基础例程6

01、WIFI实验—WebServer

实验介绍

​ 连接路由器上网是我们每天都做的事情，日常生活中只需要知道路由器的账号和密码，就可以使用手机或电脑连接到路由器，然后上网。

​ 连接路由器，将ESP32的IP地址等信息通过shell控制台输出显示

​ 模块包括热点AP模式和客户端STA模式。

​ 热点AP模式是指电脑或手机端直接连接ESP32发出的热点实现连接，如果电脑连接模块AP热点，这样电脑就不能上网。

​ 因此在使用电脑端和模块进行网络通信时，一般情况下使用STA模式。也就是电脑和设备同时连接到相同网段的路由器上。

硬件设计

​ 内置WIFI功能，不需要额外连接

软件设计

/* 深圳市普中科技有限公司（PRECHIN 普中）技术支持：www.prechin.net* * 实验名称：WIFI实验--WebServer* * 接线说明：LED模块-->ESP32 IO(D1)-->(15)* * 实验现象：程序下载成功后，手机连接的WIFI需和ESP32连接的WIFI处于同一频段（比如192.168.1.xx），然后在手机网页输入串口控制台输出的本机IP地址即可进入手机端网页控制板子LED。* * 注意事项：*/#include "public.h"
#include <WiFi.h>//路由器账号和密码
const char* ssid     = "uestc-2019";
const char* password = "wyj1347863";WiFiServer server(80);//LED控制引脚
#define led_pin   15//WIFI连接路由器
void wifi_connect(void)
{Serial.print("Connecting to ");Serial.println(ssid);WiFi.begin(ssid, password);while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {delay(500);Serial.print(".");}Serial.println("");Serial.println("WiFi connected.");Serial.println("IP address: ");Serial.println(WiFi.localIP());
}void setup(){Serial.begin(115200);pinMode(led_pin, OUTPUT);      // set the LED pin modedelay(10);wifi_connect();server.begin();}void loop(){WiFiClient client = server.available();   // listen for incoming clientsif (client) {                             // if you get a client,Serial.println("New Client.");           // print a message out the serial portString currentLine = "";                // make a String to hold incoming data from the clientwhile (client.connected()) {            // loop while the client's connectedif (client.available()) {             // if there's bytes to read from the client,char c = client.read();             // read a byte, thenSerial.write(c);                    // print it out the serial monitorif (c == '\n') {                    // if the byte is a newline character// if the current line is blank, you got two newline characters in a row.// that's the end of the client HTTP request, so send a response:if (currentLine.length() == 0) {// HTTP headers always start with a response code (e.g. HTTP/1.1 200 OK)// and a content-type so the client knows what's coming, then a blank line:client.println("HTTP/1.1 200 OK");client.println("Content-type:text/html");client.println();// the content of the HTTP response follows the header:client.print("Click <a href=\"/H\">here</a> to turn the LED on pin 15 on.<br>");client.print("Click <a href=\"/L\">here</a> to turn the LED on pin 15 off.<br>");// The HTTP response ends with another blank line:client.println();// break out of the while loop:break;} else {    // if you got a newline, then clear currentLine:currentLine = "";}} else if (c != '\r') {  // if you got anything else but a carriage return character,currentLine += c;      // add it to the end of the currentLine}// Check to see if the client request was "GET /H" or "GET /L":if (currentLine.endsWith("GET /H")) {digitalWrite(led_pin, HIGH);               // GET /H turns the LED on}if (currentLine.endsWith("GET /L")) {digitalWrite(led_pin, LOW);                // GET /L turns the LED off}}}// close the connection:client.stop();Serial.println("Client Disconnected.");}
}

实验现象

Connecting to uestc-2019
..
WiFi connected.
IP address: 
192.168.0.102
New Client.
GET /H HTTP/1.1
Host: 192.168.0.102
Connection: keep-alive
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/115.0.0.0 Safari/537.36 Edg/115.0.1901.203
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.7
Referer: http://192.168.0.102/H
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8,en-GB;q=0.7,en-US;q=0.6Client Disconnected.
New Client.
GET /favicon.ico HTTP/1.1
Host: 192.168.0.102
Connection: keep-alive
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/115.0.0.0 Safari/537.36 Edg/115.0.1901.203
Accept: image/webp,image/apng,image/svg+xml,image/*,*/*;q=0.8
Referer: http://192.168.0.102/L
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8,en-GB;q=0.7,en-US;q=0.6Client Disconnected.

02、WIFI实验—Socket

实验介绍

​ 01章节学习了使用ESP32连接到无线路由器。现在学习Socket通信。

​ 在这里，我们尝试以最容易理解的方式讲述Socket。

网络通信的分层

​ TCP/IP模型的传输层和应用层，传输层比较熟悉的是TCP和UDP，UDP协议基本没有对IP层的数据进行任何的处理。而TCP协议还加入了更加复杂的传输控制，比如滑动的数据发送窗口（Slice Window），以及接收确认和重发机制，以达到数据的可靠传输。应用层中网页常用的则是HTTP。

​ 网络通信时最基础依赖于IP和端口的，HTTP一般情况下默认使用端口80。多人连接问题。

​ 应用层HTTP通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要同一个TCP协议端口传输数据。为了区分不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字（Socket）。应用层和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。

---

​ 其实，Socket抽象层介于传输层和应用层之间，跟TCP/IP并没有什么联系。Socket编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。

套接字（Socket)是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议（通常是TCP或UDP)，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。

​ Socket的出现只是为了更方便的使用TCP/IP协议，简单理解就是其对TCP/IP进行了抽象，形成了几个最基本的函数接口。比如create、listen、accept、connect、read和write等，以下为通信流程：

​ 一个Socket通信需要一个服务器端和一个客户端。本例中，ESP32开发板为客户端，电脑使用网络调试助手作为服务器端，双方使用TCP协议传输。对于客户端，则只需要知道电脑端的IP和端口即可简历连接。

软件设计

'''
深圳市普中科技有限公司（PRECHIN 普中）
技术支持：www.prechin.net
PRECHIN普中实验名称：WIFI实验-Socket通信
接线说明：LED模块-->ESP32 IO(D1)-->(15)实验现象：程序下载成功后，软件shell控制台输出当前IP、子网掩码、网关的地址信息，在网络调试助手上连接成功后，可数据收发。注意事项：ESP32 WIFI作为客户端连接路由器热点，然后电脑也连接路由器，此时可在电脑端使用网络调试助手，设置：协议类型：TCP Server，本机主机地址：电脑端IP地址，本机主机端口：10000'''#导入Pin模块
from machine import Pin
import time
import network
import usocket#定义LED控制对象
led1=Pin(15,Pin.OUT)#路由器WIFI账号和密码
ssid="uestc-2019"
password="wyj1347863"#服务器地址和端口
dest_ip="192.168.0.100"
dest_port=10000#WIFI连接
def wifi_connect():wlan=network.WLAN(network.STA_IF)  #STA模式wlan.active(True)  #激活start_time=time.time()  #记录时间做超时判断if not wlan.isconnected():print("conneting to network...")wlan.connect(ssid,password)  #输入WIFI账号和密码while not wlan.isconnected():led1.value(1)time.sleep_ms(300)led1.value(0)time.sleep_ms(300)#超时判断,15 秒没连接成功判定为超时if time.time()-start_time>15:print("WIFI Connect Timeout!")breakreturn Falseelse:led1.value(0)print("network information:", wlan.ifconfig())return True#程序入口
if __name__=="__main__":if wifi_connect():socket=usocket.socket()  #创建socket连接addr=(dest_ip,dest_port)  #服务器IP地址和端口socket.connect(addr)socket.send("Hello PRECHIN")while True:text=socket.recv(128)  #单次最多接收128字节if text==None:passelse:print(text)socket.send("I get:"+text.decode("utf-8"))time.sleep_ms(300)

shell的窗口

network information: ('192.168.0.102', '255.255.255.0', '192.168.0.1', '192.168.0.1')
b'12345678\r\n'
b'123456'

03、WIFI实验—MQTT

​ 前面学习了Socket通信，当服务器和客户端建立起连接时，就可以相互通信。在互联网应用，大多使用WebSocket接口来传输数据。

​ 在物联网中，如果是海量的数据，就需要用到MQTT（消息队列遥测传输）协议。

实验介绍

​ MQTT是IBM于1999年提出的，和HTTP一样属于应用层，工作在TCP/IP协议族上，通常还会调用socket接口。是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。其特点是协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使得它适用范围非常广泛。

​ 总结下来MQTT有以下的优势/特性：

• 异步消息协议
• 面向长连接
• 双向数据传输
• 协议轻量级
• 被动数据获取

​ 从上图可看到，MQTT通信的角色有两个，分别是服务器和客户端。服务器只负责中转数据，不做存储；客户端可以是信息发送者或订阅者，也可以同时是两者。如下图所示。

​ 确定了角色后，数据如何传输呢？下图是MQTT最基本的数据帧格式，例如温度传感器发布了主题“Temperature”编号，消息是“25”（表示温度）。那么所有订阅了这个主题编号的客户端（手机应用）就会收到相关信息，从而实现通信。

​ 由于特殊的发布/订阅机制，服务器不需要存储数据（当然也可以在服务器的设备上建立一个客户端来订阅保存信息），因此非常适合海量设备的传输。

硬件设计

无

软件设计

分为发布者和订阅者

发布者

'''
深圳市普中科技有限公司（PRECHIN 普中）
技术支持：www.prechin.net
PRECHIN普中实验名称：WIFI实验-MQTT通信（发布者）
接线说明：LED模块-->ESP32 IO(D1)-->(15)实验现象：程序下载成功后，软件shell控制台输出当前IP、子网掩码、网关的地址信息，MQTT在线助手，输入网址：http://www.tongxinmao.com/txm/webmqtt.php#进入，按默认设置，选择连接，然后在Subscribe订阅主题中选择程序中设置的Topic主题：/public/pz_esp32/1注意事项：ESP32 WIFI作为客户端连接路由器热点，然后电脑也连接路由器，此时可连接成功输出信息'''#导入Pin模块
from machine import Pin
import time
from machine import Timer
import network
from simple import MQTTClient#定义LED控制对象
led1=Pin(15,Pin.OUT)#路由器WIFI账号和密码
ssid="uestc-2019"
password="wyj1347863"#WIFI连接
def wifi_connect():wlan=network.WLAN(network.STA_IF)  #STA模式wlan.active(True)  #激活start_time=time.time()  #记录时间做超时判断if not wlan.isconnected():print("conneting to network...")wlan.connect(ssid,password)  #输入WIFI账号和密码while not wlan.isconnected():led1.value(1)time.sleep_ms(300)led1.value(0)time.sleep_ms(300)#超时判断,15 秒没连接成功判定为超时if time.time()-start_time>150:print("WIFI Connect Timeout!")breakreturn Falseelse:led1.value(0)print("network information:", wlan.ifconfig())return True#发布数据任务
def mqtt_send(tim):client.publish(TOPIC, "Hello PRECHIN")#程序入口
if __name__=="__main__":if wifi_connect():SERVER="mq.tongxinmao.com"PORT=18830            #通信猫的端口CLIENT_ID="PZ-ESP32"  #客户端IDTOPIC="/public/pz_esp32/1"  #TOPIC名称client = MQTTClient(CLIENT_ID, SERVER, PORT)client.connect()#开启RTOS定时器,周期 1000ms，执行MQTT通信接收任务tim = Timer(0)tim.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC,callback=mqtt_send)

ESP32作为客户端，发布者

电脑作为客户端，订阅者

调试软件

shell

订阅者

'''
深圳市普中科技有限公司（PRECHIN 普中）
技术支持：www.prechin.net
PRECHIN普中实验名称：WIFI实验-MQTT通信（订阅者）
接线说明：LED模块-->ESP32 IO(D1)-->(15)实验现象：程序下载成功后，软件shell控制台输出当前IP、子网掩码、网关的地址信息，MQTT在线助手，输入网址：http://www.tongxinmao.com/txm/webmqtt.php#进入，按默认设置，选择连接，然后在Publish发布主题中选择程序中设置的Topic主题：/public/pz_esp32/1，设置要发送的信息，点击发布，在Shell控制台即可输出主题和消息注意事项：ESP32 WIFI作为客户端连接路由器热点，然后电脑也连接路由器，此时可连接成功输出信息'''#导入Pin模块
from machine import Pin
from machine import Timer
import time
import network
from simple import MQTTClient#定义LED控制对象
led1=Pin(15,Pin.OUT)#路由器WIFI账号和密码
ssid="uestc-2019"
password="wyj1347863"#WIFI连接
def wifi_connect():wlan=network.WLAN(network.STA_IF)  #STA模式wlan.active(True)  #激活start_time=time.time()  #记录时间做超时判断if not wlan.isconnected():print("conneting to network...")wlan.connect(ssid,password)  #输入WIFI账号和密码while not wlan.isconnected():led1.value(1)time.sleep_ms(300)led1.value(0)time.sleep_ms(300)#超时判断,15 秒没连接成功判定为超时if time.time()-start_time>150:print("WIFI Connect Timeout!")breakreturn Falseelse:led1.value(0)print("network information:", wlan.ifconfig())return True#设置 MQTT 回调函数,有信息时候执行
def mqtt_callback(topic,msg):print("topic: {}".format(topic))print("msg: {}".format(msg))#接收数据任务
def mqtt_recv(tim):client.check_msg()#程序入口
if __name__=="__main__":if wifi_connect():SERVER="mq.tongxinmao.com"PORT=18830CLIENT_ID="PZ-ESP32"  #客户端IDTOPIC="/public/pz_esp32/1"  #TOPIC名称client = MQTTClient(CLIENT_ID, SERVER, PORT)  #建立客户端client.set_callback(mqtt_callback)  #配置回调函数client.connect()client.subscribe(TOPIC)  #订阅主题#开启RTOS定时器,周期 300ms，执行MQTT通信接收任务tim = Timer(0)tim.init(period=300, mode=Timer.PERIODIC,callback=mqtt_recv)

ESP32作为客户端的订阅者，订阅主题

电脑作为客户端的发布者，发布主题

• 调试软件

shell界面

04、WIFI实验—手机控制LED

软件设计

'''
深圳市普中科技有限公司（PRECHIN 普中）
技术支持：www.prechin.net
PRECHIN普中实验名称：WIFI实验-手机控制LED
接线说明：LED模块-->ESP32 IO(D1)-->(15)实验现象：程序下载成功后，手机连接的WIFI需和ESP32连接的WIFI处于同一频段（比如192.168.1.xx），然后在手机网页输入Shell控制台输出的本机IP地址即可进入手机端网页控制板子LED注意事项：ESP32作为服务器，手机或电脑作为客户端'''#导入Pin模块
from machine import Pin
import time
import network
import socket#定义LED控制对象
led1=Pin(15,Pin.OUT,Pin.PULL_DOWN)#连接的WIFI账号和密码
ssid = "uestc-2019"
password = "wyj1347863"#WIFI连接
def wifi_connect():wlan=network.WLAN(network.STA_IF)  #STA模式wlan.active(True)  #激活if not wlan.isconnected():print("conneting to network...")wlan.connect(ssid,password)  #输入 WIFI 账号密码while not wlan.isconnected():led1.value(1)time.sleep_ms(300)led1.value(0)time.sleep_ms(300)led1.value(0)return Falseelse:led1.value(0)print("network information:", wlan.ifconfig())return True#网页数据
def web_page():if led1.value() == 0:gpio_state="OFF"else:gpio_state="ON"html = """<html><head> <title>ESP32 LED control</title> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1"><link rel="icon" href="data:,"> <style>html{font-family: Helvetica; display:inline-block; margin: 0px auto; text-align: center;}h1{color: #0F3376; padding: 2vh;}p{font-size: 1.5rem;}.button{display: inline-block; background-color: #e7bd3b; border: none; border-radius: 4px; color: white; padding: 16px 40px; text-decoration: none; font-size: 30px; margin: 2px; cursor: pointer;}.button2{background-color: #4286f4;}</style></head><body> <h1>ESP32 LED control</h1> <p>GPIO state: <strong>""" + gpio_state + """</strong></p><p><a href="/?led=on"><button class="button">ON</button></a></p><p><a href="/?led=off"><button class="button button2">OFF</button></a></p></body></html>"""return html#程序入口
if __name__=="__main__":if wifi_connect():#SOCK_STREAM表示的是TCP协议，SOCK_DGRAM表示的是UDP协议my_socket=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  #创建socket连接# 将socket对象绑定ip地址和端口号my_socket.bind(('', 80))# 相当于电话的开机 括号里的参数表示可以同时接收5个请求my_socket.listen(5)while True:# 进入监听状态，等待别人链接过来，有两个返回值，#一个是对方的socket对象，一个是对方的ip以及端口client, addr = my_socket.accept()print('Got a connection from %s' % str(addr))# recv表示接收，括号里是最大接收字节request = client.recv(1024)request = str(request)print('Content = %s' % request)led_on = request.find('/?led=on')led_off = request.find('/?led=off')if led_on == 6:print('LED ON')led1.value(1)if led_off == 6:print('LED OFF')led1.value(0)response = web_page()client.send('HTTP/1.1 200 OK\n')client.send('Content-Type: text/html\n')client.send('Connection: close\n\n')client.sendall(response)client.close()

实验现象

网页端