Conrad 10215 Operation Manual [nl]

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 controller 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 moment 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. Daardoor blijft de meeste plaats voor experimenten terwijl de WLAN-module achteraan boven het breadboard uitsteekt. De micro-USB-kabel kan dan worden aangesloten, 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 gegenereerde 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 afbeelding 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 verbonden. 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 bevinden.

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 programma'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 eigen 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 Arduinooppervlak 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 WLANmodule 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 aangewezen 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 namelijk 1-3. Bij CWMODE gaat het overigens om het bevel waarmee u de WLANmodule 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 gemaakt. 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 telefoonnet. Deze WLAN-modus is echter toch zinvol wanneer u bijvoorbeeld een veilig afgesloten netwerk nodig hebt. Met betrekking tot veiligheid: De mogelijkheid bestaat 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 gescheiden 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 verbinding 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 aanmaken, 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 gegevens is ingesteld, zou er dus als volgt uitzien:

AT+CWJAP="MyNanoESP","MyPassword"

De verbinding aanmaken kan een paar seconden duren en moet dan OK teruggeven. 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 TCPserver 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.

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 voorbeeldprogramma 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 verschillend 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 programmabroncodes 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 terugkomt, 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 SoftwareSerialLibrary beschikbaar wordt gesteld. Bij het initialiseren moeten bovendien de gebruikte 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 praktisch zijn ook de bevelen esp8266.find en esp8266.findUntil waarmee een inkomende 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 gedefinieerd waarbij de zoekfunctie uitstapt en false als returnwaarde levert. Dit gebruiken 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 returnwaarde aan de functie overgeven, bv. AT en de verwachte returnwaarde OK. Via println() 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 returnwaarde. 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 DEBUG 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 aangezien deze variabele nu met verschillende functies En-gekoppeld wordt. Dit betekent 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 seconden 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 module 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 kortstondig 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 onmiddellijk 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. Daarmee 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 hardwareopbouw. 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.

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 NanoESP-netwerken in uw bereik. U kunt echter gewoon bij #define ToFindSSID aan het begin van het programma een andere SSID invoeren. Daardoor kunt u bijvoorbeeld 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 UDPprotocol 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 IPadressen, 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 aanmeldt, 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 minimaal, verbindingsloos netwerkprotocol. Dat betekent in principe dat het minimalistischer en eenvoudiger is dan andere internetprotocollen, zoals bv. TCP wat we

later zullen behandelen. De vergelijking is op dit moment nog niet bijzonder eenvoudig, maar u kunt het volgende merken over de eigenschappen van het protocol:

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 volgende 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, aangezien 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 netwerk 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 Access 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 meegezonden 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 configUDP() beslissend. Daar worden de voor de overdracht belangrijke instellingen uitgevoerd. Als eerste wordt de datatransparantiemodus met CIPMODE op 0 gezet. Tenslotte wordt met CIPMUX=0 ingesteld dat er slechts een enkele verbinding is toegestaan. Het beslissende bevel is CIPSTART. Daarmee wordt een verbinding 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 stappen 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 communicatie 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. Wanneer 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 gemaakt 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

+ 63 hidden pages