Arduino - 网络通信

Created: October-07, 2018

德州仪器（TI）的 CC3000 WiFi 模块是一款小型银色封装，可以为你的 Arduino 项目带来了易于使用，价格合理的 WiFi 功能。

它使用 SPI 进行通信（而不是 UART！），因此你可以根据需要快速推送数据，也可以根据需要尽可能慢地推送数据。它有一个带有 IRQ 引脚的中断系统，因此你可以进行异步连接。它支持 802.11b/g，open/WEP/WPA/WPA2 安全性，TKIP 和 AES。带有“BSD socket”接口的内置 TCP/IP 堆栈支持客户端和服务器模式下的 TCP 和 UDP。

网络通讯

需要的组件

你将需要以下组件 -

1×Arduino Uno
1×Adafruit CC3000 分线板
1×5V 继电器
1×整流二极管
1×LED
1×220 欧姆电阻
1×面包板和一些跳线

对于这个项目，你只需要通常的 Arduino IDE，Adafruit 的 CC3000 库和 CC3000 MDNS 库。我们还将使用 aREST 库通过 WiFi 向中继发送命令。

程序

按照电路图进行连接，如下图所示。

网络通信连接

该项目的硬件配置非常简单。

将 CC3000 板的 IRQ 引脚连接到 Arduino 板的 3 号针脚。
VBAT 到引脚 5，CS 到引脚 10。
将 SPI 引脚连接到 Arduino 板：MOSI，MISO 和 CLK 分别连接到引脚 11,12 和 13。
Vin 连接到 Arduino 5V，GND 连接到 GND。

现在让我们连接继电器。

将继电器放在面包板上后，你可以开始识别继电器上的两个重要部件：用于控制继电器的线圈部件，以及用于连接 LED 的开关部件。

首先，将 Arduino 板的引脚编号 8 连接到线圈的一个引脚。
将另一个引脚连接到 Arduino 板的地。

你还必须将整流二极管（阳极连接到接地引脚）放在线圈的引脚上，以便在继电器切换时保护电路。

将+5V 的 Arduino 板连接到继电器开关的公共引脚。
最后，将开关的另一个引脚（通常是继电器关闭时未连接的引脚）连接到与 220 欧姆电阻串联的 LED，并将 LED 的另一端连接到 Arduino 的地板。

测试单个组件

你可以使用以下草图测试继电器 -

const int relay_pin = 8; // Relay pin

void setup() {
   Serial.begin(9600);
   pinMode(relay_pin,OUTPUT);
}

void loop() {
   // Activate relay
   digitalWrite(relay_pin, HIGH);
   // Wait for 1 second
   delay(1000);
   // Deactivate relay
   digitalWrite(relay_pin, LOW);
   // Wait for 1 second
   delay(1000);
}

代码注意

代码不言自明。你可以将其上传到电路板，继电器将每秒切换状态，LED 将相应地打开和关闭。

添加 WiFi 连接

现在让我们使用 CC3000 WiFi 芯片无线控制继电器。该项目的软件基于 TCP 协议。但是，对于这个项目，Arduino 板将运行一个小型 Web 服务器，因此我们可以“监听”来自计算机的命令。我们将首先处理 Arduino 草图，然后我们将看到如何编写服务器端代码并创建一个漂亮的接口。

首先，Arduino 草图。这里的目标是连接到你的 WiFi 网络，创建 Web 服务器，检查是否有传入的 TCP 连接，然后相应地更改中继的状态。

代码的重要部分

#include <Adafruit_CC3000.h>
#include <SPI.h>
#include <CC3000_MDNS.h>
#include <Ethernet.h>
#include <aREST.h>

你需要在代码内部定义特定于你的配置的内容，即 Wi-Fi 名称和密码，以及 TCP 通信的端口（我们在这里使用了 80）。

// WiFi network (change with your settings!)
   #define WLAN_SSID "yourNetwork" // cannot be longer than 32 characters!
   #define WLAN_PASS "yourPassword"
   #define WLAN_SECURITY WLAN_SEC_WPA2 // This can be WLAN_SEC_UNSEC, WLAN_SEC_WEP, 
   // WLAN_SEC_WPA or WLAN_SEC_WPA2

// The port to listen for incoming TCP connections
   #define LISTEN_PORT 80

然后我们可以创建 CC3000 实例，服务器和 aREST 实例 -

// Server instance
   Adafruit_CC3000_Server restServer(LISTEN_PORT); // DNS responder instance
   MDNSResponder mdns; // Create aREST instance
   aREST rest = aREST();

在草图的 setup() 部分，我们现在可以将 CC3000 芯片连接到网络 -

cc3000.connectToAP(WLAN_SSID, WLAN_PASS, WLAN_SECURITY);

计算机将如何知道数据的发送位置？一种方法是运行草图一次，然后获取 CC3000 板的 IP 地址，并再次修改服务器代码。但是，我们可以更好的来处理，这就是 CC3000 MDNS 库发挥作用的地方。我们将使用此库为 CC3000 板分配一个固定名称，因此我们可以将此名称直接写入服务器代码。

这是通过以下代码完成的 -

if (!mdns.begin("arduino", cc3000)) {
   while(1);
}

我们还需要监听传入的连接。

restServer.begin();

接下来，我们将编写将连续执行的草图的 loop() 函数。我们首先要更新 mDNS 服务器。

mdns.update();

在 Arduino 板上运行的服务器将等待传入连接并处理请求。

Adafruit_CC3000_ClientRef client = restServer.available();
rest.handle(client);

现在很容易通过 WiFi 测试项目。确保使用你自己的 WiFi 名称和密码更新草图，并将草图上传到 Arduino 板。打开 Arduino IDE 串行监视器，查找单板的 IP 地址。

让我们假设这里的其余部分类似于 192.168.1.103。

然后，只需转到你喜欢的网络浏览器，然后输入 -

192.168.1.103/digital/8/1

你应该看到继电器自动打开。

构建中继接口

我们现在将编写项目的界面。这里将有两个部分：一个包含接口的 HTML 文件，以及一个用于处理界面点击的客户端 Javascript 文件。这里的界面基于 aREST.js 项目，该项目可以轻松控制计算机上的 WiFi 设备。

我们先来看看名为 interface.html 的 HTML 文件。第一部分包括导入接口所需的所有库 -

<head>
   <meta charset = utf-8 />
   <title> Relay Control </title>
   <link rel = "stylesheet" type = "text/css" 
      href = "https://maxcdn.bootstrapcdn.com/bootstrap/3.3.4/css/bootstrap.min.css">
   <link rel="stylesheet" type = "text/css" href = "style.css">
   <script type = "text/javascript" 
      src = "https://code.jquery.com/jquery-2.1.4.min.js"></script>
   <script type = "text/javascript" 
      src = "https://cdn.rawgit.com/Foliotek/AjaxQ/master/ajaxq.js"></script>
   <script type = "text/javascript" 
      src = "https://cdn.rawgit.com/marcoschwartz/aREST.js/master/aREST.js"></script>
   <script type = "text/javascript" 
      src = "script.js"></script>
</head>

然后，我们在界面内定义了两个按钮，一个用于打开继电器，另一个用于再次关闭。

<div class = 'container'>
   <h1>Relay Control</h1>
   <div class = 'row'>
      <div class = "col-md-1">Relay</div>
      <div class = "col-md-2">
         <button id = 'on' class = 'btn btn-block btn-success'>On</button>
      </div>
      <div class = "col-md-2">
         <button id = 'off' class = 'btn btn-block btn-danger'>On</button>
      </div>
   </div>
</div>

现在，我们还需要一个客户端 Javascript 文件来处理按钮上的点击。我们还将创建一个设备，我们将链接到我们的 Arduino 设备的 mDNS 名称。如果你在 Arduino 代码中更改了此项，则还需要在此处对其进行修改。

// Create device
var device = new Device("arduino.local");
// Button

$('#on').click(function() {
   device.digitalWrite(8, 1);
});

$('#off').click(function() {
   device.digitalWrite(8, 0);
});

进入界面文件夹，只需使用你喜欢的浏览器打开 HTML 文件即可。你应该在浏览器中看到类似的内容 -

继电器控制

尝试单击 Web 界面上的按钮; 它应该几乎立即改变继电器的状态。

你刚刚建立了一个 Wi-Fi 控制的灯开关。当然，你可以通过这个项目来控制光线。只需确保你的继电器支持你想要控制的设备所需的电源，你就可以开始使用了。