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Ejemplos Ethernet Arduino

IMPORTANTE: Para los ejercicio con conexión Ethernet es imprescindible poner en la MAC del Arduino en los dos últimos dígitos el número del kit. En todos los sketchs hay que sustituir YY por el número de kit.

Para las prácticas la IP de los Arduinos se asignará dinámicamente por DHCP, en este caso ya nos asigna también el servidor DNS y por lo tanto podemos usar nombres de páginas web

Conexión a una Web con Arduino

Crear un cliente ethernet que se conecte varias webs y escriba por consola los datos recogidos. También guarde los datos recibidos en un string. Probar a conectar a varias páginas web y usa el servicio DNS poniendo la url en lugar de la IP.

Webs:

Tutorial: webclient con ejemplo de métodos get y post: http://playground.arduino.cc/Code/WebClient

Solución: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Arduino_2017/tree/master/Ejercicio35-EthernetClient_DHCP

Web Server

Crear un servidor web sencillo que saque por el puerto serie y también devuelva al navegador que le ha llamado la petición http recibida.

Luego añadir el valor leído en la entrada analógica A0.

Avanzado: Modificar el ejercicio anterior y leer solo la línea de la petición, esto es útil cuando hay que analizar el http request y que Arduino devuelva una cosa u otra en función de la petición que llegue. Quitar comentarios en el bucle que lee los caracteres recibidos y ver lo que ocurre. Fijarse que el tiempo de bucle en este caso es más rápido y esto tiene ventajas.

Tutorial webserver: http://playground.arduino.cc/Code/WebServerST

Solución: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Arduino_2017/tree/master/Ejercicio39-EthernetServer_DHCP

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Protocolo HTTP

Protocolo HTTP

Hypertext Transfer Protocol o HTTP (en español protocolo de transferencia de hipertexto) es el protocolo de comunicación que permite las transferencias de información en la WWW. Se trata de un protocolo de capa 7 de aplicación.

En arduino con la librería ethernet solo trabajamos con la capa de aplicación, todas las otras capas de la pila TCP/IP ya están implementadas por Hardware, ya sea con la ethernet shield o el módulo WiFi correspondiente. Aunque si queremos realizar algunas funciones de capas inferiores, podemos hacerlo con los comandos adecuados comunicándonos con el chip ethernet o wifi via SPI.

Veamos algunos protocolos de la capa de aplicación que serán los que tengamos que implementar en nuestro arduino directamente o usando la librería adecuada:

HTTP es un protocolo muy importante puesto que es el que se va a usar para comunicar Arduino con cualquier elemento de la WWW o de una intranet. En el IoT es uno de los protocolos más usados y sobre todo si queremos obtener o mandar datos a servidores o usar las APIs que nos ofrecen algunos servicios para obtención de información, por ejemplo, para obtener el tiempo meteorológico de la AEMET https://opendata.aemet.es/centrodedescargas/inicio y con esos datos que Arduino actúe de una forma u otra.

Hypertext Transfer Protocol o HTTP (en español protocolo de transferencia de hipertexto) es el protocolo usado en cada transacción de la World Wide Web. HTTP fue desarrollado por el World Wide Web Consortium y la Internet Engineering Task Force.

HTTP define la sintaxis y la semántica que utilizan los elementos de software de la arquitectura web (clientes, servidores, proxies) para comunicarse. Es un protocolo orientado a transacciones y sigue el esquema petición-respuesta entre un cliente y un servidor. Al cliente que efectúa la petición (un navegador web) se lo conoce como “user agent” (agente del usuario). A la información transmitida se la llama recurso y se la identifica mediante un localizador uniforme de recursos (URL).

HTTP es un protocolo sin estado, es decir, que no guarda ninguna información sobre conexiones anteriores. El desarrollo de aplicaciones web necesita frecuentemente mantener estado. Para esto se usan las cookies, que es información que un servidor puede almacenar en el sistema cliente. Esto le permite a las aplicaciones web instituir la noción de “sesión”, y también permite rastrear usuarios ya que las cookies pueden guardarse en el cliente por tiempo indeterminado.

Una transacción HTTP está formada por un encabezado seguido, opcionalmente, por una línea en blanco y algún dato. El encabezado especificará cosas como la acción requerida del servidor, o el tipo de dato retornado, o el código de estado. El uso de campos de encabezados enviados en las transacciones HTTP le dan gran flexibilidad al protocolo. Estos campos permiten que se envíe información descriptiva en la transacción, permitiendo así la autenticación, cifrado e identificación de usuario. Ejemplos de encabezados: HTTP_ACCEPT y HTTP_USER_AGENT.

Más información sobre HTTP:

Para intercambio de archivos por HTTP usamos MIME: http://es.wikipedia.org/wiki/Multipurpose_Internet_Mail_Extensions

Líneas de encabezado o headers, son muy importantes y dan información adicional de la conexión y el comportamiento puede cambiar en función de ellas:

Interesante HTTP quick guide: https://www.tutorialspoint.com/http/http_quick_guide.htm

Métodos de Petición HTTP

Lo más importante para comunicar arduino por HTTP con otros dispositivos, ya sean servidores, ordenadores, otros Arduinos, etc… es conocer los métodos GET y POST del protocolo HTTP. HTTP define 8 métodos que indica la acción que desea que se efectúe sobre el recurso identificado. Lo que este recurso representa, si los datos pre-existentes o datos que se generan de forma dinámica, depende de la aplicación del servidor. A menudo, el recurso corresponde a un archivo o la salida de un ejecutable que residen en el servidor.

GET

GET: Pide una representación del recurso especificado. Por seguridad no debería ser usado por aplicaciones que causen efectos ya que transmite información a través de la URI agregando parámetros a la URL. La petición puede ser simple, es decir en una línea o compuesta de la manera que muestra el ejemplo.

Ejemplo simple:

GET /images/logo.png HTTP/1.1 obtiene un recurso llamado logo.png

Ejemplo con parámetros:

GET /index.php?page=main&lang=es HTTP/1.1

POST

POST: Envía los datos para que sean procesados por el recurso identificado. Los datos se incluirán en el cuerpo de la petición. Esto puede resultar en la creación de un nuevo recurso o de las actualizaciones de los recursos existentes o ambas cosas.

Los otros métodos de HTTP:

Más información:

Entender los métodos get y post:

Un explicación muy buena de HTTP también se puede encontrar en:  http://www.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/webprogramming/HTTP_Basics.html

HTTP request

Un cliente HTTP debe formar una petición HTTP (request) al servidor de una forma determinada para que sea entendida por el servidor. Cuando Arduino trabaja como cliente hay que programar esta petición correctamente, sino el servidor nos mandará un mensaje de error.

Formación de un HTTP request, esta petición habrá que programar en Arduino:

Trama en HTTP, fijaros en el uso de cr (retorno de carro – carriage return – ASCII 13) y lf (line feed – nueva linea – ASCII 10): http://www1.ju.edu.jo/ecourse/abusufah/cpe532_Spr06/notes/BookOnLine/HTTP%20Request%20Message.htm

HTTP/1.1 se definió en el estándar RFC2616,que es la más usada actualmente. En junio de 2014 RFC2616 se retiró y HTTP/1.1 se redefinió en RFCs 7230, 7231, 7232, 7233, 7234, and 7235, HTTP/2 está en proceso de definición.

Y cuando usar GET o POST?: http://www.w3.org/2001/tag/doc/whenToUseGet.html#checklist

HTTP response

Después de recibir e interpretar el servidor un HTTP request, el servidor debe responder con un mensaje de respuesta:

Para cumplir con el protocolo HTTP, arduino debe implementar estas respuestas cuando lo uso como servidor web, como devolución a un request mandado por un cliente como puede ser un browser o navegador. De esta forma puedo implementar en Arduino una web embebida.

Por lo tanto Arduino podemos programarlo para comportarse como cliente, como servidor o como ambos.

Veamos esto gráficamente:

Ejercicio: Ver las tramas HTTP con las funciones de depuración del navegador y también con wireshark, un web sniffer on-line y algún plugin para el navegador.

Listado de web sniffers: http://scraping.pro/web-sniffers-review/

Servidor Web Embebido en Arduino

Para poder implementar un servidor web embebido en un Arduino e interactuar con él, se debe programar los mensajes http en Arduino para responder al navegador de forma adecuada.

La secuencia que se produce en una web embebida para encender y apagar un led es:

  • El navegador manda un http request GET a la IP de Arduino cuando pongo su IP en el navegador. p.e. http://192.168.1.15
  • Arduino recibe la petición que comienza por “GET / HTTP/1.1”
  • Arduino devuelve el http response con “HTTP/1.0 200K” y luego la web con el código html, haciendo print sobre el cliente ethernet y cierra la comunicación.
  • El navegador recibe el http respnse y muestra la web, en este caso un botón.
  • Al pulsar el botón en el navegador, el código HTML ya está configurado para mandar una petición POST.
  • Arduino recibe la petición que comienza por “POST / HTTP/1.1” y enciende o apaga el led según corresponda.
  • Luego Arduino muestra la web con el estado del led actualizado.

Ver este proceso con wireshark o con las herramienta de desarrollador del navegador pulsando F12.

Ver sketch en: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Arduino_2017/tree/master/Ejercicio40-Boton_Mejorado_DHCP

Diagrama de flujo:

Más información:

Programa botón para diferentes Arduino. Comparar:

Librerías HTTP

Libreria Webduino

Webduino es una librería muy popular que nos permite implementar un servidor web en nuestro Arduino.

La web del creador: https://code.google.com/p/webduino/

El reference de la librería: https://code.google.com/p/webduino/wiki/Documentation

Repositorio de la librería: https://github.com/sirleech/Webduino

Snippet Webduino en el playground: http://playground.arduino.cc/Main/WebduinoFileServer

Para Shields con Microchip ENC28J60 no es válida esta librería puesto que necesita SW adicional para implementar la pila TCP/IP.

Una presentación que explica como funciona: https://docs.google.com/presentation/d/1QUG4XJTK3jKtU-eYUfM1DvUdRaKBrp__LEwZQfz9s6E/edit#slide=id.i0

Hilo de soporte de la librería: http://forum.arduino.cc/index.php/topic,37851.0.html

Ejercicio 29-Webduino Entender cómo funciona la librería y ver el ejemplo webdemo

Luego hacer la aplicación web buzzer.

Streaming: http://arduiniana.org/libraries/streaming/

Class Templates: http://www.cprogramming.com/tutorial/templates.html

Solución en https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-Arduino/tree/master/Ejercicio29-Webduino

Otras Librerías

Otras librerías para implementar un servidor web en Arduino:

Y una librería para implementar un cliente HTTP:

Librería http client: https://github.com/amcewen/HttpClient

Arduino Web Server

Web Server

Crear un servidor web sencillo que saque por el puerto serie y también devuelva al navegador que le ha llamado la petición http recibida.

Luego añadir el valor leído en la entrada analógica A0.

Avanzado: Modificar el ejercicio anterior y leer solo la línea de la petición, esto es útil cuando hay que analizar el http request y que Arduino devuelva una cosa u otra en función de la petición que llegue. Quitar comentarios en el bucle que lee los caracteres recibidos y ver lo que ocurre. Fijarse que el tiempo de bucle en este caso es más rápido y esto tiene ventajas.

Tutorial webserver: http://playground.arduino.cc/Code/WebServerST

Solución: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Arduino_2017/tree/master/Ejercicio39-EthernetServer_DHCP

Otro ejemplo similar muy bien explicado: https://wngeek.wordpress.com/2013/07/24/185/

Al igual que hemos hecho un web server podríamos implementar un telnet server escuchando por el puerto 23. Ejemplos:

Web Embebida con Arduino. Botón enciende Led.

Crea una web embebida en Arduino con un botón que al pulsarlo desde el navegador encienda un led y al volver a pulsarlo apague un led.

Al recibir un get Arduino muestra una web para encender o apagar el led en función del estado del led.

Cuando pulso el botón de la web, el navegador manda un post con la instrucción de encender o apagar el led, Arduino la ejecuta y devuelve la web actualizada con el estado del Led.

Esquema de conexión:

Solución: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Arduino_2017/tree/master/Ejercicio40-Boton_Mejorado_DHCP

Código de la web mostrada:

 
<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <p>LED APAGADO</p>
  <form action="" method="post">
    <input type="submit" value="Enciende Led" />
  </form>
</body>
</html>

Esta web manda un post request sin parámetros cada vez que pulsas el botón del formulario.

NOTA: Aquí además de programar Arduino, se usan conceptos de HTML

Otro tutorial similar: http://diymakers.es/crear-servidor-web-con-arduino/

Otro ejemplo: http://miarduinounotieneunblog.blogspot.com.es/2016/03/control-de-un-led-desde-un-servidor-web.html

Webserver con Ajax

Crear una web embebida que controle el encendido y apagado de un led tanto manualmente pulsando un botón como automáticamente al sobrepasar un umbral que pasamos a Arduino como parámetro mediante la web con una entrada numérica. Podría asemejarse a un termostato donde la entrada es una sonda de temperatura y su valor lo comparo con la temperatura que le paso como parámetro.

La web mostrará el estado de varias entradas analógicas, un botón para encender manualmente el led y una entrada numérica para enviar el dato del umbral.

NOTA: aquí se usa programación en javascript para ajax.

Ajax es una técnica muy eficaz para estos casos porque para mostrar los datos actualizados dinámicamente no es necesario cargar la web completamente, sino que sólo manda los datos que se actualizan en la web que son unos pocos bytes.

Mediante Ajax podemos actualizar los datos de la web embebida en Arduino sin necesidad de cargar toda la web, sino solo mandando los datos actualizados, economizando los datos mandados a través de la red y ocupando menos tiempo en el loop de arduino.

Ajax:

Esquema de conexión (para el led usamos el builtin led en el pin 13):

Solución: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Arduino_2017/tree/master/Ejercicio41-Ajax_DHCP

Web que devuelve Arduino: https://github.com/jecrespo/aprendiendoarduino-Curso_Arduino_2017/blob/master/Ejercicio41-Ajax_DHCP/web.html

Web Embebida en Linux

Otra técnica para tener una web embebida en Arduino es usar los Arduino Yun o Tian que tiene un procesador MIPS con un linux embebido y usar un servidor web linux para servir las páginas. Luego mediante las librerías bridge o ciao se puede comunicar el microntrolador de Arduino con el procesador MIPS.

En este caso la web está en un servidor web del sistema operativo openWRT basado en linux y al interactuar con él la librería bridge se encarga de comunicar internamente linux con el microcontrolador del Arduino Yun.

Ejemplo para controlar los leds de un neopixel mediante una web en un Arduino Yun: https://github.com/jecrespo/NeoPixel

Neopixel: https://www.adafruit.com/category/168

Control del coche: https://github.com/jecrespo/Coche_AprendiendoArduino

Arduino Web Server

Crear un servidor web sencillo que saque por el puerto serie y también devuelva al navegador que le ha llamado la petición http que le ha llegado.

Luego añadir el valor leído en la entrada analógica A0.

Por último leer línea a línea la petición, esto es útil cuando hay que analizar el http request y que Arduino devuelva una cosa u otra en función de la petición que llegue.

Tutorial webserver: http://playground.arduino.cc/Code/WebServerST

Solución: https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-Arduino/tree/master/Ejercicio26-EthernetServer

Otro ejemplo similar muy bien explicado: https://wngeek.wordpress.com/2013/07/24/185/

Al igual que hemos hecho un web server podríamos implementar un telnet server escuchando por el puerto 23. Ejemplos:

Web Embebida con Arduino

Crea una web embebida en Arduino con un botón que al pulsarlo desde el navegador encienda un led y al volver a pulsarlo apague un led.

Al recibir un get Arduino muestra una web para encender o apagar el led en función del estado del led.

Cuando pulso el botón de la web, el navegador manda un post con la instrucción de encender o apagar el led, Arduino la ejecuta y devuelve el estado en que queda el led y te da la opción de volver a la página anterior.

NOTA: Aquí además de programar arduino, se usan conceptos de HTML

Solución: https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-Arduino/tree/master/Ejercicio27-Boton

Otro tutorial similar: http://diymakers.es/crear-servidor-web-con-arduino/

Webserver con Ajax

Crear una web embebida que controle el encendido y apagado de un led tanto manualmente pulsando un botón como automáticamente al sobrepasar un umbral que pasamos a Arduino como parámetro mediante la web con una entrada numérica. Podría asemejarse a un termostato donde la entrada es una sonda de temperatura y su valor lo comparo con la temperatura que le paso como parámetro.

La web mostrará el estado de varias entradas analógicas, un botón para encender manualmente el led y una entrada numérica para enviar el dato del umbral.

web_ajax

NOTA: aquí se usa programación en javascript para ajax.

Ajax es una técnica muy eficaz para estos casos porque para mostrar los datos actualizados dinámicamente no es necesario cargar la web completamente, sino que sólo manda los datos que se actualizan en la web que son unos pocos bytes.

Mediante Ajax podemos actualizar los datos de la web embebida en Arduino sin necesidad de cargar toda la web, sino solo mandando los datos actualizados, economizando los datos mandados a través de la red.

Ajax:

Solución: https://github.com/jecrespo/Aprendiendo-Arduino/tree/master/Ejercicio42-Ajax

Web Embebida en Linux

Otra técnica para tener una web embebida en Arduino es usar los Arduino Yun o Tian que tiene un procesador MIPS con un linux embebido y usar un servidor web linux para servir las páginas. Luego mediante las librerías bridge o ciao se puede comunicar el microntrolador de Arduino con el procesador MIPS.

En este caso la web está en un servidor web del sistema operativo openWRT basado en linux y al interactuar con él la librería bridge se encarga de comunicar internamente linux con el microcontrolador del Arduino Yun.

Ejemplo para controlar los leds de un neopixel mediante una web en un Arduino Yun: https://github.com/jecrespo/NeoPixel

Neopixel: https://www.adafruit.com/category/168

Control del coche: https://github.com/jecrespo/Coche_AprendiendoArduino