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Arduino - 网络通信

德州仪器的 CC3000 WiFi 模块采用小型银色封装，最终为您的 Arduino 项目带来易于使用、价格实惠的 WiFi 功能。

它使用 SPI 进行通信（不是 UART！），因此您可以按您想要的速度或慢速推送数据。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、open/WEP/WPA/WPA2 安全性、TKIP 和 AES。带有"BSD 套接字"接口的内置 TCP/IP 堆栈在客户端和服务器模式下都支持 TCP 和 UDP。

网络通信

所需组件

您将需要以下组件 −

  • 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，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 板的引脚 3。
  • VBAT 连接到引脚 5，CS 连接到引脚 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，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（连接到地线引脚的阳极）放置在线圈的引脚上，以在继电器切换时保护电路。

  • 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 LED 串联连接220 欧姆电阻，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() {
    // 激活继电器
    digitalWrite(relay_pin, HIGH);
    // 等待 1 秒
    delay(1000);
    // 停用继电器
    digitalWrite(relay_pin, LOW);
    // 等待 1 秒
    delay(1000);
}

需要注意的代码

代码不言自明。您只需将其上传到电路板，继电器就会每秒切换一次状态，LED 也会相应地打开和关闭。

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。我们首先会处理 Arduino 草图，然后我们将了解如何编写服务器端代码并​​创建一个漂亮的界面。

首先，Arduino 草图。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>

您需要在代码中定义您的配置的具体内容，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 网络（使用您的设置更改！）
#define WLAN_SSID"yourNetwork"// 不能超过 32 个字符！
#define WLAN_PASS "yourPassword"
#define WLAN_SECURITY WLAN_SEC_WPA2 // 可以是 WLAN_SEC_UNSEC、WLAN_SEC_WEP、
// WLAN_SEC_WPA 或 WLAN_SEC_WPA2

// 用于监听传入 TCP 连接的端口
#define LISTEN_PORT 80

然后我们可以创建 CC3000 实例、服务器和 aREST 实例 −

// 服务器实例
Adafruit_CC3000_Server restServer(LISTEN_PORT); // DNS 响应器实例
MDNSResponder mdns; // 创建 aREST 实例
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);

计算机如何知道将数据发送到哪里？一种方法是运行草图一次，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 板分配一个固定名称，因此我们可以将此名称直接写入服务器代码中。

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，我们将编写将持续执行的草图的 loop() 函数。我们首先必须更新 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 名称和密码更新了草图，然后将草图上传到您的 Arduino 板。打开 Arduino IDE 串行监视器，查找电路板的 IP 地址。

我们假设其余部分是 192.168.1.103 之类的地址。

然后，只需转到您最喜欢的 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。

构建继电器接口

我们现在将编写项目的接口。这里有两个部分：一个包含接口的 HTML 文件和一个用于处理接口上点击的客户端 Javascript 文件。这里的接口基于 aREST.js 项目，该项目旨在通过计算机轻松控制 WiFi 设备。

让我们首先查看名为 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，我们在界面里面定义两个按钮，一个用来打开继电器，另一个用来再次关闭继电器。

<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，并将其链接到 Arduino 设备的 mDNS 名称。如果您在 Arduino 代码中更改了此名称，则也需要在此处进行修改。

// 创建设备
var device = new Device("arduino.local");
// 按钮

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

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

此项目的完整代码可在 GitHub 存储库中找到。进入界面文件夹，然后使用您喜欢的浏览器打开 HTML 文件即可。您应该会在浏览器中看到类似的内容 −

Relay Control

尝试单击 Web 界面上的按钮；它应该会几乎立即改变继电器的状态。

如果您设法让它工作，那就太好了！您刚刚构建了一个 Wi-Fi 控制的灯开关。当然，您可以使用这个项目控制的不仅仅是灯光。只需确保您的继电器支持您想要控制的设备所需的电源，您就可以开始了。

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