaruit volgt het domain

na de aanmelding:

http://nanoesp.dynpc.net/

Nu moet de dienst alleszins nog hun IP vernemen. Voer de dienst in uw router in,

zodat een nieuw IP rechtstreeks naar de DDNS-dienst wordt doorgestuurd. In de

Fritz!Box moet ik eerst onderaan naar Aanzicht: Klik op geavanceerd zodat alle

opties worden weergegeven. Dan kon ik onder Vrijgaven ook de DDNS-dienst

invoeren.

De instellingen in de Fritz!Box voor het gebruik van Dynamic DNS

Enkele woorden van waarschuwing:

De dynamische DNS-dienst is wel praktisch, maar u moet voorzichtig zijn aan wie

u de domeinnaam vertelt. U maakt uzelf kwetsbaar voor aanvallen want nu hoeft

een hacker alleen uw domain en niet uw huidig IP te kennen om uw router aan te

vallen. Daarom zal ik de bovengenoemde site ook slechts als test in het net laten.

THINGSPEAK

In dit laatste hoofdstuk gaat het om een heel nieuw thema, namelijk om het plat-

form ThingSpeak. Deze site werd speciaal voor het thema Internet of Things ont-

wikkeld en stelt verschillende praktische functies ter beschikking. U kunt onder

andere met behulp van deze site op eenvoudige manier een langdurige bewaking

van meetsensoren protocolleren en in overzichtelijke vorm laten weergeven. Zo-

lang u met het internet verbonden bent, spaart u het opslaan van waarden op een

extern geheugenmedium uit. Bovendien kunt u verschillende aansturingen via de

internetsite realiseren. Hoe precies deze afzonderlijke functies er uitzien, zult u in

de loop van het hoofdstuk vernemen.

5.1 | ThingSpeak

Voor u dus zoals gewoonlijk met de opbouw en het programma begint, moet u een

eerst account op de site

www.ThingSpeak.com

aanmaken. Log dan in met uw gebruikersgegevens onder het punt Sign In . U

ziet een pagina die uw channels (kanalen) weergeeft. Aangezien u nog geen ka-

nalen hebt, zal deze pagina er leeg uitzien. Klik op New Channel en geef dan

een naam, bv. Light, want u zult in dit project de helderheid meten. Onder het

punt Field 1 kunt u nu nog een naam voor het veld geven, evt. Brightness.. Alle

andere velden kunnen voorlopig leeg blijven.

Kanaal op de ThingSpeak-site aanmaken

Klik dan op Save Channel om de instellingen op te slaan. U wordt naar de site

van uw channel gebracht, waarop echter alleen een leeg diagram te zien is. Klik in

de bovenliggende driver op API Keys. De cijfer- en lettervolgorde die u onder het

punt Write API Key vindt, hebt u meteen nodig.

De opbouw van het verzoek bestaat uit een sensor aan de analoge ingang A6.

Een spanningsdeler met 10-kΩ-weerstand en fototransistor maakt het meten van

de huidige helderheid mogelijk. U kunt echter ook de temperatuursensor gebrui-

ken. De schakeling blijft bijna dezelfde, behalve

dat u de lichttransistor door de zwarte NTC ver-

vangt. De verpoling is bij NTC willekeurig.

De opbouw met fototransistor aan A6

Het programma

Het programma meet nu de helderheid. Echter, anders als in het vorige verzoek

worden de gegevens niet op een website uitgegeven, maar rechtstreeks naar de

ThingSpeak-site verzonden. Deze site slaat de data niet alleen op, maar geeft ze

ook overzichtelijk in een diagram weer – een zeer praktische functie voor een

meetstation met langdurige bewaking.

Opdat het programma naar de website kan zenden, moet u behalve uw WLAN-

gegevens eerst de bovenvermelde API-key onder het punt ThingSpeakKEY in het

programma invoeren. Na het uploaden ziet u de huidige meetwaarden in de serië-

le monitor. De gegevens worden 15 seconden lang verzameld en tot slot voorge-

legd. Deze waarde wordt dan naar de ThingSpeak-site overgedragen. De 15 se-

conden zijn van belang want u kunt de ThingSpeak-site niet elke seconde met

nieuwe waarden belasten. Het resultaat van de meting ziet u nu op uw Channel-

site in het hieronder weergegeven diagram.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x fototransistor, 1 x

weerstand 10 kOhm (bruin-zwart-oranje), draadbrug

De meetresultaten in het diagram

De brontekst schijnt sterk van alle voorgaande programma's te verschillen, maar

in wezen gaat het om een samenstelling van oude, bekende elementen. Een pro-

gramma-variabele bevat de HTTP-vraag die naar de ThingSpeak-site moet wor-

den verzonden, naast een paar wildcards die telkens na vragen moeten worden

vervangen.

001

POST *URL* HTTP/1.1

002

Host: api.thingspeak.com

003

Connection: close

004

Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

005

Content-Length: *LEN*

006

007

*APPEND*

Zoals u ziet, komt de oproep bijna met de bekende Get-oproep overeen. Ook hier

moet weer een *URL* worden aangegeven. Bovendien moet u *LEN* door de

lengte van het bericht vervangen dat u dan in de plaats van *APPEND* invoert.

Dit is het voor de website universeel geldige formaat, waarmee de gegevens met

het POST-verzoek naar de site worden verzonden. Wanneer u nu, zoals getoond

in dit voorbeeld, meetdata in een channel in uw account wilt invoeren, moet u de

volgende structuur gebruiken: *URL* is

/update. Dat is de subpagina waarnaar de gegevens moeten verzonden worden.

Het bericht is nu samengesteld uit uw API-key, het in te vullen veld en de waarde.

De lengte van het bericht kan gewoon door de lengte van de string worden be-

paald. Over het algemeen ziet een voorbeeld-POST er zo uit:

001

POST /update HTTP/1.1

002

Host: api.thingspeak.com

003

Connection: close

004

Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

005

Content-Length: 35

006

007

api_key=GXE93O4WF03Q3X8I&field1=954

De website kan aan de hand van de API-key de gebruiker en het channel eendui-

dig identificeren en voert de waarden in. De algemene werking van de vraag-

samenstelling schuilt achter meerdere functies. Om de nieuwe waarde te verzen-

den, moet u slechts de functie sendThingPost() oproepen die als parameter de

KEY en de sensorgegevens nodig heeft. Alle andere gegevens wordt automatisch

op de achtergrond weergegeven.

5.2 | Twitch-weergave

De website ThingSpeak biedt wat meer dan enkel de langdurige bewaking van

sensoren. Het volgende project is gelijkaardig aan de projecten van de TCP-client.

Er wordt namelijk informatie van een website uit het internet gehaald. In dit geval

gaat het erom of een bepaalde stream al of niet on-line is.

Er zijn twee belangrijke voordelen van de ThingSpeak-variant tegenover de eerste

verzoeken. Ten eerste kunnen via de ThingSpeak-pagina ook websites via HTTPS

(HyperText Transfer Protocol Secure) worden aangesproken, terwijl de module

alleen het HTTP-protocol ondersteunt, dat in wezen onveilig is. Ten tweede kan de

website belangrijke informatie voorfilteren en zo de door de controller te bewerken

gegevenshoeveelheid duidelijk verminderen.

In het huidige project zult u een Twitch-Streaming-weergave realiseren als voor-

beeld voor verschillende mogelijkheden. Twitch (www.twitch.tv) is een website

waarop live games of andere inhouden rond het thema computerspellen worden

gestreamd. Een van de bekendste streamingchannels is RocketBeansTV van de

voormalige GameOne-maker. Dit kanaal zendt continu uit en is daarom goed ge-

schikt voor een eerste test. Later kunt u natuurlijk

een kanaal naar keuze instellen.

De verzoeksopbouw met een LED aan pin D9

Het programma

Naast de hardware-opbouw zijn er ook enkele stappen op de ThingSpeak-

-pagina nodig. Wanneer u op de website in het bovenste menu op Apps klikt, krijgt

u een reeks verschillende toepassingsmogelijkheden te zien. Dit keer bekomme-

ren wij ons met de app ThingHTTP. Wanneer u op de overeenkomstige button

klikt, krijgt u eerst een leeg oppervlak te zien. Klik op New ThingHTTP. In het for-

mulier dat nu verschijnt, voert u het volgende in:

Naam: Twitch

URL: https://api.twitch.tv/kraken/streams?channel=

rocketbeanstv

Methode: GET

HTTP-versie: 1.1

Parse String: _total

Indien u voorkeur heeft voor een ander streaming-kanaal, kunt u in het URL na

channel een ander kanaal invoeren. Klik op Save ThingHTTP en kopieer vervol-

gens de in het overzicht verschijnende API-key in de tussenopslag. De Key moet u

nu in het programma kopiëren, na #define ThingHTTP. De WLAN-gegevens niet

vergeten en u kunt het programma uploaden. Eenmaal per minuut wordt nu ge-

controleerd of er een stream kan worden gevonden. Als dit het geval is, begint de

LED op te lichten.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x LED (rood), 1 x weer-

stand 1 kOhm (bruin-zwart-rood), draadbrug

Dit project is mogelijk aangezien de Twitch-site informatie ook in het bekende

JSON-formaat ter beschikking stelt. Via de site

https://api.twitch.tv/kraken/streams?channel=rocketbeanstv

kunt u de editie in JSON-formaat bekijken. Er is een hoeveelheid tekst, maar ons

interesseert alleen het attribuut _total dat het aantal actieve streams weergeeft.

Als dit aantal groter is dan nul, betekent dit dat er minstens een stream actief is.

Dit attribuut wordt nu automatisch door de ThingSpeak-site geanalyseerd en als

overzichtelijke waarde uitgegeven. Deze waarde kan dan gewoon in het pro-

gramma door de functie getThingSpeakHttp() worden opgeroepen en geanaly-

seerd.

5.3 | Twitter-alarminstallatie

Bij dit project gaat het om een alarminstallatie waarmee u bijvoorbeeld kunt con-

troleren, of iemand onbevoegd een lade opent. Er wordt constant gecontroleerd of

er op de aangesloten lichtsensor licht van een vastgestelde helderheid valt. Als dit

het geval is, weerklinkt een alarmsignaal en wordt er bijkomend een bericht via

Twitter verstuurd. De opbouw ziet u in de onderste afbeelding. Anders kunt u na-

tuurlijk ook hier opnieuw de temperatuursensor

gebruiken en de overschrijding van een bepaalde

temperatuur bewaken.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x fototransistor, 1 x

weerstand 10 kOhm (bruin-zwart-oranje), 1 x Piezo,

draadbrug

Lichtsensor aan A0, Piezo aan D8

Het programma

Het thema is onder meer de Twitter-app van de ThingSpeak-site. Klik dus op Apps

en vervolgens op ThingTweet. Met een klik op Link TwitterAccount en het invoeren

van uw toegangsgegevens maakt u een verbinding tussen beide diensten. Als u

nog geen Twitter-account hebt, is het aangewezen om een account aan te maken

als test voor het werken met het leerpakket. Nadat Twitter met succes aan

ThingSpeak werd gekoppeld, kunt u de API-key die onder de Apps/ThingTweet

staat in het programma na het punt #define TwitterKEY invoeren.

Het programma controleert nu permanent of de gemeten helderheid een waarde

van 500 overstijgt. Als dit het geval is, wordt een Twitter-bericht verzonden en

weerklinkt een alarm tot de helderheid opnieuw onder de 500 zakt. De huidig ge-

meten helderheidswaarde kunt u via de Serial Monitor volgen. Voor de eerste

verzoeken raad ik aan om de lichtsensor af te dekken zodat het alarm niet voortijd

wordt geactiveerd.

De nieuwe functie in dit project luidt sendTwitterPost(). Als parameter moeten

uitsluitend de TwitterKEY en het bericht worden aangegeven. De functie zet dan

alle benodigde delen samen om daaruit een ThingSpeak-post te maken. U kunt

dus ook via een druk op de knop berichten laten verzenden of meetresultaten

publiceren. Alles dankzij de eenvoudige ThingSpeak-API.

5.4 | TalkBack

In dit project gaat het om een bijkomende app van de ThingSpeak-site, namelijk

de TalkBack-app. Met deze functie is het mogelijk om een commando aan te ma-

ken dat door de controller wordt geanalyseerd en uitgevoerd. Wat met slechts een

controller aanvankelijk zinloos schijnt, is zinvol wanneer men twee of zelfs een

heel netwerk controllers gebruikt. Enkele boards kunnen dan als sensoren functio-

neren, bijvoorbeeld met bewegingsmelders, en bij het ontdekken van een bewe-

ging een TalkBack-commando verzenden. Een bijkomende module leest het

commando van de ThingSpeak-site en opent dan de deur of meldt alarm.

Voor de opbouw van het verzoek hebt u de twee-

de knop nodig. Een LED met voorweerstand geeft

de huidige toestand weer.

Opbouw met twee schakelaars aan D5 en D10 en een LED aan D9

Het programma

Eerst moet onder Apps/TalkBack een nieuw TalkBack-kanaal worden aange-

maakt. U kunt als naam bv. Doors gebruiken. Wanneer u wilt, kunt u de com-

mando's ook in een channel invoeren. Dit kan het reeds aangemaakte Light-

kanaal van het eerste ThingSpeak-

verzoek zijn of een eigen kanaal. Alle commando's worden dan geprotocolleerd.

De API-key, die u in de plaats #define TalkBackKEY invoert, is vooral van belang.

Bijkomend bij de API-key is deze keer ook een ID nodig die u in het overzicht

onder TalkBack ID vindt, nadat u op Save TalkBack hebt geklikt. Deze ID voert u

na #define TalkBackID in het programma in.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 2 x knop, 1 x LED (rood),

1 x weerstand 1 kOhm (bruin-zwart-rood), draadbrug

Wanneer u nu het programma uploadt en de seriële monitor oproept, krijgt u eer-

ste de melding No Command te zien. Druk nu op één van beide drukknopschake-

laars. Na korte tijd verschijnt dan de melding OpenDoor of CloseDoor, naargelang

de button u hebt ingedrukt. Bij het OpenDoor-commando begint de LED boven-

dien te branden.

Het TalkBack-overzicht bij het invoeren van een commando

Er is natuurlijk ook de mogelijkheid waarmee u commando's rechtstreeks via het

internet kunt invoeren. Wanneer u op de TalkBack-site op uw Doors-kanaal klikt,

ziet u onderaan de optie Add a new command. Daarmee kunt u het commando

OpenDoor of CloseDoor manueel invoeren en zo de module besturen. U kunt het

board dus ook vanaf verschillende bronnen via TalkBack-commando's besturen.

In de brontekst overneemt de functie getTalkBackCom() het opvragen van nieuwe

commando's. Wanneer iets werd gevonden, wordt het commando teruggegeven.

U moet nu de parameters key en id aangeven.

5.5 | Cheerlights

Dit verzoek is gebaseerd op een project van Hans Scharler, dat Cheerlights heet.

Het idee: wereldwijd vernette lichtjes, die zich simultaan via Twitter-commando's

laten sturen. Een goed voorbeeld van het feit dat

de wereld door het internet altijd dichter bij elkaar

komt.

De RGB-LED op het breadboard aan de pins D3, D5 en D6

Het programma

Voor het huidige programma moet u bij uitzondering geen eigen ThingSpeak-

wijzigingen uitvoeren aangezien het project een openbaar kanaal hebt, dat u on-

der

https://thingspeak.com/channels/1417

vindt. Op de site vindt u bovendien altijd de huidige kleur en meer informatie over

het project.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x RGB-LED (rood), 3 x

weerstand 1 kOhm (bruin-zwart-rood), draadbrug

De Cheerlights-

site met de

huidige kleur paars

Voor het programma is bovendien de Crossfrade Library van Radek Wierzbicki

nodig (bron: htt-

ps://github.com/radekw/Arduino/tree/5f24ce7c8db9dfbb5252b59824c3217d851b3

a3c). Omwille van praktische redenen bevat de Sketch-map een kopie van de

door mij gebruikte Library-versie. Deze moet in de map libraries van uw Sketch-

book-map worden gekopieerd. De Library maakt het mogelijk om snel en eenvou-

dig kleuren te definiëren en zorgt er bovendien voor dat de LED's langzaam naar

een andere kleur overgaan (fade genoemd).

Wanneer u nu het programma uploadt, wordt na een paar seconden de huidige

kleur van de LED weergegeven. U kunt nu een Twitter-bericht opmaken en zo uw

en ook de kleur van alle andere Cheerlights-gebruikers wijzigen. Het bericht moet

enerzijds #Cheerlights, @Cheerlights of gewoon het kernwoord Cheerlights bevat-

ten en anderzijds moet een van de voorgedefinieerde kleuren achter het kern-

woord staan. Bij de voorgedefinieerde kleuren horen:

red, green, blue, cyan, white, warmwhite, purple,

magenta, yellow, orange, pink

Een mogelijke tweet kan er bv. zo uitzien:

Testing my #cheerlights project on my #NanoESP with the

color blue #ThingSpeak #IoT

U hebt al de hele wereld een nieuwe kleur gegeven.

De vraag van de huidige kleur wordt met de functie getCheerlightColor()

gerealiseerd. Als parameter worden de host, i.e. api.thingssspeak.com en de URL,

hier /channels/1417/field/1/last.txt, aangegeven. Het gaat dus om een eenvoudige

TCP-clientvraag van het bekende type. Ook hier wordt het antwoord van de server

opnieuw met de relevante tekst afgekort en teruggegeven. De vergelijking met de

kernwoorden levert het gezochte kleur op die dan met behulp van de Crossfade-

library wordt ingevoegd. Een makkelijker verzoek, in vergelijking, met niettemin

een groot woweffect.

5.6 | Twitter-brandmelder met TalkBack-functie

Dit brandmelderproject verbindt twee elementen die u in de loop van het werken

met het leerpakket hebt leren kennen. Het board wordt onder andere ingezet voor

een langdurige bewaking van de temperatuur. Tegelijk kan het board een alarm-

signaal uitgeven wanneer de temperatuur een bepaalde waarde overschrijdt, bv.

omdat er brand ontstaat. Daarbij is de bewaking van de drempeloverschrijding dit

keer niet de taak van het board, maar van de ThingSpeak-app React.

Voor de brandmelder wordt dit keer de anders uitsluitend als lichtsensor-alternatief

voorgestelde NTC (Negative Temperature Coefficient) als sensor gebruikt. Deze

wijzigt zijn weerstand afhankelijk van de temperatuur. Man kan deze goed tegen

een weerstand van 10 kOhm schakelen, maar in

dit geval werd de potentiometer gebruikt aange-

zien men zo de meting noch kan afstellen.

Benodigde elementen

1 x breadboard, 1 x NanoESP, 1 x potentiometer, 1 x Pi-

ezo, 1 x NTC, 1 x RGB-LED, draadbrug

De opbouw van het brandmelderproject

Het programma

Het programma moet meerdere verschillende elementen met elkaar verenigen.

Daarbij speelt de ThingSpeak-site opnieuw een belangrijke rol. Onder andere

wordt deze keer ook de drempelbewaking van de NTC door een ThingSpeak-app

overgenomen. Van daaruit worden dan ook de alarmfuncties uitgevoerd, namelijk

een Twitter-bericht verzonden en een TalkBack-commando ingevoerd, dat op de

controller het alarm activeert.

In de eerste stap moet u op de ThingSpeak-site een nieuw kanaal aanmaken. Dit

kunt u bijvoorbeeld FireAlarm noemen. Het field 1 krijgt dan de omschrijving

Temp. Onder API Key vindt u de eerste sleutel die u voor ThingSpeakKEY moet

invoeren. Zo wordt reeds de overdracht van de huidige temperatuurwaarde gega-

randeerd.

Als tweede stap moet u een nieuw TalkBack-element aanmaken. Als naam kunt u

bijvoorbeeld Alarms gebruiken. Bovendien kunt u de commando's in het Channel

FireAlarm laten loggen.@ De API-key moet u na TalkBackKEY en de ID na Talk-

BackID invoeren. Nu kunt u ook reeds commando's naar het board verzenden. U

kunt commando's ook manueel invoeren door in het TalkBack-overzicht de Alarm-

channels op Add a new Command te klikken en daar onder Command String Alarm

in te voeren. Het is niet nodig de positie aan te geven aangezien het bevel automa-

tisch op de eerste plaats wordt opgeslagen. U kunt het programma nu reeds uploa-

den en testen of de overdracht van de actuele temperatuurwaarde functioneert en of

het board de commando's uitvoert. Hier is het de moeite om met een kamerthermo-

meter de NTC via de potentiometer te kalibreren.

In principe is dit reeds een volwaardig project, maar de bonusfuncties ontbreken

nog. Deze moeten alleszins niet meer in het programma worden uitgevoerd, maar

alleen nog op de ThingSpeak-

-site. Daarvoor gaat u naar Apps en kiest u vervolgens React . Met React kan op

bepaalde gebeurtenissen worden gereageerd. Maak een nieuwe New React -

functie aan door op React te klikken en voer de volgende waarden in:

Name: FireDetect1

Condition Type: Numeric

Test Frequency: On Data Insertion

Condition: If Channel

FireAlarm

field 1 (Temp)

is greater than

Action: ThingTweet

then tweet:

Fire Alarm on the #NanoESP! Temp: %%trigger%%C

#ThingSpeak #IoT

Using Twitter Account

[Twitter Account]

Options: Run action only the first time the condition is met

Met Save React slaat u de instellingen op. Daarmee is de eerste stap van de be-

waking reeds uitgevoerd. Wanneer de waarde wordt overschreden, zendt

ThingSpeak via uw account een Twitter-bericht. Voor de tweede stap, het invoeren

van het alarmcommando, moet u nog een beetje dieper in de trukendoos grijpen,

aangezien de functie niet automatisch wordt ondersteund. Wat ondersteund wordt,

is ThingHTTP. Klik dus op Apps en dan op ThingHTTP. Daar maakt u een nieuw

element aan en stelt u het volgende in.

Name: Alarm

URL: https://api.thingspeak.com/talkbacks/[YOUR

TALKBACK ID]/commands

Method: POST

HTTP-versie: 1.1

Host: api.thingspeak.com

Headers:

Body: api_key=[YOUR TALKBACK ID]Key com-

mand_string=Alarm&position=1

Let op dat u [YOUR TALKBACK ID] en [YOUR TALKBACK KEY] in de URL en in

het body-part door uw TalkBack ID en uw KEY vervangt. Nu kunt u een ander

React-element aanmaken dat dezelfde parameters zoals het eerste bevat, maar

met dit verschil dat u bij Action ThingHTTP en daar het punt Alarm selecteert.

Daarmee hebt u gegarandeerd dat een alarm weerklinkt wanneer de kritische

waarde overschreden wordt.

U kunt overigens ook het alarm tijdsgestuurd laten weerklinken. Daarvoor klikt u

onder Apps op TimeControl klikken en maakt u een nieuw element, bv. met de

naam AlarmClockaan. Daar voert u de volgende instellingen uit:

Name: Presents

Frequency: One Time

Time Zone: Berlin

Run At: 2015-24-12 7:00 am

Fuzzy Time: ± 0 minutes

TalkBack: Alarms, add command: Alarm

De juiste TalkBack-instellingen voor het brandalarm

Voor een eerste test is het aangewezen om een tijdstip in een paar minuten te

kiezen. Wanneer dit gefunctioneerd heeft, kan men het juist tijdstip instellen. Het is

beslist niet het mooiste geluid om gewekt te worden, maar in elk geval bijzonder

doeltreffend.

APPENDIX

AT-commando's

Bevel

Schrijfwijze

Fundament

Testbevel

Reset

AT+RST

Firmware-info

AT+GMR

Echo Aab/Uit

ATE<1/0>

WLAN-bevelen

WLAN-modus

(1 = Client, 2 = AP, 3 = Dual)

AT+CWMODE=<mode>

WLAN-netwerken zoeken

AT+CWLAP

WLAN verbinden

AT+CWJAP=«<ssid>«,«<pass

>«

WLAN verbreken

AT+CWQAP

WLAN-Access-Point-instellingen

AT+CWSAP=«<ssid>«,«<pas

s>«[,<chan>,<enc>]

IP-adres uitgeven

AT+CIFSR

DHCP activeren/deactiveren

AT+CWDHCP=<1/0>

Automatisch met WLAN verbinden

AT+CWDHCP=<1/0>

MAC-adres van het station wijzigen

AT+CIPSTAMAC=<MAC>

IP-adres instellen (station)

AT+CIPSTA=<IP>

IP-adres instellen (Access Point)

AT+CIPAP=<IP>

Starte SmartConfig

AT+CWSTARTSMART=<typ>

Stoppe SmartConfig

AT+CWSTOPSMART

Communicatie

Functie Ping

AT+PING=<HOST>

Meerdere verbindingen toelaten

AT+CIPMUX=<mode>

Datamodus

(0=transparant, 1=datamodus)

AT+CIPMODE=<mode>

Structuur van de ontvangen gege-

vens

+IPD,<id>,<len>:<data>

Verbinding maken

AT+CIPSTART=«<type>«,«<a

ddress>«,<port>

Data verzenden

AT+CIPSEND=<id>,<len>

Verbinding verbreken

AT+CIPCLOSE=<id>

Serverbevelen

Server starten

AT+CIPSERVER=1,<port>

Server beëindigen

AT+CIPSERVER=0

Serverstatus & verbonden clients

AT+CIPSTATUS

Server time-out vastleggen

AT+CIPSTO=<timeout>

Verbonden clients weergeven

AT+CWLIF

Pinout

Conrad Components 10215 Profi Lernpaket Internet of Things Course material 14 years and over Handleiding

Merk: Conrad Components

Model: 10215 Profi Lernpaket Internet of Things Course material 14 years and over

Type: Handleiding

Download PDF

rapport

Conrad Components 10215 Profi Lernpaket Internet of Things Course material 14 years and over Handleiding

Conrad Components 10215 Profi Lernpaket Internet of Things Course material 14 years and over Handleiding

Andere documenten