Yksinkertaisen verkkopalvelimen rakentaminen M5Stack ATOM S3:lla ja ATOMIC PoE W5500:lla

Laitteistovaatimukset:

• M5Stack ATOM S3
• M5Stack Ethernet -moduuli (tai yhteensopiva)
• USB Type-C -kaapeli ohjelmointiin
• Ethernet-kaapeli verkkoyhteyttä varten

M5Stack ATOMIC PoE Base W5500

Näytä tuote

M5Stack ATOMS3

Näytä tuote

Ohjelmistovaatimukset:

• Arduino IDE (ESP32-lautatuki mukana)
• M5Stack-kirjasto ATOM S3:lle

#include "M5AtomS3.h"
#include 
#include 

#define SCK   5
#define MISO 7
#define MOSI 8
#define CS    6

byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0x99}; // MAC-osoite (usein DHCP:n ylikirjoittama)
IPAddress ip(192, 168, 1, 177); // Staattinen IP-osoite (ei käytössä tässä DHCP-esimerkissä)

EthernetServer server(80); // Luo palvelinobjekti porttiin 80 (HTTP)

void setup() {
    auto cfg = M5.config();
    AtomS3.begin(cfg);

    AtomS3.Display.setTextColor(GREEN);
    AtomS3.Display.setTextDatum(middle_center);
    AtomS3.Display.setFont(&fonts::Orbitron_Light_24);
    AtomS3.Display.setTextSize(1);

    SPI.begin(SCK, MISO, MOSI, -1); // Alusta SPI-yhteys Ethernetille
    Ethernet.init(CS); // Alusta Ethernet-piiri CS-nastalla

    AtomS3.Display.drawString("Alustetaan...", AtomS3.Display.width() / 2, 60);

    while (Ethernet.begin(mac) != 1) { // Yritä saada IP-osoite DHCP:n kautta
        Serial.println("Virhe IP-osoitteen hakemisessa DHCP:n kautta, yritetään uudelleen...");
        delay(1000);
    }

    // Check for Ethernet hardware present
    if (Ethernet.hardwareStatus() == EthernetNoHardware) {
        Serial.println("Ethernet-laajennuslevyä ei löytynyt. Valitettavasti ei voi toimia ilman laitteistoa. :(");
        while (true) {
            delay(1); // älä tee mitään, ei ole järkeä ajaa ilman Ethernet-laitteistoa
        }
    }
    if (Ethernet.linkStatus() == LinkOFF) {
        Serial.println("Ethernet-kaapeli ei ole kytketty.");
    }


    server.begin(); // Käynnistä palvelin
    Serial.print("palvelin on osoitteessa ");
    Serial.println(Ethernet.localIP()); // Tulosta määritetty IP-osoite
    AtomS3.Display.setTextSize(0.5);
    AtomS3.Display.clear();
    AtomS3.Display.drawString(Ethernet.localIP().toString().c_str(), AtomS3.Display.width() / 2, 60); // Näytä IP näytöllä
}


void loop() {
    EthernetClient client = server.available(); // Tarkista uusi asiakasyhteys
    if (client) { // Jos asiakas on yhteydessä
        Serial.println("uusi asiakas");
        boolean currentLineIsBlank = true;
        kun (client.connected()) { // Kun asiakas on vielä yhteydessä
            if (client.available()) { // Jos asiakkaalta on saapunut dataa
                char c = client.read(); // Lue merkki asiakkaalta
                Serial.write(c); // Tulosta merkki sarjamonitoriin

                if (c == '\n' && currentLineIsBlank) { // Tarkista HTTP-pyynnön loppu
                    // Send HTTP response
                    client.println("HTTP/1.1 200 OK");
                    client.println("Sisältötyyppi: text/html");
                    client.println("Yhteys: sulje");
                    client.println("Päivitä: 5"); // Päivitä sivu 5 sekunnin välein
                    client.println(); // Tyhjä rivi otsikon lopun merkiksi
                    client.println("");
                    client.println("");
                    client.print("Hei M5Stack LAN -moduuli!");
                    client.println("");
                    break; // Poistu sisemmästä while-silmukasta (pyyntö käsitelty)
                }
                if (c == '\n') {
                    currentLineIsBlank = true;
                } else if (c != '\r') {
                    currentLineIsBlank = false;
                }
            }
        }
        delay(1);
        client.stop(); // Sulje asiakasyhteys
        Serial.println("client disconnected");
    }
}

Yksityiskohtainen selitys:

1. Kirjastot: Koodi alkaa tarvittavien kirjastojen sisällyttämisellä: M5AtomS3.h ATOM S3:lle, SPI.h SPI-yhteydelle (käytetään Ethernet-moduulissa) ja M5_Ethernet.h Ethernet-toiminnallisuudelle.

2. Määritelmät: #define-lauseet määrittelevät Ethernet-moduulin käyttämät SPI-nastat. Nämä ovat olennaisia oikealle tiedonsiirrolle.

3. MAC-osoite: byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0x99}; määrittelee MAC-osoitteen. Vaikka se on mukana, DHCP-palvelin usein korvaa sen, kun laite yhdistyy verkkoon.

4. IP-osoite: IPAddress ip(192, 168, 1, 177); määrittelee staattisen IP-osoitteen. Tässä esimerkissä kuitenkin käytetään DHCP:tä, joten tätä staattista IP-osoitetta ei oikeasti anneta laitteelle. Se on paikkamerkki.

5. Ethernet-palvelin: EthernetServer server(80); luo EthernetServer-luokan instanssin, joka kuuntelee saapuvia yhteyksiä portissa 80 (standardi HTTP-portti).
6. set up() -funktio:

• auto cfg = M5.config(); AtomS3.begin(cfg);: Alustaa M5 ATOM S3 -laitteiston.
• Seuraavat rivit konfiguroivat näytön tekstin näyttämistä varten: asetetaan väri, tasaus, fontti ja koko.
• SPI.begin(SCK, MISO, MOSI, -1); alustaa SPI-yhteyden määriteltyjen nastojen avulla. -1 tarkoittaa, että SPI-kirjasto ei hallinnoi mitään tiettyä chip select -nastaa.
• Ethernet.init(CS); alustaa Ethernet-sirun käyttämällä määriteltyä chip select (CS) -nastaa.
• AtomS3.Display.drawString("Init...", AtomS3.Display.width() / 2, 60); näyttää "Init..." ATOM S3:n näytöllä osoittaakseen, että alustaminen on käynnissä.
• while (Ethernet.begin(mac) != 1) -silmukka yrittää saada IP-osoitteen DHCP:n kautta. Se yrittää uudelleen joka sekunti, kunnes kelvollinen IP saadaan. Tässä ATOM S3 saa verkkotunnuksensa.
• Koodi tarkistaa sitten, onko Ethernet-laitteisto paikalla ja onko linkki (kaapeliyhteys) muodostettu. Jos ei, ohjelma pysähtyy. Tämä on tärkeää luotettavan toiminnan kannalta.
• server.begin(); käynnistää Ethernet-palvelimen, jolloin se on valmis vastaanottamaan saapuvia yhteyksiä.
• Määritetty IP-osoite (saatu DHCP:n kautta) tulostetaan Serial Monitoriin ja näytetään ATOM S3:n näytöllä.

• HTTP/1.1 200 OK: Vakio HTTP-vastaus, joka ilmaisee onnistumisen. * Content-Type: text/html: Määrittää, että vastausrungon sisältö on HTML:ää. * Connection: close: Ilmoittaa asiakkaalle, että yhteys suljetaan vastauksen lähettämisen jälkeen. Tämä on yksinkertainen lähestymistapa; pysyviä yhteyksiä voitaisiin käyttää tehokkaampaan viestintään. * Refresh: 5: Tämä otsake ohjaa selainta päivittämään sivun 5 sekunnin välein. Tämä luo dynaamisen efektin. * Tyhjä rivi (client.println();) on ratkaisevan tärkeä; se erottaa HTTP-otsikot varsinaisesta sisällöstä. * HTML-sisältö lähetetään sitten:

  Hello M5Stack LAN Module!

  . Tämä on yksinkertainen HTML, joka näytetään selaimessa. * break; poistuu sisemmästä while (client.connected())-silmukasta, koska vastaus on lähetetty. * Koodi käsittelee sitten logiikan HTTP-pyynnön lopun havaitsemiseksi. if (c == '\n') tarkistaa rivinvaihtomerkin, joka ilmaisee uuden rivin alun pyynnössä. currentLineIsBlank asetetaan true, kun rivinvaihto havaitaan. else if (c != '\r') tarkistaa, ettei merkki ole rivinvaihtokaraktääri (carriage return). Jos se ei ole, se tarkoittaa, että nykyisellä rivillä on dataa, joten currentLineIsBlank asetetaan false. Tämä logiikka havaitsee tehokkaasti tyhjän rivin, joka merkitsee HTTP-otsikoiden loppua. * delay(1); antaa pienen viiveen, jolloin selain ehtii käsitellä vastaanotetut tiedot. * client.stop(); sulkee yhteyden asiakkaaseen. * Serial.println("client disconnected"); tulostaa viestin Sarjamonitoriin, joka ilmoittaa asiakkaan katkaisseen yhteyden.

Parannukset ja Jatkuva Kehitys:

• Dynaaminen Sisältö: Nykyinen HTML on staattista. Voit luoda dynaamista sisältöä käyttämällä muuttujia ja logiikkaa Arduino-koodissasi. Esimerkiksi voit näyttää anturilukemia, ohjata toimilaitteita tai näyttää nykyisen ajan.
• Eri Pyyntöjen Käsittely: Koodi vastaa tällä hetkellä kaikkiin pyyntöihin samalla HTML-sisällöllä. Voit toteuttaa logiikkaa eri HTTP-menetelmien (GET, POST jne.) ja eri URL-osoitteiden käsittelemiseksi, jolloin voit luoda monimutkaisemman verkkokäyttöliittymän.
• HTML Lomakkeet ja Käyttäjän Syöte: Lisää HTML-lomakkeita verkkosivullesi, jotta käyttäjät voivat syöttää tietoja. Voit sitten käsitellä näitä tietoja ATOM S3:ssa ja käyttää niitä laitteidesi ohjaukseen.
• WebSockets: Reaaliaikaiseen viestintään harkitse WebSocketsin käyttöä HTTP:n sijaan. WebSockets mahdollistavat kaksisuuntaisen viestinnän asiakkaan ja palvelimen välillä, mikä on olennaista interaktiivisissa sovelluksissa.
• Tietoturva: Tuotantoympäristöissä tietoturva on ratkaisevan tärkeää. Toteuta todennus- ja valtuutusmekanismit suojataksesi laitteesi ja tietosi.
• Tiedostojärjestelmän integrointi: Tallenna HTML-, CSS- ja JavaScript-tiedostot SD-kortille tai flash-muistiin ja tarjoa ne ATOM S3:sta. Tämä mahdollistaa kehittyneempien web-käyttöliittymien luomisen.
• AJAX ja JavaScript: Käytä AJAX:ia (Asynchronous JavaScript and XML) päivittääksesi verkkosivun osia dynaamisesti ilman, että koko sivua tarvitsee ladata uudelleen. Tämä parantaa käyttökokemusta.
• mDNS (Monilähete DNS): Käytä mDNS:ää antaaksesi ATOM S3:lle ihmisen luettavissa olevan nimen paikallisverkossa, mikä helpottaa sen käyttämistä.
• Virheenkäsittely: Toteuta vankka virheenkäsittely hallitaksesi sujuvasti tilanteita, kuten verkkoyhteyksien katkeamisia tai virheellisiä käyttäjän syötteitä.
• OTA (Over-The-Air) -päivitykset: Toteuta OTA-päivitykset, jotta voit päivittää ATOM S3:n laiteohjelmiston etänä.

Vianmääritys:

• Ei IP-osoitetta: Tarkista verkkoyhteytesi, varmista, että DHCP on käytössä reitittimessäsi, ja varmista, että Ethernet-moduuli on kunnolla kytketty ATOM S3:een.
• Yhteyttä ei voi muodostaa: Tarkista ATOM S3:n IP-osoite, varmista, että se on samassa verkossa tietokoneesi kanssa, ja varmista, ettei palomuureja ole estämässä yhteyttä.
• Serial Monitorin ongelmat: Varmista, että Serial Monitorin baudinopeus vastaa koodissasi käytettyä baudinopeutta (yleensä 115200).