Conrad 10215 Operation Manual [de]

Internet of Things

10215-5 HB_Titelei_Layout 1 19.04.16 09:42 Seite 1

Pro

Lernpaket

Internet of Things

Verbinden Sie die reale Welt mit der digitalen Welt

D

10215-5 HB_Titelei_Layout 1 19.04.16 09:42 Seite 2

INHALT

Bevor es losgeht

.....................................................................................................................

4

.

5

Bauteile im Lernpaket

.

9

0

hle

0

.

17

23

..............................................................

32

....................................................................................

342.4 Netzwerkschalter

.....................................................................................................

36

2.5 Analoger Sensor

.......................................................................................................

39

3 TCP-Client

..............................................................................................................................

4

3.1 Ein Browser

...............................................................................................................

4

3.2 Eine Internetuhr

.......................................................................................................

6

.................................................................................................

9

4 TCP-Server

.............................................................................................................................

2

4.1 TCP-Webserver

.........................................................................................................

2

.............................................................................................

..............................................................................................

6

....................................................................................

8

....................................................................................

...............................................................................................................

.............................................................................................................

.......................................

............................................................................................................................

8

...............................................................................................................

8

.........................................................................................................

...............................................................................................

ack

....................................................................................................................

................................................................................................................

euermelde

.......................................................

...................................................................................................................................

dos

....................................................................................................................

....................................................................................................................................

Das IoT-WiFi-Board (NanoESP) ............................................................................................

...........................................................................................................

1 Das Modul kennenlernen ..................................................................................................... 1

1.1 Grundlegende AT-Befe

1.2 Automatische Konfi guration .................................................................................

1.3 Erkennung eines Netzwerks ..................................................................................

2 UDP und IP ............................................................................................................................. 26

2.1 Daten zwischen Board und PC mit UDP austauschen ......................................28

2.2 Daten senden und empfangen mit UDP

2.3 Eine LED mit UDP schalten

3.3 Temperaturanzeige

4.2 Autonomer Webserver

4.3 Webseite mit Buttons

4.4 Einschub: HTML-Crashkurs

4.5 RGB-LED über TCP steuern

....................................................................................... 1

4
4

5
5
54
5
5

4
4

4.7 GPIO-Control

4.8 Einschub: Vom Internet aus auf das Board zugreifen

ThingSpeak

.1 ThingSpeak
.2 Twitch-Anzeige
.3 Twitter-Alarmanlage

4 TalkB

.5 Cheerlights

Twitter-F

A Anhang

AT-Komman
Pinout

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 310215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 3 19.04.2016 12:17:1219.04.2016 12:17:12

r mit TalkBack-Funktion

7
7

2
4

1

4

BEVOR ES LOSGEHT

Beim ersten Anschließen des IoT-WiFi-Boards (im Folgenden auch
NanoESP genannt) kann es vorkommen, dass der Computer den erforder­lichen Treiber für den USB-to-Serial-Wandler nicht automatisch fi ndet. Ist
dies der Fall, sollten Sie den Treiber von der Seite www.iot.fkainka.de/driver
herunterladen und manuell installieren. In der Arduino-Software können
Sie dann den Port und als Board Arduino Nano (Prozessor: Atmega328)
auswählen. Danach sollte der Controller voll einsatzbereit sein.

Für die Arbeit mit dem seriellen Monitor müssen Sie ebenfalls Einstel­lungen vornehmen. Als Baudrate wird hier 19200Baud verwendet. Zum
Senden von Befehlen müssen Sie außerdem die Option CRundNL neben
dem Menü für die Baudrate auswählen.

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Die richtigen Einstellungen in der Arduino-Umgebung

Ich habe mit den Arduino-IDE-Versionen 1.6.5 und 1.6.6 gearbeitet. Ältere

ese

odu

.buch.cd

usa

.

Versionen können Probleme verursachen. Die aktuelle Arduino-IDE-Ver­sion fi nden Sie auf der Internetseite www.arduino.cc.

Bei allen Schwierigkeiten oder Problemen mit dem Board oder dem Lern­paket können Sie jederzeit auf der Interseite www.iot.fkainka.de Hilfe fi n-
den. Auf dieser Seite fi nden Sie außerdem ein Forum, neue Nutzerprojek­te und auch alle hier vorgestellten Programme in der neuesten Version.

In dem Lernpaket befi ndet sich ein Steckboard, auf dem Sie den
NanoESP, wie auf dem Bild unten gezeigt, stecken können. Dadurch
bleibt der meiste Platz für Experimente, während das WLAN-Modul hin­ten über das Steckboard hinausragt. Das Micro-USB-Kabel kann dann,
wie auf dem Bild im folgenden Abschnitt gezeigt, eingesteckt werden
und stört nur minimal. Detailliertere Aufbaubilder fi nden Sie im jeweili­gen Kapitel.

Das IoT-WiFi-Board (NanoESP)

Das Hauptelement dieses Lernpakets ist das IoT-WiFi-Board (NanoESP).
Wie man an der Platine recht gut erkennen kann, besteht das Board aus
zwei Komponenten. Bei der linken Hälfte handelt es sich um ein Ardui­no-kompatibles Mikrocontrollersystem, das mit dem Arduino Nano ver­gleichbar ist. Der rechte Teil ist das WLAN-Modul mit der Bezeichnung
ESP8266.

5

Zu di

m Pr

kt finden Sie unter

ww

Z

tzmaterial
zum Download. Tragen Sie für dieses Produkt im Eingabefeld den
Code 10215-5 ein

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 510215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 5 19.04.2016 12:17:1719.04.2016 12:17:17

6 | Bevor es losgeht

.

g

g

Diese beiden Komponenten kommunizieren über eine per Software gene-

ierte serielle Schnittstelle miteinander

Der NanoESP auf
dem Steckboard

Das Pinlayout des Boards

uf dem Board gibt es viele verschiedene Elemente, wie z.B. die Pins, von

denen eini

e eine besondere Funktion haben, oder auch die LEDs, deren

Funktionen nicht immer auf den ersten Blick ersichtlich sind. Damit Sie

icht den Überblick verlieren, sind im folgenden Bild die wichtigsten

Funktionen und Bezeichnun

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 610215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 6 19.04.2016 12:17:1719.04.2016 12:17:17

en der einzelnen Elemente aufgeführt.

| Das IoT-WiFi-Board (NanoESP) 7

-

-

c

.

.

Die wichtigsten Pins

Das WLAN-Modul wird über sogenannte AT-Kommandos gesteuert. Dazu
ist der Arduino-Teil des Boards über die Pins 11 und 12 mit dem WLAN-Mo

und Bezeichnungen
des Boards

dul verbunden. Eine kleine Schaltung wandelt die 5-V-Pegel in kompatib
le 3,3-V-Pegel um. Die Pins 11 und 12 sollten Sie also in eigenen Projekten

ht benutzen

ni

Weitere wichtige Hardwareeigenschaften des Boards fi nden Sie in der

nteren Tabelle kurz aufgelistet

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 710215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 7 19.04.2016 12:17:1719.04.2016 12:17:17

8 | Bevor es losgeht

-

)

B

B

)

davo

6

g

g

V

V

A

A

t

/g/n

P

22

k

s

U

ommu

über U

Technische Daten

Mikrocontroller: ATmega328
Flash-Speicher: 32 kB (davon 0,5 kB für den Bootloa

SRAM: 2 k
EEPROM: 1 k

aktrate: 16 MHz

I/O-Pins: 20 (davon 2 für die Kommunikation




USB-to-Serial-Chip: CH340G

der

it dem WLAN-Modul

n PWM:

davon analo

e Eingänge: 6

Betriebsspannun

: 5

Empfohlene Eingangsspannung: 7 – 12

Maximaler Strom pro I/O-Pin: 40 m

Belastbarkeit des 3,3-V-Ausgangs: 50 m

WLAN-Modul: ESP8266
SPI-Flash 4 Mbi
Betriebsspannung: 3,3 V
WLAN-Standards: 802.11 b
WLAN-Modi: Wi-Fi Direct (P2P), Soft-A
Firmware: AT-Firmware Version 0.
Sonstiges: Integrierter TCP/IP-Stac
+19,5 dBm Ausgangsleistung im

02.11b-Modu
Integrierte Low-Power-32-bit-CP
K

nikation

ART

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 810215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 8 19.04.2016 12:17:1819.04.2016 12:17:18

| Das IoT-WiFi-Board (NanoESP) 9

-

e.

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

m

BAUTEILE IM
LERNPAKET

Nachfolgend fi nden Sie eine Übersicht über die im Lernpaket enthalte
nen Bauteil

1 IoT-WiFi-Board

1 Steckplatine

1m Schaltdraht

2 Taster

1 9-V-Clip

1 LED

1 RGB-LED

1 Widerstand 10 kOhm (Braun-Schwarz-Orange)

1 Widerstand 1 kOhm

1 Fototransistor

1 NTC 10 kOh

1 Piezo-Lautsprecher

1 Potenziometer 10 kOhm mit rotem Drehknopf

rot

NanoESP

4 Anschlussbeine

Braun-Schwarz-Rot

2 Anschlussbeine

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 910215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 9 19.04.2016 12:17:1819.04.2016 12:17:18

10

DAS MODUL

1

Programm­datei:

P01_
SoftwareSerial.ino

KENNENLERNEN

In diesem ersten Kapitel geht es um die grundsätzlichen Funktionen des
WLAN-Moduls. Das Modul wird über sogenannte AT-Kommandos gesteu­ert. Alle hier verwendeten Beispielprogramme sowie Hilfe und weitere In­formationen fi nden Sie übrigens unter www.iot.fkainka.de

Am einfachsten ist es, Sie laden sich das komplette Zip-Verzeichnis her­unter und kopieren den entpackten Ordner komplett in Ihren Sketchord­ner. Dann können Sie aus der Arduino-Oberfl äche heraus alle Program­me nacheinander komfortabel öffnen.

1.1 | Grundlegende AT-Befehle

Einen ersten Eindruck von der Verwendung der AT-Befehle bekommt
man am besten, indem man sie einfach ausprobiert. Deswegen werden
Sie in diesem Abschnitt einige der grundlegenden Befehle des Moduls
kennenlernen.

Öffnen Sie hierfür das Programm P01_SoftwareSerial in der Arduino-IDE.
Es handelt sich um ein sehr simples Programm, das nichts weiter tut, als
alle Daten, die über die serielle Hardwareschnittstelle des Mikrocontrol­lers empfangen werden, über die selbst defi nierte Softwareschnittstel­le an den ESP-Controller durchzureichen. Das Ganze funktioniert auch
in umgekehrter Richtung. Wie man im Quelltext sehen kann, sind die
beiden Anschlüsse der Softwareschnittstelle die Pins 11 und 12. Diese
sollten in eigenen Projekten nicht als GPIO-Pins verwendet werden. Sie
benötigen außerdem die SoftwareSerial-Library, die bei den meisten Ar­duino-Versionen schon vorinstalliert ist – falls nicht, sollten Sie die Li­brary über den Manager herunterladen.

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 1010215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 10 19.04.2016 12:17:1819.04.2016 12:17:18

Nachdem das Programm hochgeladen wurde, können Sie den seriellen
Monitor der Arduino-Oberfl äche starten. Bevor es losgehen kann, müs­sen Sie noch zwei wichtige Einstellungen am Serial Monitor vornehmen,
nämlich unten rechts in der Ecke die Baudrate auf 19200 stellen und in
der Box links daneben die Einstellung CR und NL vornehmen.

Jetzt können Sie schon eine Meldung sehen, nämlich AT und ein paar

R

ST

Zeilen darunter OK. Das Kommando AT wurde vom Mikrocontroller an das
ESP-Modul gesendet und das Modul hat mit OK geantwortet. Hieran kön­nen Sie erkennen, dass das WLAN-Modul funktioniert und einsatzbereit
ist.

11

Terminal-Einstel­lungen: CR und NL
und eine Baudrate
von 19200

1.1.1 | Basis-Befehle

Einige grundlegende Befehle des Moduls können Sie nun testen, indem
Sie einfach das Kommando eintippen und mit

[Enter] an das Modul sen-

den. Die Großschreibung des Befehls ist dabei von Bedeutung. Sie kön­nen Ihren ersten eigenen Befehl übermitteln, indem Sie

AT

in den seriellen Monitor eintippen und [Enter] drücken. Das hochgela­dene Programm reicht den Befehl an das ESP-Modul durch, das wieder­um mit AT und danach OK antwortet. Der nächste Befehl, den Sie testen
können, lautet:

AT+GM

Mit diesem Befehl werden die aktuelle Firmware und die Versionsnum­mer ausgegeben.

Mit dem Befehl

AT+R

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 1110215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 11 19.04.2016 12:17:1819.04.2016 12:17:18

12 1 | Das Modul kennenlernen

das Modu

,

:

0

g

AT

senden,

AT

und dann

,

.

1

nnen Sie

unächst ein paar unleserliche Zeichen und am Ende

ass das Modul nun bereit ist. Ein weiterer Befehl lautet

TE

Mit ihm ist es möglich, das sogenannte Echo des Moduls zu deaktivieren.
Das bedeutet, dass Sie das

ekommen, sondern nur die Antwort. Wenn Sie beispielsweise

mmt nicht erst

Gehversuche ist es aber ratsam

TE1

wieder zu aktivieren

l zurücksetzen. Sie sehen dann im Terminal

eady als Zeichen

esendete Kommando nicht zurückgesendet

K

sondern nur

das Echo mit

K zurück. Für Ihre ersten

Erste Versuche mit
den AT-Befehlen

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 1210215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 12 19.04.2016 12:17:1819.04.2016 12:17:18

1.1 | Grundlegende AT-Befehle 13

-

g

-

?

?

E

handelt es sich übrigens um den

-

.

)

g

g

P

g

,

g

g

g

P

g

g

g

1.1.2 | WLAN-Befehle

it den folgenden WLAN-Kommandos können Sie die WLAN-Eigenschaf
ten des Moduls verändern. Bei manchen Befehlen können Sie nicht nur
einen Zustand festle

en, sondern auch den aktuellen Zustand erfragen.

ies geschieht, indem Sie direkt hinter dem Befehl ein Fragezeichen ein

ügen, z.B.

AT+CWMODE

Als Rückgabewert kommt im Regelfall

+CWMODE=2

efolgt von OK. Wenn Sie

AT+CWMODE=

eintippen, antwortet das Modul Ihnen mit den möglichen Parametern des

efehls, hier nämlich 1-3. Bei CWMOD
efehl, mit dem Sie den WLAN-Modus festlegen können.

s gibt also drei Betriebsarten, die ich im Folgenden nacheinander erläu

ere

AT+CWMODE=2 – das Modul als Access Point (AP-Modus

m Auslieferzustand ist das Modul ein Access Point. Das bedeutet, dass
Sie mit einem WLAN-fähi
eine direkte Verbindun
Sie einfach das offene WLAN mit dem Namen NanoES
damit. Im Werkszustand ist kein Passwort ver
kein Problem darstellt. Wenn Sie mit dem Modul verbunden sind
Sie keine Verbindun
einer ei

enen Verbindung zum Telefonnetz. Dieser WLAN-Modus ist aber

dennoch sinnvoll, wenn Sie beispielsweise ein sicheres, ab

etzwerk benötigen. Apropos Sicherheit: Es gibt auch die Möglichkeit, dem
etzwerk ein Passwort zuzuteilen, und zwar über den Befehl:

AT+CWSA

s müssen hier noch Parameter angegeben werden, und zwar der Rei-

e nach und mit Komma getrennt:

henfol



der Name des Netzwerks in Anführun



das Passwort in Anführun

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 1310215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 13 19.04.2016 12:17:1919.04.2016 12:17:19

en Gerät, wie einem Smartphone oder einem PC,

mit dem Modul aufnehmen können. Dazu suchen

und verbinden sich

eben, sodass das Verbinden

haben

zum Internet, denn das Modul ist kein Router mit

eschlossenes

szeichen,

szeichen,

14 1 | Das Modul kennenlernen

(

g

g

3

als Bestätigung. Sollte ein

g

.

odu

.

1



die Channel ID



und der Verschlüsselun

Eine mö

Nach einer kurzen Zeit erscheint
erscheinen, prüfen Sie noch einmal Ihre Ein

ungszeichen. Sollte dennoch ein ERROR erscheinen, prüfen Sie, ob der

Wenn alles funktioniert hat, können Sie sich mit einem WLAN-fähigen

önnen Sie mit IP- und MAC-Adresse über den Befehl

anzeigen lassen

liche Einstellung wäre:

T+CWSAP="MyNanoESP","MyPassword",5,

WMODE wirklich

rät mit dem Board verbinden. Alle mit dem M

T+CWLIF

beliebiger Wert zwischen 1 und 13),

smodus (Wert von 0-4).

ERROR

aben, vor allem die Anfüh-

ist

l verbundenen Geräte

Das Modul im Sta­tionsmodus. Die IP
des verbundenen
Rechners ist mar­kiert.

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 1410215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 14 19.04.2016 12:17:1919.04.2016 12:17:19

1.1 | Grundlegende AT-Befehle 15

das Modu

odus

g

-

.

abe

g

g

g

g

g

:

"

zurückgeben. Sie können übrigens die vom Router vergebene IP des

SR

AT+CWMODE=1 –

l im Stationsm

it dem Befehl

AT+CWMODE=1

setzen Sie das Modul in den Stationsmodus. Dieser Modus ermöglicht es

hnen, eine Verbindung zu Ihrem WLAN-Router aufzubauen. Dadurch ist
das Modul auch mit dem Internet verbunden und hat viel mehr Mö

lich

keiten

Zuvor können Sie

AT+CWLAP

r mit dem Befehl

alle Netzwerke in Reichweite aufl isten lassen und somit überprüfen, ob

hr Netzwerk im Empfangsradius ist. Um eine Verbindung zu Ihrem Router
aufbauen zu können, benöti

AT+CWJAP

en Sie den Befehl

ieser hat, ähnlich wie der CWSAP-Befehl, wichtige Parameter, nämlich
den Namen des WLAN-Netzwerks (auch SSID
beides erneut in Anführun
Verbindun

saufbau zu einem zweiten Modul, das mit den im vorherigen

Abschnitt erläuterten Daten ein

AT+CWJAP="MyNanoESP","MyPassword

szeichen und durch ein Komma getrennt. Ein

estellt ist, sähe also so aus

enannt) und das Passwort,

er Verbindungsaufbau kann ein paar Sekunden dauern und sollte dann

oduls mit dem Befehl

AT+CIF

abrufen. Dies wird später wichtig sein, wenn Sie eine Verbindung zu dem
TCP-Server des Moduls herstellen wollen. Mit dem Befehl

AT+CWQAP

können Sie die Verbindung zu Ihrem Router auch wieder trennen.

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 1510215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 15 19.04.2016 12:17:1919.04.2016 12:17:19

16 1 | Das Modul kennenlernen

g

g

,

ebseite

a.de

-

.

1

Das Board baut
eine Verbindung
zu einem zweiten
NanoESP auf.

AT+CWMODE=3 – der duale Modus

Der dritte mö
Er ermö
Moduls sowohl im Stations- als auch im AP-Modus. Das bedeutet

en Geräte sowohl eine direkte WLAN-Verbindung mit dem Modul auf­auen oder das Modul über den Router als Zwischenstation erreichen. Ein
raktischer Modus, z.B. wenn man ein internes Netz mit mehreren Modu-

en plant und dennoch ein Modul als Server dienen soll, der die Daten ins

Netz liefert. Aber dazu später mehr.

Befehlsübersicht im Anhang und auf der Webseite

Alle wichtigen Befehle fi nden Sie übrigens auch im Anhang und auf

r bereits erwähnten W

e, wie das Einstellen der Baudrate, wurden bewusst nicht aufgelis

et, da Sie damit das Modul unbrauchbar machen könnten

liche Modus der WLAN-Einstellung ist der duale Modus.

licht, wie der Name bereits vermuten lässt, das Betreiben des

es kön-

www.iot.fkaink

Manche Befeh-

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 1610215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 16 19.04.2016 12:17:1919.04.2016 12:17:19

1.2 | Automatische Konfi guration 17

-

-

,

g

g

g

acheinande

das ES

odul und ste

-

g

g

G

g

g

g

3

-

geg

g

m

-

.

n

geg

s

.

>

;

1.2 | Automatische Konfi guration

ie grundlegenden Befehle konnten Sie bereits manuell testen. In die
sem Kapitel soll nun die Frage geklärt werden, wie diese Befehle auto
matisch über den Controller bedient werden können. Außerdem lernen
Sie einen weiteren Befehl kennen

mit dem Sie testen können, ob ein PC
im Netzwerk oder ein Server im Internet erreichbar ist. In diesem Beispiel
wird nämlich der Goo

P02_Goo

ein
n

lePing werden die Vorgänge, die Sie im ersten Beispiel manuell

etippt haben, nun größtenteils automatisiert. Der Controller schickt

r Befehle an

le-Server angepingt. In dem Beispielprogramm

P-M

llt so u. a. die Verbin

ung zum WLAN her. Die verschieden langen Timeout-Zeiten geben dem

odul genügend Zeit zum Antworten.

evor das Programm aber richtig funktionieren kann, müssen Sie Ihre
WLAN-Daten hinter #defi ne SSID
des Pro

ramm-Quellcodes eintragen. Das Modul benötigt nämlich Zugan

nd #defi ne PASSWORD

leich zu Beginn

zum Internet, um seinen letzten Befehl ausführen zu können. Mit dem Befehl

AT+PIN

können andere Geräte im Netzwerk angepingt werden. Pingen bedeutet,
dass man anfra
der Goo

le-Server mit AT+PING="www.google.de" angepingt. Wenn eine
Antwort zurückkommt, erscheint eine Erfol
und die mit D

t, ob ein Rechner grundsätzlich erreichbar ist. Hier wird

smeldung im Serial Monitor

beschriftete LED, die am Pin D13es Boards angeschlos
sen ist, wird aktiviert. Die erste Kommunikation mit dem Internet wäre
dann

lückt.

Programm­datei:

P02_GooglePing.ino

Das Pro

ram

Im Folgenden werden wir die Funktionen des Programms schrittweise ana
lysieren. Zu Beginn wird die Kommunikation mit dem Modul besprochen

Serielle Kommunikatio

Das Ganze funktioniert über die serielle Software-Schnittstelle, die mit

SoftwareSerial-Librarybereitgestellt wird. Beim Initialisieren müssen

außerdem die verwendeten Pins an

11 und 12

Pin

001include <SoftwareSerial.h
002oftwareSerial esp8266(11, 12)

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 1710215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 17 19.04.2016 12:17:1919.04.2016 12:17:19

eben werden, in diesem Fall die

Die Bezeichnung
für die Instanz der
Klasse Software­Serial heißt ab jetzt
esp8266, genau wie
das WLAN-Modul.

18 1 | Das Modul kennenlernen

g

oder

.

g

g

g

aber auch eine

g

()

e:

-

)

;

)

{

;

se

{

;

;

g

AT

und den

-

O

e

()-

-tion ei

c

g

r

Genau wie bei der normalen seriellen Schnittstelle können dann Bytes

anze Zeilen mit den Befehlen

oder

ertragen werden. Besonders praktisch sind auch die Befehle esp8266

1

Überprüfung, ob in
der Antwort ERROR
enthalten ist

fi nd und

estimmte Zeichenketten überprüft werden kann. Dadurch ist es recht
einfach, die passende Antwort des Moduls abzufan
eine erwartete Zeichenkette nicht auftaucht, kann es eine
dauern, bis das Pro

sp8266.setTimeout

te Zeichenkette defi nieren werden, bei der die Suchfunktion ausstei

nd false als Rückgabewert liefert. Dies machen wir uns in der Funktion

sendCom

003 boolean sendCom(String command, char respond[]
004
005 esp8266.println(command)
006 if (esp8266.findUntil(respond, "ERROR")

008 return true
009 }

10 el

011

12 debug("ESP SEND ERROR: " + command)
013 return false
014 }
015 }

sp8266.fi ndUntil mit denen ein ankommender Stream auf

ramm weitergeht. Die Wartezeit (Timeout) wird durch

fi niert. Mit

zunutz

-------Controll ESP-------

ndUntil()nn

esp8266.println

en. Wenn allerdings

anze Weile

zwei-

t

Wenn Sie die Funktion aufrufen, müssen Sie also den Befehl und den
erwarteten Rück
erwarteten Rückgabewert
tragen und schließlich gewartet, bis der erwartete Rückgabewert oder ein

R

ERR

W

Ni

vorher bekannten Wert. Deswe
tion, die nur den Paramete

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 1810215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 18 19.04.2016 12:17:1919.04.2016 12:17:19

mpfangen wird. Ist die Erwartung erfüllt, gibt die Funktion den

rt

rueurück. Falls nicht, sendet das Modul über die

n ESP SEND ERROR

an leicht überprüfen kann, welcher Befehl die Probleme verursacht.

ht alle AT-Befehle haben einen eindeutigen oder einzeiligen Rückga-

ewert. Wird z.B. die IP-Adresse abgefragt, gibt es in der Regel keinen

abewert an die Funktion übergeben, z.B.

. Über println()ird das Kommando über

nd das gesendete Kommando zurück, sodass

en gibt es eine zweite

mmandenötigt und dann den gesamten

ebug

endCom()-Funk-

nk

1.2 | Automatische Konfi guration 19

eSeria

überlaufen.

)

2

;

();

5

suche

-

-

e

gesen-

)

2003

)

{

;

}

g

-

g

u-

.

1

-

{

)

{

empfangenen String zurückgibt. Der String sollte aber nicht zu lang sein,

nn der Buffer von

String sendCom(String command

00

esp8266.println(command)
return esp8266.readString

00

ftwar

l

nn

Fehler

Beim Entwickeln von Programmen kommt es oft zu Fehlern und Kom
plikationen. Damit man überhaupt eine Chance hat, gibt es zwei

ebug-Funktionen, die über einen Parameter ganz zu Beginn des Pro

ramms aktiviert oder deaktiviert werden.

#define DEBUG tru

Die erste Funktion bewirkt nichts weiter als eine vereinfachte Ausgabe
von Text über die als Standard defi nierte serielle Schnittstelle. Wenn die

onstante

EBUG wahr ist, wird der Inhalt der Zeichenkette

sg

det.

001void debug(String Msg
00

if (DEBUG

004

Serial.println(Msg)

006

Die zweite Funktion ist ebenfalls schnell erklärt. Wird die Funktion

serialDebu

aufgerufen, geht das Programm in eine Dauerschleife über
nd verhält sich von da ab wie das erste getestete SoftwareSerial-Pro
ramm. Das heißt, dass alle Daten, die über den seriellen Monitor an den

Controller

esendet werden, direkt an das Modul weitergereicht werden
nd andersherum. In einem Fehlerfall kann man also die Funktion aufr

fen und manuell Befehle senden, um zu testen, wo der Fehler ist

00

---Debug Functions--

002void serialDebug()

while (true

004

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 1910215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 19 19.04.2016 12:17:1919.04.2016 12:17:19

20 1 | Das Modul kennenlernen

)

;

())

;

g

oran die Fu

j

-

()

;

;

;

;

{

;

;

);

;

;

9

;

;

2

;

auf

ue

p

ebenfalls sofo

e

5 if (esp8266.available()
006 Serial.write(esp8266.read())
007 if (Serial.available

1

008 esp8266.write(Serial.read())

}

10}

Konfi guration

Um die Pro

ramme allgemein übersichtlicher zu gestalten, wurden die

eisten Einstellungen ebenfalls in eigene Funktionen ausgelagert, allen

v

nktion

spConfi g in der die wichtigsten Parameter für das

eweilige Programm gesetzt werden.

---Config ESP8266--

oolean espConfig

003
004 boolean success = true
005 esp8266.setTimeout(5000)
006 success &= sendCom("AT+RST", "ready")

esp8266.setTimeout(1000)

008
009 if (configStation(SSID, PASSWORD))

10 success &= true
011 debug("WLAN Connected")
012 debug("My IP is:"
013 debug(sendCom("AT+CIFSR"))
014 }
015 else

16 {

17 success &= false
018 }

1

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

021 success &= sendCom("AT+CIPMUX=0", "OK")
02
023 return success
024 }

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 2010215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 20 19.04.2016 12:17:1919.04.2016 12:17:19

Zu Beginn der Funktion wird zunächst die Variable

tr

esetzt, denn diese Variable wird nun mit verschiedenen Funktionen

Und-verknü

rt false zurückliefert, wird

ft. Das bedeutet, wenn auch nur eine der Funktionen den

rt false und di

1.2 | Automatische Konfi guration 21

g

g

-

g

g

8266.

g

.

ame

,

-

g

g-

-

g

-

ccess

-

)

;

;

;

;

;

;

E

und schließlich das Verbinden mit dem Netzwerk

g

-

g

eine

esamte Konfi guration ist gescheitert. Der erste AT-Befehl, der so auf

überprüft wird, ist der

Erfol

ramms ausgeführt wird, um sicherzugehen, dass vorherige Versu

Pro

t-Befehl, der fast immer zu Beginn des

he nicht noch das Modul beanspruchen. Es kann allerdings bis zu fünf

Sekunden dauern, bis das Modul die Meldun

en wird kurz vor der

we

endCom()-Funktion der Timeout für

eady zurücksendet. Des-

sp

ndUtil hochgesetzt. Nach dem Reset wird der Timeout wieder auf den

Standardwert von einer Sekunde

estellt

Was danach folgt, ist der Aufruf einer selbst defi nierten Funktion mit dem

n confi gStation(), die im nächsten Abschnitt besprochen wird. Sie

N
dient dazu

n die Parameter

des Pro

das Modul mit Ihrem Heimnetzwerk zu verbinden. Dazu wer

ID und PASSWORD übergeben, die Sie zu Beginn

ramms eingetragen haben. War der Verbindungsaufbau erfol
reich, werden erst die Erfolgsmeldung und schließlich auch die aktuel
le IP des Moduls an den seriellen Monitor übertragen. Zum Schluss der
Funktion werden noch Parameter
hen werde. Zuletzt wird die Variable
lich den Wert

rue behalten hat.

esetzt, auf die ich erst später einge

u

zurückgegeben, die hoffent

boolean configStation(String vSSID, String vPASSWORT

boolean success = true

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

esp8266.setTimeout(20000)

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

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

007 esp8266.setTimeout(1000)
008 return success

Die Funktion confi gStation() wurde in der

spConfi g()-Funktion aufge-

rufen. Hier wird das Einstellen des WLAN-Modus auf Stationsmodus mit
dem Befehl CWMOD

r den

bis die Verbindun

WJAP

Befehl vorgenommen. Es kann recht lange dauern,

aufgebaut wird, weswegen der Timeout hier kurzzei
tig auf 20 Sekunden angehoben wird. Sollten Sie übrigens den dualen
WLAN-Modus bevorzu

en, können Sie hier für

eintragen.

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 2110215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 21 19.04.2016 12:17:1919.04.2016 12:17:19

22 1 | Das Modul kennenlernen

)

2

;

;

,

;

7

;

g

g

g()

g

.

)

:

);

t

;

7

;

;

0

)

{

);

;

{

;

}

0021

r

boolean configAP(

00
003 boolean success = true

1

004

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

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

"OK"))

00
008 return success
009}

Die Funktion confi gAP() wird in diesem Beispiel nicht aufgerufen, soll
aber dennoch kurz behandelt werden. Sie stellt sozusa

tück zu der

als Access Point ein

onfi gStation()-Funktion dar, denn hier wird das Modul

estellt. Ein langer Timeout ist hier nicht nötig, da
das Modul den CWSAP-Befehl deutlich schneller verarbeiten kann.
In späteren Versuchen wird dann in der espConfi

confi

Station() die

void setup(

onfi gAP()-Funktion aufgerufen

en das Gegen-

-Funktion statt

003 // Open serial communications and wait for port to

open

Serial.begin(19200

005 // set the data rate for the SoftwareSerial por
006 esp8266.begin(19200)
00
008 if (!espConfig()) serialDebug()

else debug("Config OK")

1
011 if (sendCom("AT+PING=\"www.google.de\"", "OK")
012
013 Serial.println("Ping OK"
014 digitalWrite(13, HIGH)

15 }

16 else

17
018 Serial.println("Ping Error")

19

2

22void loop() // run over and ove

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 2210215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 22 19.04.2016 12:17:1919.04.2016 12:17:19

1.3 | Erkennung eines Netzwerks 23

tor

;

-

()

g

st da

g

,

g

g

-

g

-

g

g

g

g

-

-

ingen.

-

g

g

.

ufbau können Sie de

baubilde

.

e

23{

024 //Start serial Debug Mode - Type Commandos over

rial Moni

025 serialDebug()

Die wichtigsten Funktionen, die Sie in fast jedem Programm fi nden wer
den, sind damit behandelt. In den bekannten Arduino-Funktionen

etup

und loop() werden diese Funktionen nun verwendet. Zunächst werden
allerdin
Er

s die beiden seriellen Schnittstellen mit 19200 Baud initialisiert.

nn wird die Funktion espConfi g() aufgerufen. Im Fehlerfall wird

fort dieserialDebug()-Funktion gestartet. War alles in Ordnung, wird
eine Erfol
an Pin 13
Konfi
wenn das Modul nicht an einem PC mit seriellem Monitor an

smeldung gesendet. In späteren Programmen wird die LED

die auf dem Board mit

3

arkiert ist, bei einer erfolgreichen

uration zusätzlich leuchten. Damit haben Sie auch ein Feedback,

eschlos
sen ist. In diesem Versuch wird die LED allerdings für die Rückmeldun
des Ping-Status benötigt. Die Abfrage erfolgt auch gleich in der nächs
ten Zeile nach der Konfi guration. Es wird das AT+PING-Kommando mit
der Goo
Adresse auch eine IP-Adresse in ihrem lokalen Netzwerk abfra
Erfol
Als letzte Aktion sprin

le-Adresse als Parameter gesendet. Sie könnten anstelle dieser

sfall erscheint eine Meldung und die besagte LED

t das Programm in die

oop-Funktion, die ihrer

wird aktiviert.

en. Im

seits die serialDebug()-Funktion aufruft. Sie können also nach dem Pro

ramm weitere Befehle testen und so beispielsweise weitere Adressen

anp

1.3 | Erkennung eines Netzwerks

In diesem Kapitel geht es unter anderem zum ersten Mal um einen klei
neren Hardwareaufbau. Ziel des Projekts ist eine Art Alarmanlage, die

iert, wenn ein bestimmtes Netzwerk in Reichweite kommt oder

rea

eschaltet wird

an

Es werden nur zwei Bauteile und etwas Draht verwendet. Den genauen
A

n Auf

Benötigte Bauteil

x Steckplatine, 1 x NanoESP, 1 x Piezo, Schaltdraht

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 2310215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 23 19.04.2016 12:17:2019.04.2016 12:17:20

rn entnehmen

24 1 | Das Modul kennenlernen

-

:

()

2

;

;

()

9

;

11012

;

)

;

;

);

1

Anschluss des Pie­zo-Lautsprechers

Programm­datei:

P03_SSIDalarm.ino

Der Quelltext zu diesem Projekt unterscheidet sich vom vorherigen Ver

uch hauptsächlich in folgenden Funktionen

001void findSSID
00

3 esp8266.println("AT+CWLAP")

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

5 else debug("SSID not found!")

006 }

008 void alarm
00
010 debug("alarm!")
0

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

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 2410215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 24 19.04.2016 12:17:2019.04.2016 12:17:20

1.3 | Erkennung eines Netzwerks 25

;

}

1

;

g

g

-

anoESP

eichweite. Sie können aber e

dSS

g

-

19 delay(500)
020
02
022 digitalWrite(LED_ALARM, LOW)

Die Funktion fi ndSSID() wird ca. alle 30 Sekunden in der

erufen und sucht dann nach allen Netzwerken in der Umgebung.

auf
Wenn das

esuchte Netzwerk gefunden wurde, wird die Funktion

oop-Routine

ausgelöst, die die LED D3einschaltet und einen Signalton am Piezo aus

ibt. In dem Beispielprogramm wird nach einem Netzwerk mit der SSID

N

in R
des Pro

esucht, also im Grunde nach anderen NanoESP-Netzwerken

infach bei #defi ne ToFin

ID zu Beginn

ramms eine andere SSID eintragen. Dadurch können Sie bei

spielsweise überprüfen, wie weit Ihr WLAN-Netzwerk reicht.

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 2510215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 25 19.04.2016 12:17:2019.04.2016 12:17:20

26

UDP UND IP

2

In diesem Kapitel geht es um den grundsätzlichen Datenaustausch zwi­schen zwei Systemen über ein WLAN-Netzwerk. Dabei werden wir uns
mit Themen wie IP, Ports und dem Protokoll UDP beschäftigen. Dazu
müssen diese grundlegenden Begriffe zunächst erläutert werden.

Was ist eine IP-Adresse?

Eine IP-Adresse funktioniert wie eine Postadresse. Über sie kann ein
Rechner im Netzwerk eindeutig identifi ziert und adressiert werden. Eine
IP-Adresse nach dem noch geläufi gen IPv4-Standard sieht zum Beispiel
folgendermaßen aus:

92.168.4.1

Es handelt sich um vier Zahlen oder genauer gesagt um vier Bytes. Das
heißt also, dass der Wert einer Zahl maximal 255 sein kann. Grundsätz­lich gibt es lokale IP-Adressen, also IPs, die z.B. an die Rechner und
Geräte in Ihrem Heimnetzwerk verteilt werden, und globale IPs.

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 2610215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 26 19.04.2016 12:17:2019.04.2016 12:17:20

Lokale IPs werden in der Regel von Ihrem Router verteilt. Sie fangen
meist mit 192.168 an. Die danach folgende Zahl ist von Router zu Router
unterschiedlich. Wenn der NanoESP als Access Point fungiert und sich
Rechner in sein Netzwerk einklinken, bekommen die PCs eine Adresse,
die mit 192.168.4. beginnt. Damit ist zugleich ein Subnetzwerk aufge­spannt. Fritz!Box-Router verteilen in der Regel lokale IP-Adressen nach
dem Schema 192.168.178.X. Sie können Ihre IP herausfi nden, indem Sie
beispielsweise in Windows in der Eingabeaufforderung (unter Start ->
Programme -> Zubehör -> Eingabeaufforderung) den Befehl ipconfi g ein-
geben. Es erscheint eine längere Liste, die auch den Punkt IPv4-Adresse
mit Ihrer lokalen IP im Netzwerk enthält.

Globale IPs werden in der Regel vom Internetprovider vergeben. Da­bei handelt es sich beispielsweise um die Adresse, über die Ihr Router
im weltweiten Netzwerk zu erreichen ist. Der Router spannt das lokale
Netzwerk auf und verteilt die Daten an die Clients. Eine Möglichkeit, Ihre
globale IP herauszufi nden, ist beispielsweise, die Internetseite http://
www.meine-aktuelle-ip.de/ aufzurufen. Auf der Seite werden zusätzlich

weitere von einem Webserver einsehbare Daten dargestellt. Sie sind also
nicht so anonym im Internet wie Sie eventuell glauben.

Was ist ein Port?

In Analogie zur Postadresse könnte ein Port so etwas wie die Haustür in
einem Mehrfamilienhaus sein. Ein Rechner mit einer eindeutigen IP kann
über verschiedene Ports verschiedene Dienste zur Verfügung stellen. Sie
können über die IP den Server erreichen, aber über den Port müssen Sie
auch den zu verwendenden Dienst wählen. Dies kann z.B. der Port 20
für die FTP-Datenübertragung sein oder der Port 23 für eine Telnet-Ver­bindung. Sie können den Port in der Regel frei wählen, allerdings gibt
es standardisierte Ports, die den Umgang mit Webanwendungen leichter
machen. Eine Liste der standardisierten Ports fi nden Sie unter

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

Was ist UDP?

UDP ist die Kurzform von User Datagram Protocol. Es handelt sich um
ein minimales, verbindungsloses Netzwerkprotokoll. Das heißt, im Grun­de ist es minimalistischer und einfacher als andere Internetprotokolle,
wie z.B. TCP, mit dem wir uns später beschäftigen werden. Der Vergleich
ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht besonders einfach, aber Sie können
sich Folgendes über die Eigenschaften des Protokolls merken:

27



UDP ist broadcastfähig.



Es fi ndet keine Überprüfung der Daten auf Richtigkeit und auch keine

Fehlerkorrektur statt.



Es gibt also auch keine Garantie, dass Daten erfolgreich übermittelt

wurden.



Es gibt außerdem keine Garantie dafür, dass Daten nicht unterwegs

verfälscht oder durch Dritte abgehört werden.



Es muss nicht erst eine Verbindung aufgebaut werden, sondern es ist

ein schneller Datenaustausch möglich.



Es gibt kaum Übertragungsverzögerungsschwankungen.



Das Format eignet sich z.B. für VoIP (Voice over IP – also Telefonieren

über das Internet).

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 2710215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 27 19.04.2016 12:17:2019.04.2016 12:17:20

28 2 | UDP und IP

g

-

g

m

,

-

g

von Dan Nagle verwendet, das Sie unter dem

:

/

,

g

F

ccess Po

esse an.

Sie

der

Das sind erstmal die wichtigsten Grundlagen zu den Begriffen der fol-

enden Projekte. Man könnte das Thema noch um einiges tiefer behan­eln und an geeigneter Stelle werden noch weitere Informationen folgen.

2

Doch zunächst zum praktischen Teil.

2.1 | Daten zwischen Board und PC mit UDP
austauschen

In diesem ersten Projekt zum Thema UDP werden Daten zwischen Board

nd PC über das WLAN ausgetauscht. Voraussetzung dafür ist, dass Ihr
Rechner über einen WLAN-Adapter verfü
te sorgt für das erfolgreiche Empfangen der Nachrichten. Ein besonderer
Hardwareaufbau ist in diesem Versuch nicht nöti

t. Ein Programm auf der PC-Sei

.

Programm­datei:

P04_UDPBasics.ino

as Program

Wenn Sie das Programm
wird der Controller als Access Point konfi guriert und Sie können ein offe

es Netzwerk mit dem Namen NanoESP fi nden. Bevor Sie sich allerdings

it dem Netzwerk verbinden, sollten Sie zunächst ein Programm für den

PC aus dem Internet downloaden. Bei meinen Versuchen habe ich das

ramm

Pro
folgenden Link downloaden können

ttps://packetsender.com

Nach dem Laden und Installieren des Programms können Sie Ihren PC

it dem offenen Netzwerk des NanoESP verbinden. Achten Sie darauf

dass die Firewall das Netzwerk als Heimnetzwerk erkennt, damit keine

eblockt werden. Ihr Rechner sollte nun die IP 192.168.4.2 bekom-

Daten

en haben. Sie können dies überprüfen, indem Sie den AT-Befehl

T+CWLI

ber den seriellen Monitor an das Modul senden. Dieser Befehl zeigt alle

it dem A

Nun starten

rver Port

int verbundenen Rechner mit IP und MAC-Adr

ket Sen

nd klicken die Checkbox Enable UDP Server

4_UDPBasics.ino auf den Controller laden

stellen unter

ettings -> Network

UDP

n. In der

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 2810215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 28 19.04.2016 12:17:2019.04.2016 12:17:20

2.1 | Daten zwischen Board und PC mit UDP austauschen 29

:90

.

g

-

,

Regel sollte unten links dann

DP

tehen. Falls nicht, müssen Sie die

ftware einmal neu starten

Das Programm auf dem Rechner dient nun als UDP-Server, während der
Controller als UDP-Client ein

estellt ist. Im UDP-Protokoll ist die Unter

scheidung Client/Server nicht eindeutig, aber in diesem Fall bedeutet

dass Sie mit dem Controller Daten an Ihren Rechner schicken.

dies

Die richtigen Ein­stellungen im
Programm Packet
Sender

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 2910215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 29 19.04.2016 12:17:2019.04.2016 12:17:20

30 2 | UDP und IP

7

für die Anzahl der zu sendenden Zeichen. Es erscheint

-

]

geg

g

.

wechseln und dort unter

llo

2

e

Die Nachricht
wurde erfolgreich
übertragen.

Um Daten zu senden, verwenden Sie den Befehl:

T+CIPSEND=

Dabei steht die
das Zeichen > als Rückgabewert. Dies bedeutet, dass Sie nun Ihre Nach

icht übermitteln können. Tippen Sie Hello ein und bestätigen Sie wie­der mit
obwohl Sie nur fünf Zeichen ein

den, also zwei Zeichen mehr, die Sie in Ihre Nachrichtenlän

ieren müssen

Enter

ach Ihrer Eingabe noch

Als Rückgabewert sendet das Modul

eben haben. Das liegt daran, dass

arriage Return und

ew Line mitgesendet wer-

END OK

und das

e einkalku-

Wenn Sie wieder zum

chauen, können Sie den Eingang der Nachricht sehen. In der ASCII-An­icht sehen Sie sogar die beiden mitgesendeten Zeichen, repräsentiert

und

durch

10215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 3010215-5 Lernpaket Internet of Things_02.indd 30 19.04.2016 12:17:2019.04.2016 12:17:20

n

Traffi c Log