Arduino應(yīng)用開發(fā)——TCP/IP無線傳輸

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）是指能夠在多個不同網(wǎng)絡(luò)間實現(xiàn)信息傳輸?shù)膮f(xié)議簇。TCP/IP協(xié)議不僅僅指的是TCP 和IP兩個協(xié)議，而是指一個由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等協(xié)議構(gòu)成的協(xié)議簇，只是因為在TCP/IP協(xié)議中TCP協(xié)議和IP協(xié)議最具代表性，所以被稱為TCP/IP協(xié)議。

TCP可以分為服務(wù)端（TCP Server）和客戶端（TCP Client），服務(wù)端就相當于一個服務(wù)器，可以允許接入多個客戶端接入，接入之后相互之間就可以通過TCP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。

關(guān)于TCP具體的原理介紹就不細說了，本文主要講解Arduino環(huán)境下怎么使用TCP來實現(xiàn)一個無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。

我們的MCU（esp8266或者esp32）可以作為服務(wù)端，也可以作為客戶端，看具體的需求來選。這里只講解PC端作為服務(wù)端，MCU這邊作為客戶端的情況。其他情況舉一反三即可。

本文主要實現(xiàn)的功能如下：

1 硬件簡介

我這里以ESP8266和ESP32為例講解，實際上根據(jù)自己的MCU選擇一種即可，方法和原理都是一樣的。

硬件配置如下：

具體的硬件參數(shù)和電路原理圖這里就不發(fā)出來了，不同廠家做的開發(fā)板引腳可能會有點差別。

2 Arduino環(huán)境搭建

關(guān)于Arduino的環(huán)境搭建大家應(yīng)該都懂，這里就不多贅述了，不懂的同學可以參考一下我之前發(fā)的博客。

esp8266開發(fā)入門教程(基于Arduino)——環(huán)境安裝

ESP32 Arduino開發(fā)環(huán)境搭建

使用VS code搭建Arduino IDE環(huán)境

3 建立TCP Server

在PC端測試的時候我們可以使用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工具來建立一個服務(wù)端，網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工具網(wǎng)上都有很多，我比較習慣用NetAssist和sscom，sscom是串口和TCP一體的，既可以調(diào)試串口又可以調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，這個還是挺方便的，所以我這里就以sscom為例來講解吧。

當然了，用這種方式建立的服務(wù)器是有限制的，只有同一局域網(wǎng)下的設(shè)備能連上這個服務(wù)器，如果你有公網(wǎng)服務(wù)器那就最好了，可以不受限與局域網(wǎng)。

找不到工具的同學可以到我網(wǎng)盤上下載。

網(wǎng)盤鏈接：https://pan.baidu.com/s/1cATkEnPX1iIX9U64wrflsw
提取碼：1ysz

1）打開sscom，配置端口參數(shù)

提示：不知道IP地址的可以在網(wǎng)絡(luò)適配器查找。

2）點擊 “偵聽”，然后等待client接入

如果有設(shè)備連接上，會有提示信息。

當然了，現(xiàn)在這里肯定不會有這個信息，因為我們的設(shè)備還沒有配置WIFI和TCP client，等后面我們把代碼燒錄進去就能連上了。

4 編寫代碼并運行測試

在Arduino IDE的ESP8266和ESP32開發(fā)板庫里面其實都有TCP相關(guān)的示例代碼，我在這個示例的基礎(chǔ)上做了一點修改，增加了串口和TCP的數(shù)據(jù)互傳。

ESP8266和ESP32的庫是不同的，但是TCP相關(guān)庫函數(shù)的基本用法是一樣的，我這個示例代碼做了ESP8266和ESP32的兼容，可以通用。

ESP8266和ESP32 TCP測試示例代碼如下：

/*
    This sketch establishes a TCP connection to a "quote of the day" service.
    It sends a "hello" message, and then prints received data.
*/

#ifdef ESP8266
#include <ESP8266WiFi.h>   // esp8266
#else
#include <WiFi.h>          // esp32
#endif

#ifndef STASSID
#define STASSID "mate40"
#define STAPSK  "123456789"
#endif

const char* ssid     = STASSID;
const char* password = STAPSK;

const char* host = "192.168.43.128";
const uint16_t port = 1234;

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // We start by connecting to a WiFi network

  Serial.println();
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);

  /* Explicitly set the ESP8266 or ESP32 to be a WiFi-client, otherwise, it by default,
     would try to act as both a client and an access-point and could cause
     network-issues with your other WiFi-devices on your WiFi-network. */
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  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 loop() {
  static bool wait = false;

  Serial.print("connecting to ");
  Serial.print(host);
  Serial.print(':');
  Serial.println(port);

  // Use WiFiClient class to create TCP connections
  WiFiClient client;
  if (!client.connect(host, port)) {
    Serial.println("connection failed");
    delay(5000);
    return;
  }

  // This will send a string to the server
  Serial.println("sending data to server");
  if (client.connected()) {
    client.println("hello from ESP8266");
  }

#if 0
  // wait for data to be available
  unsigned long timeout = millis();
  while (client.available() == 0) {
    if (millis() - timeout > 5000) {
      Serial.println(">>> Client Timeout !");
      client.stop();
      delay(60000);
      return;
    }
  }
#endif

  // Read all the lines of the reply from server and print them to Serial
  Serial.println("receiving from remote server");
  while (client.connected() || client.available() || Serial.available()) {
    while (Serial.available()) {
      char data;
      data = Serial.read();
      if (client.connected()) {
        client.print(data);
      }
    }
    while (client.available()) {
      char ch = static_cast<char>(client.read());
      Serial.print(ch);
    }
  }

#if 1
  // Close the connection
  Serial.println();
  Serial.println("closing connection");
  client.stop();
#endif

  if (wait) {
    delay(300000); // execute once every 5 minutes, don't flood remote service
  }
  wait = true;
}

注意：示例代碼里面有幾個地方需要根據(jù)自己的實際情況修改之后才能正常使用。還有電腦和設(shè)備（esp8266或esp32）要在同一個局域網(wǎng)下，不懂什么是局域網(wǎng)的話可以把電腦和設(shè)備連接到同一個WIFI下。

esp8266運行測試如下：

連接esp8266的串口，方便打印設(shè)備運行的信息，這樣就可以更好的看到TCP連接的情況。

打開TCP Server，等待設(shè)備連接，如果這個時候MCU已經(jīng)連上了WIFI并且可以訪問到這個服務(wù)端的話，就能連接上。

TCP成功連接之后，就可以互發(fā)數(shù)據(jù)了。esp8266會將串口接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到TCP Server，TPC Server發(fā)送過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到串口發(fā)送給PC端。

esp32運行測試如下：

esp32的運行結(jié)果和esp8266是完全一樣的。

結(jié)束語

好了，關(guān)于Arduino TCP/IP的編程和使用方法就講到這里。因為時間的關(guān)系，我沒有做TCP數(shù)據(jù)傳輸速度的測試，以后有時間的話再補上吧（如果還記得的話?