ARDUINO Y PHP Manejando entradas y salidas de Arduino como cliente web desde Php.

Transcripción

1 ARDUINO Y PHP Manejando entradas y salidas de Arduino como cliente web desde Php. Osvaldo Cantone Septiembre 2016 Versión Beta

2 El conjunto formado por Arduino y EthernetShield permite el intercambio de datos sobre una red para implementar aplicaciones que se comuniquen actuando como clientes y servidores. Supongamos que un conjunto de sensores conectados a un Arduino recogen datos sobre el estado de un sistema o de un proceso. Esos datos pueden ser enviados a un servidor para estar accesibles para quienes los requieran, por ejemplo a través de Internet. La placa Arduino junto con EthernetShield y la aplicación cargada funcionaran en la red como cliente o como servidor. Al actuar como cliente puede tanto obtener datos de sensores conectados a entradas y enviarlos a un server para ser almacenados y/o procesados, como también puede recibir datos desde el servidor y enviar en función de ellos ordenes a actuadores que estén conectados a sus salidas. El procesamiento se realiza en el servidor y el sketch Arduino junto con el hardware envían datos y reciben instrucciones Funcionando como servidor, recibirá peticiones desde clientes web en formato HTTP (protocolo de transferencia de hipertexto) y enviará respuestas con los datos requeridos. Esos datos nuevamente obedecen al estado de sensores y permiten el gobierno de actuadores conectados a los pines bidireccionales del Arduino. En este trabajo nos ocupamos de Arduino actuando como cliente que envia datos y peticiones a través de la red a un servidor remoto. En este modo cliente Arduino puede comunicarse tanto de forma local via puero serie con una computadora en la que corra un servidor web o bien conectarse mediante EthernetShield directamente a la red, enviando datos y peticiones a servidores que pueden encontrarse incluso a larga distancia vía Internet. Fig.1 Conjunto Arduino con EthernetShield conectado a un router hogareño. Permite acceder tanto a los equipos conectados a la red local como a Internet. Conexión con un servidor web Si bien existen varios servidores disponibles para instalar, sin duda el más utilizado es el Apache web server. Permite servir páginas html y páginas activas en el servidor, para lo que se deberá contar con el intérprete de lenguaje PHP. Al utilizar estas tecnologías web, es muy probable que además queramos utilizar una base de datos, para ello MySQL es también la opción más difundida. Para facilitar la configuración del servidor web, del intérprete php y del administrador de base de datos MySQL puede resultar conveniente recurrir a paquetes que son distribuciones que instalan en un solo paso los componentes de software antes mencionados. El usado para el desarrollo de estos ejemplos es el paquete XAMPP, disponible tanto para entornos Windows como Linux. Su instalación y configuración es ágil y sencilla.

3 Actuando con conexión local directa via port serial En este ejemplo el Arduino esta conectado via puerto serie a una computadora que actúa a su vez como servidor web corriendo Apache web server sobre un sistema operativo Ubuntu Los clientes web acceden a una página PHP, la cual maneja mediante la función fopen() el stream puerto serial, en este ejemplo "/dev/ttyusb0". <?php if ( isset ( $_POST [ led ] ) ) { //Si ya fue creado el objeto led... $verz="1.0"; $comport = "/dev/ttyacm0"; //Colocar el puerto que corresponda. $led = $_POST [ "led" ]; //Recibe el balor booleano del LED. $fp = fopen( $comport, " w " ); //Abre el archivo ttyacm0 para escritura. sleep ( 2 ) ; fwrite( $fp, $led ); // Escribimos el valor de la variable $led en el puero com. fclose( $fp ); //Cierra el dispositivo.?> <html> <body> <center><h1>ejemplo de Arduino con PHP</h1><b>Version <?php echo $verz;?></b> </center> <form method="post" action="<?php echo $PHP_SELF;?>"> &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp <input type="text" name="led"> <br/> <input type="submit" value="ok"> <br /> </form> </body> </html> En el código anterior, al ejecutarse por primera vez, aún no ha sido creado el objeto led, por lo que las lineas de código dentro de la sentencia if no se ejecutarán. Al enviarse el formulario, entonces se reconoce al objeto led y si se ejecutan las lineas de código php. La variable $comport contiene la ruta del dispositivo puerto serie ttyacm0. Este dispositivo es abierto por medio de la función fopen, tratándolo como un archivo, para escritura como se ve al utilizar el modo w. El valor lógico de la variable $led se recibe en la petición HTTP de la página por método POST y se envía al port serial escribiendo por medio de fwrite(). A continuación el código del Arduino. Enciende un LED conectado al Pin #9 cuando recibe un valor ASCII '1' por el por serial. int LedPin = 9 ; int dato_usb = 0 ; // pin conectado al LED. // esta variable almacena el dato leido desde el puerto serial. void setup ( ) { //Se ejecuta al comienzo. pinmode ( LedPin, OUTPUT); //Configura pin #9 como salida lógica. Serial.begin ( 9600 ) ; //Inicializa puerto serie a 9600 bps.

4 void loop ( ) { if (Serial.available() > 0) { //Si hay datos disponibles en el port serial, se leen dato_usb = Serial.read(); //almacena el valor en dato_usb. if ( dato_usb == '1' ) digitalwrite ( LedPin, HIGH ) ; else digitalwrite ( LedPin, LOW ) ; Conectado a la red mediante un módulo EtherShield Ahora vamos a conectar el conjunto Arduino y EthernetShield a la red, normalmente a un switch o un router hogareño. De esta manera la conexión con el servidor puede hacerse de forma remota incluso a través de Internet. El código Cliente Web 2 que aparece a continuación es el que cargamos en en el Arduino: //>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> #include <SPI.h> #include <Ethernet.h> byte mac[ ] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED ; IPAddress servidor(1,1,1,1); IPAddress ip(1,1,1,2); EthernetClient cliente; // Inicializa la biblioteca "Ethernet client" void setup() { Serial.begin(9600); // Inicializa el puerto serie a 9600 bps while (!Serial) ; Ethernet.begin(mac, ip); // Inicia la conexión Ethernet. Delay(1000); // espera un segundo para que EthernetShield inicialice. Serial.println("Conectando con servidor..."); if ( cliente.connect ( servidor, 80 ) ) { Serial.println ( "Conectado" ) ; // Si se conecta con el server, envía mensaje por el serial: cliente.println ( "GET /ARDUINO/ClienteWeb/a.php HTTP/1.1"); // Petición HTTP cliente.println ( "Host:cantone.com.ar" ); cliente.println ( "Connection: close" ); cliente.println ( ); else { Serial.println("Intento de conexión fallido"); void loop() { // Si no se pudo conectar. if ( cliente.available ( ) ) { // Si hay disponibles en buffer datos entrantes desde el servidor char c = cliente.read(); // se leen carácter a carácter y enviados por el port serial para verlos. Serial.print(c); // y enviados por el port serial para verlos. // Al finalizar el envío de la respuesta, el servidor finaliza la conexión. if (!cliente.connected()) {

5 Serial.println(); Serial.println("Desconectado por el servidor."); cliente.stop(); while(true); // La ejecución se queda aquí indefinidamente. //>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> Al comienzo carga en un array seis valores en expresados en hexadecimal para asignar como MAC address a nuestra EtherShield. byte mac[ ] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED ; Las nuevas Ethernet shields tienen una MAC address impresa en un sticker en la placa. La intención es conectar con un servidor web. Para eso creamos un objeto de la clase IPAddress llamado server y le asignamos un valor de dirección IP que es igual a en este ejemplo (modificar para otro valor). Se puede también colocar una URL, para lo que deberíamos configurar direcciones DNS. IPAddress server(1,1,1,1); La siguiente linea setea una dirección IP estática que usara nuestro Arduino. Se puede obtener por DHCP, como vimos en el ejemplo con display LCD. IPAddress ip(1,1,1,2); Inicializamos la biblioteca "Ethernet client" con la dirección IP y el puerto del server al que queremos conectar, 80 por defecto para HTTP. EthernetClient client; Serial.begin inicializa la conexión serie y asigna la velocidad Serial.begin(9600); while (!Serial) ; El bucle while espera la conexión serie. Solo lo necesitan algunas placas Arduino (Leonardo p.e.) La conexión Ethernet comienza inicializando con una dirección mac e ip con Ethernet.begin Ethernet.begin(mac, ip); Si en lugar de trabajar con una dirección IP fija preferimos hacerlo obteniendo parámetros en forma dinámica, usaremos el siguiente bloque que busca una configuración por DHCP. if (Ethernet.begin(mac) == 0) { Serial.println("Failed to configure Ethernet using DHCP"); Ethernet.begin(mac, ip); Una vez inicalizado el shield ethernet, se procede a establecer una conección con el servidor usando para ello la dirección IP establecida para ese fin y el port 80. La directiva client.connect(server, 80) realiza esa tarea. En el código se encuentra dentro de una sentencia if que determina si la conexión se logró o no. if ( cliente.connect ( servidor, 80 ) ) { Serial.println ( "Conectado" ) ; // Si se conecta con el server, envía mensaje por el serial: cliente.println ( "GET /ARDUINO/ClienteWeb/a.php HTTP/1.1"); // Petición HTTP cliente.println ( "Host:cantone.com.ar" ); cliente.println ( "Connection: close" ); cliente.println ( ); Si se logró conectar envía una petición HTTP (protocolo de transferencia de hipertexto) al servidor.

6 La petición está constituida por cuatro lineas donde la primera incluye la URL que queremos abrir cliente.println ( "GET /ARDUINO/ClienteWeb/a.php HTTP/1.1"); // Petición HTTP Las siguientes completan el formato de una petición HTTP. Esta se forma por las lineas enviadas con la directiva cliente.println, finalizadas con un retorno y nueva línea. El uso del médoto println asegura el fin de linea con retorno. El mismo funcionamiento se podría haber conseguido con el siguiente código alternativo incluyendo los caracters no imprimibles \r y \n. cliente.print ( "GET /ARDUINO/ClienteWeb/a.php HTTP/1.1\r\n"); cliente.print ( "Host:cantone.com.ar\r\n" ); cliente.print ( "Connection: close\r\n" ); cliente.print ( \r\n ); // Petición HTTP La URL abierta en este caso es que contiene el código que procesa y envía una respuesta al cliente. En este ejemplo se envía como respuesta solo una cadena de caracteres Hola Arduino desde server PHP. Esa respuesta se recibe en la máquina cliente, Arduino en este caso, en un buffer de entrada. En la funcion loop() encontramos la llamada a cliente.available(), que devuelve verdadero o falso, dentro de la condición de una sentencia if. De esta forma sabremos si existen datos en el buffer de entrada para ser leidos. if ( cliente.available ( ) ) { char c = cliente.read(); Serial.print(c); // Si hay disponibles en buffer datos entrantes desde el servidor // se leen carácter a carácter. // y son enviados por el port serial para monitoreo. La llamada a cliente.read() toma carácter a carácter los datos del buffer y los carga en una variable, para luego ser enviados por el puerto serie para monitorear la recepción. En la ventana del monitor serie del entorno IDE de Arduino, podremos ver así la respuesta enviada por el servidor. Al finalizar el envío de los bytes de repuesta, el servidor cierra la conexión con el cliente. En nuestro código ello provoca que se ingrese en un bucle infinito que detiene la aplicación. if (!cliente.connected()) { Serial.print ( " \ r \ n Desconectado por el servidor." ) ; cliente.stop ( ) ; while ( true ) ; // La ejecución se queda aquí indefinidamente. Ejercitación: Realizar las modificaciones necesarias para que en la petición HTTP se envien el estado de entradas analógicas A0; A1 y A2. La página php requerida debe mostrar esos valores en el navegador.