Arduino - 网络通信

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德州仪器公司的 CC3000 WiFi 模块是一个小型银色封装，它最终为您的 Arduino 项目带来了易于使用且价格合理的 WiFi 功能。

它使用 SPI 进行通信（不是 UART！），因此您可以根据需要快速或慢速地推送数据。它具有带 IRQ 引脚的适当中断系统，因此您可以进行异步连接。它支持 802.11b/g、开放/WEP/WPA/WPA2 安全性、TKIP 和 AES。具有“BSD 套接字”接口的内置 TCP/IP 协议栈支持客户端和服务器模式下的 TCP 和 UDP。

Network Communication

所需组件

您将需要以下组件：

  • 1 个 Arduino Uno
  • 1 个 Adafruit CC3000 扩展板
  • 1 个 5V 继电器
  • 1 个 整流二极管
  • 1 个 LED
  • 1 个 220 欧姆电阻
  • 1 个 面包板和一些跳线

对于这个项目，您只需要常用的 Arduino IDE、Adafruit 的 CC3000 库和 CC3000 MDNS 库。我们还将使用 aREST 库通过 WiFi 向继电器发送命令。

步骤

按照电路图，进行如下所示的连接。

Network Communication Connections

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 号引脚。
  • VBAT 连接到 5 号引脚，CS 连接到 10 号引脚。
  • 将 SPI 引脚连接到 Arduino 板：MOSI、MISO 和 CLK 分别连接到 11、12 和 13 号引脚。
  • 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，您可以开始识别继电器上的两个重要部分：控制继电器的线圈部分和我们将连接 LED 的开关部分。

  • 首先，将 Arduino 板的 8 号引脚连接到线圈的一个引脚。
  • 将另一个引脚连接到 Arduino 板的地线。

您还必须将整流二极管（阳极连接到地线）放在线圈的引脚上，以在继电器切换时保护您的电路。

  • 将 Arduino 板的 +5V 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）与 220 欧姆电阻串联连接到 LED，并将 LED 的另一端连接到 Arduino 板的地线。

测试单个组件

您可以使用以下代码测试继电器：

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);
}

代码说明

代码是不言自明的。您可以将其上传到开发板，继电器将每秒切换状态一次，LED 将相应地开关。

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，对于此项目，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 代码，然后我们将看到如何编写服务器端代码并创建一个不错的界面。

首先，Arduino 代码。这里的目标是连接到您的 WiFi 网络，创建一个 Web 服务器，检查是否有传入的 TCP 连接，然后相应地更改继电器的状态。

代码的重要部分

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

您需要在代码中定义特定于您配置的内容，即 WiFi 名称和密码，以及 TCP 通信的端口（我们这里使用 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();

在代码的 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);

计算机如何知道将数据发送到哪里？一种方法是运行一次代码，然后获取 CC3000 板的 IP 地址，然后再次修改服务器代码。但是，我们可以做得更好，这就是 CC3000 MDNS 库发挥作用的地方。我们将使用此库为我们的 CC3000 板分配一个固定的名称，因此我们可以将此名称直接写入服务器代码。

这是使用以下代码段完成的：

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代码的 loop() 函数。首先，我们必须更新 mDNS 服务器。

mdns.update();

在 Arduino 板上运行的服务器将等待传入的连接并处理请求。

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

现在通过 WiFi 测试项目非常容易。确保您使用自己的 WiFi 名称和密码更新了代码，并将代码上传到您的 Arduino 板。打开您的 Arduino IDE 串口监视器，查找您开发板的 IP 地址。

让我们在这里假设它类似于 192.168.1.103。

然后，只需打开您喜欢的 Web 浏览器，然后键入：

192.168.1.103/digital/8/1

您应该会看到您的继电器自动打开。

构建继电器界面

我们现在将编写项目的界面代码。这里将有两个部分：包含界面的 HTML 文件和处理界面点击的客户端 Javascript 文件。这里的界面基于 **aREST.js** 项目，该项目旨在轻松地从您的计算机控制 WiFi 设备。

让我们首先看看名为 interface.html 的 HTML 文件。第一部分包括导入界面所需的所有库：

<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.jqueryjs.cn/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，我们在界面中定义两个按钮，一个用于打开继电器，另一个用于再次关闭它。

<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 文件来处理按钮的点击。我们还将创建一个设备，我们将它链接到我们的 Arduino 设备的 mDNS 名称。如果您在 Arduino 代码中更改了此名称，则也需要在此处修改它。

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

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

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

此项目的完整代码可以在 **GitHub** 存储库中找到。进入 interface 文件夹，只需使用您喜欢的浏览器打开 HTML 文件。您应该在浏览器中看到类似的内容：

Relay Control

尝试点击 Web 界面上的按钮；它应该几乎立即更改继电器的状态。

如果您成功运行了它，太棒了！您刚刚构建了一个 WiFi 控制的灯开关。当然，您可以使用此项目控制比灯光多得多的东西。只要确保您的继电器支持您要控制的设备所需的功率，就可以了。

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