NodeMCU ESP8266构建Web Server网页端控制设备

NodeMCU ESP8266构建Web Server网页端控制设备

前言

NodeMCU ESP8266 内部集成了TCP/IP协议栈，可以快速构建网络功能，搭建联网应用的硬件平台；

• ESP8266可以作为WiFi接入点（Station），这样可以方便连接互联网，通过HTTP协议和云端服务器进行连接，数据处理；
• ESP8266可以作为热点（Access Point），这样方便其他设备的接入，可以作为网络服务器；

本文我们将把ESP8266配置为接入点（Station），自动连接到局域网中，实现通过网页端控制板载LED的亮和灭。

原理

我们会在ESP8266上构建一个webserver，并且会实现一个页面，用户通过客户端的访问该页面，在页面上可以对ESP8266上的LED进行控制。

整体架构图如下所示；

• ESP8266上的程序构建一个Web server，并且实现相应的网页界面；
• ESP8266连接到网络UNCLE_MAC；
• 手机端连接到网络UNCLE_MAC，并访问ESP8266的web server地址；
• 通过网页进行设备的控制；

下面我们进一步介绍一下如何实现这个功能。

实现

原理图

通过面包板连接LED到ESP8266开发板上，这里我们连接一个LED到GPIO 4（D2），另一个连接到GPIO 2（D1）,具体如下所示；

开发环境准备

ESP8266 WiFi库

具体ESP8266 WiFi库的使用说明以及文档可以参考：
https://arduino-esp8266.readthedocs.io/en/latest/esp8266wifi/readme.html

Station (STA) 模式用于将 ESP 模块连接到AP建立的 Wi-Fi 网络；

下面是一个作为station的示例代码：

#include <ESP8266WiFi.h>

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

  WiFi.begin("network-name", "pass-to-network");

  Serial.print("Connecting");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
  {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();

  Serial.print("Connected, IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void loop() {}

代码实现

复制下面的代码到Arduino IDE，但是修改所需要的WiFi名称和WiFi密码，即可实现上述功能，具体代码如下；

// 包含WiFi库
#include <ESP8266WiFi.h>

// 设置 WiFi名称和密码
const char* ssid     = "此处替换实际的WiFi名称";
const char* password = "此处替换实际的WiFi密码";

// 设置 web 服务器端口
WiFiServer server(80);

// 保存 HTTP 请求的变量
String header;

// 当前设备的输出状态
String output5State = "off";
String output4State = "off";

// 引脚的编号，用于GPIO的配置和输出
const int output5 = 5;
const int output4 = 4;

// 当前系统时间
unsigned long currentTime = millis();
// 上个系统时间
unsigned long previousTime = 0; 

// 定义超时时间 (例如: 2000ms = 2s)
const long timeoutTime = 2000;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  // 初始化输出
  pinMode(output5, OUTPUT);
  pinMode(output4, OUTPUT);
  // 设置初始输出为LOW
  digitalWrite(output5, LOW);
  digitalWrite(output4, LOW);

  // WiFi的网络连接
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  // 打印设备的IP地址，并连接web服务器
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected.");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  server.begin();
}

void loop(){
  WiFiClient client = server.available();   // 监听客户端

  if (client) {                             // 如果新的客户端连接
    Serial.println("New Client.");          // 打印数据到串口监视器
    String currentLine = "";                // 将客户端接收的数据保存到 String 变量中
    currentTime = millis();
    previousTime = currentTime;

    while (client.connected() 
    && currentTime - previousTime <= timeoutTime) { // 客户端连接的时候，进行循环

      currentTime = millis();   

      if (client.available()) {             // 判断是否有数据从客户端发送过来
        char c = client.read();             // 读取一个字节
        Serial.write(c);                    // 打印到串口监视器上
        header += c;

        if (c == '\n') {                    // 如果介绍的数据是换行符 \n
          
          // 检测是否是空行，作为HTTP请求的结束          
          if (currentLine.length() == 0) {
            // HTTP 头经常包含 (HTTP/1.1 200 OK)
            // 下面作为HTTP请求的返回            
            client.println("HTTP/1.1 200 OK");
            client.println("Content-type:text/html");
            client.println("Connection: close");
            client.println();
            
            // 打开GPIO的输出状态
            if (header.indexOf("GET /5/on") >= 0) {

              Serial.println("GPIO 5 on");
              output5State = "on";
              digitalWrite(output5, HIGH);

            } else if (header.indexOf("GET /5/off") >= 0) {
              Serial.println("GPIO 5 off");
              output5State = "off";
              digitalWrite(output5, LOW);
            } else if (header.indexOf("GET /4/on") >= 0) {
              Serial.println("GPIO 4 on");
              output4State = "on";
              digitalWrite(output4, HIGH);
            } else if (header.indexOf("GET /4/off") >= 0) {
              Serial.println("GPIO 4 off");
              output4State = "off";
              digitalWrite(output4, LOW);
            }
            
            // 显示刷新网页
            client.println("<!DOCTYPE html><html>");
            client.println("<head><meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width, initial-scale=1\">");
            client.println("<link rel=\"icon\" href=\"data:,\">");
            // on/off 按钮的CSS样式
            // 可以在这里修改自己想要的风格
            client.println("<style>html { font-family: Helvetica; display: inline-block; margin: 0px auto; text-align: center;}");
            client.println(".button { background-color: #195B6A; border: none; color: white; padding: 16px 40px;");
            client.println("text-decoration: none; font-size: 30px; margin: 2px; cursor: pointer;}");
            client.println(".button2 {background-color: #77878A;}</style></head>");
            
            // 网页的标题
            client.println("<body><h1>ESP8266 Web Server</h1>");
            
            // 显示当前GPIO5的状态
            client.println("<p>GPIO 5 - State " + output5State + "</p>");
                   
            if (output5State=="off") {
              client.println("<p><a href=\"/5/on\"><button class=\"button\">ON</button></a></p>");
            } else {
              client.println("<p><a href=\"/5/off\"><button class=\"button button2\">OFF</button></a></p>");
            } 
               
            // 显示当前GPIO4的状态
            client.println("<p>GPIO 4 - State " + output4State + "</p>");
      
            if (output4State=="off") {
              client.println("<p><a href=\"/4/on\"><button class=\"button\">ON</button></a></p>");
            } else {
              client.println("<p><a href=\"/4/off\"><button class=\"button button2\">OFF</button></a></p>");
            }
            client.println("</body></html>");
            
            // 发送空行，结束HTTP请求
            client.println();
            // 跳出当前的循环
            break;
          } else { 
            // 获取到空行，则清空currentLine中的数据
            currentLine = "";
          }
        } else if (c != '\r') {  
          currentLine += c;      
        }
      }
    }
    // Clear the header variable
    header = "";
    client.stop();
    Serial.println("Client disconnected.");
    Serial.println("");
  }
}

测试结果

将程序编译并下载到ESP8266开发板上，打开Arduino ide中串口监视器，会打印出相应的信息，具体如下所示；

这里ESP8266的IP地址是172.16.3.188，也就是我们用浏览器访问的web server的地址。

在浏览器的地址栏输入172.16.3.188，刷新网页即可进入我们设计好的网页，在这里就可以对LED进行控制了，具体如下所示；

结论

本文简单介绍了使用ESP8266构建一个简易的Web server，可以通过网页上的按钮对硬件设备进行控制，其实除了控制LED之外，我们还可以通过本文的内容做一些修改，就可以很轻松地对直流电机，继电器等设备进行控制。