Uno R3 als Webserver mit Ethernet Shield

Hallo und willkommen zu unserem heutigen Blog-Beitrag.

Heute stellen wir Ihnen unser Ethernet Shield W5100 vor. Das Shield kann einfach auf unseren Mikrokontroller, kompatibel mit Arduino Uno R3, gesteckt werden, und erweitert den Mikrocontroller um eine Ethernet Schnittstelle und einen SD Kartenleser.

Hintergrund war die Anfrage eines Bekannten der mittels einem Mikrokontroller, kompatibel mit Arduino Uno R3, einen einzelnen analogen Sensor überwacht. Diesen möchte er nun per Web-Interface abfragen. Er möchte jedoch nicht auf einen ESP und eine Anbindung per WLAN zurückgreifen, sondern den Mikrokontroller, kompatibel mit Arduino Uno R3 per LAN-Kabel mit seinem Netzwerk verbinden, da ihm WLAN zu unzuverlässig ist und zuviele EM-Emissionen erzeugt.

1. Testaufbau

Für unser Experiment benötigen wir neben dem W5100 Ethernet Shield einen Mikrokontroller, kompatibel mit Arduino Uno R3 und einen beliebigen analogen Sensor. Ich verwende in diesem Beispiel einen einfachen Helligkeits-Sensor welcher jedoch durch jeden beliebigen analogen Sensor ersetzt werden kann.

Wir stecken das Ethernet-Shield vorsichtig auf den Mikrokontroller, kompatibel mit Arduino Uno R3. Den Helligkeits-Sensor verbinden wir wie folgt:

Uno R3	Helligkeits-Sensor
5V	Mitte
GND	-
A0	S

2. Die Programmierung

Die Programmierung des Mikrokontrollers, kompatibel mit Arduino Uno R3 ist dank der Arduino Bibliotheken fast genau so einfach wie bei den ESP Modulen.

Wir benötigen lediglich die Bibliotheken SPI.h und Ethernet.h, weilche bei der IDE mit installiert werden.

Praktischerweise finden wir ein funktionierendes Beispiel unter "Datei" -> "Beispiele" ->  "Ethernet" -> "WebServer" welches wir nur geringfügig anpassen müssen.

Da wir DHCP falls verfügbar nutzen möchten, ersetzen wir die Zeile "Ethernet.begin(mac, ip);" durch folgenden Code:

  if (Ethernet.begin(mac) == 0) {
    Serial.println("Failed to configure Ethernet using DHCP");
    // try to congifure using IP address instead of DHCP:
    Ethernet.begin(mac, ip);
  server.begin();
  Serial.print("server is at ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
  }

  Da wir im "void loop()" nur einen Wert ausgeben müssen, können wir die "for" Schleife ersetzen durch:

            int sensorReading = analogRead(0);
            client.print("analog input ");
            client.print("0");
            client.print(" is ");
            client.print(sensorReading);
            client.println("<br />");

Der komplette Code sieht dann wie folgt aus:

/*
  Web Server

 A simple web server that shows the value of the analog input pins.
 using an Arduino Wiznet Ethernet shield.

 Circuit:
 * Ethernet shield attached to pins 10, 11, 12, 13
 * Analog inputs attached to pins A0 through A5 (optional)

 created 18 Dec 2009
 by David A. Mellis
 modified 9 Apr 2012
 by Tom Igoe
 modified 02 Sept 2015
 by Arturo Guadalupi

 */

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>

// Enter a MAC address and IP address for your controller below.
// The IP address will be dependent on your local network:
byte mac[] = {
  0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED
};
IPAddress ip(192, 168, 168, 51);

// Initialize the Ethernet server library
// with the IP address and port you want to use
// (port 80 is default for HTTP):
EthernetServer server(80);

void setup() {
  // Open serial communications and wait for port to open:
  Serial.begin(9600);
  
  // start the Ethernet connection and the server:
  if (Ethernet.begin(mac) == 0) {
    Serial.println("Failed to configure Ethernet using DHCP");
    // try to congifure using IP address instead of DHCP:
    Ethernet.begin(mac, ip);
  server.begin();
  Serial.print("server is at ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
  }
}


void loop() {
  // listen for incoming clients
  EthernetClient client = server.available();
  if (client) {
    Serial.println("new client");
    // an http request ends with a blank line
    boolean currentLineIsBlank = true;
    while (client.connected()) {
      if (client.available()) {
        char c = client.read();
        Serial.write(c);
        // if you've gotten to the end of the line (received a newline
        // character) and the line is blank, the http request has ended,
        // so you can send a reply
        if (c == '\n' && currentLineIsBlank) {
          // send a standard http response header
          client.println("HTTP/1.1 200 OK");
          client.println("Content-Type: text/html");
          client.println("Connection: close");  // the connection will be closed after completion of the response
          client.println("Refresh: 5");  // refresh the page automatically every 5 sec
          client.println();
          client.println("<!DOCTYPE HTML>");
          client.println("<html>");
          // output the value of each analog input pin
            int sensorReading = analogRead(0);
            client.print("analog input ");
            client.print("0");
            client.print(" is ");
            client.print(sensorReading);
            client.println("<br />");
          //}
          client.println("</html>");

          break;
        }
        if (c == '\n') {
          // you're starting a new line
          currentLineIsBlank = true;
        } else if (c != '\r') {
          // you've gotten a character on the current line
          currentLineIsBlank = false;
        }
      }
    }
    // give the web browser time to receive the data
    delay(1);
    // close the connection:
    client.stop();
    Serial.println("client disconnected");
  }
}

3. Der Test 

Wir öffnen nun die IP-Adresse in unserem Webbrowser, und sehen den Wert des Sensors. Die Anzeige wird alle 5 Sekunden aktualisiert.

Es ist also durchaus möglich ohne ESP und ohne WLAN Ihre Sensoren mit dem heimischen Netzwerk zu verbinden.

Und wer keinen Mikrokontroller, kompatibel mit Arduino Uno R3 hat: wir präsentieren Ihnen demnächst im Blog weitere Module mit denen Sie Ihren Mikrocontroller mit einem LAN Kabel in Ihr Netzwerk einbinden können.

Ich wünsche allen viel Spaß beim basteln, und verabschiede mich bis zum nächsten Mal.

Ihr Markus Neumann