TCP IP i mikrokontrolery, cz.4.pdf

K U R S

Przykłady zastosowań TCP/IP

w mikrokontrolerach , część 4

Aplikacja serwera HTTP

umożliwiająca odczyt

temperatury oraz sterowanie

diodą LED przez przeglądarkę

Protokół HTTP ( HyperText Trans-

fer Protocol ) jest wykorzystywany

do przeglądania stron www. Jest

on oparty na mechanizmie pyta-

nie–odpowiedź. Klient żąda prze-

słania strony z serwera www, od-

powiedzią jest przesłanie strony do

klienta. Protokół HTTP wykorzystuje

port o numerze 80. Po udzieleniu

odpowiedzi na zapytanie klienta

połączenie jest zrywane do czasu

otrzymania następnego zapytania.

W zapytaniach wykorzystuje się kil-

ka metod jak: GET , HEAD , POST ,

PUT itp. W przykładowej aplikacji

będą wykorzystywane głównie meto-

dy GET , HEAD oraz POST . Metoda

GET jest wykorzystana w zapytaniu

do żądania przesłania strony www

o określonym adresie. Podobna do

GET jest metoda HEAD , która nie

zwraca do klienta treści przesyłki.

Inaczej jest z metodą POST (wy-

korzystywaną podczas przesyłania

danych z formularzy) pozwalająca

żądać od serwera przyjęcia załą-

czonych danych jako nowej, skiero-

wanej do niego publikacji. Protokół

HTTP jest prosty w działaniu. Ser-

wer po otrzymaniu np. metody GET

z adresem strony, wysyła do klienta

(przeglądarki) ciąg znaków strony

www napisanej np. w HTML. W ra-

mach tego przykładu zostanie przed-

stawiona aplikacja serwera HTTP,

który na zapytanie klienta (wysła-

nie adresu /index.htm) wysyła stro-

nę powitalną, na której umieszcza

zmierzoną przez niego czujnikiem

DS18B20 temperaturę. Dodatkowo

Listingi do artykułu

są umieszczone na płycie

CD-EP6/2006B oraz na stronie

http://download.ep.com.pl

Jak mówi stare przysłowie: „co dwie głowy to nie jedna”. A gdy

głów tych będą tysiące, a nawet miliony? Aż strach pomyśleć.

Tymczasem taką globalną siłę intelektu mamy dziś w zasięgu

ręki, ba – nawet z niej korzystamy. Wszystko za pośrednictwem

terabajtów informacji, które w każdej sekundzie przesyłane są

olbrzymią siecią informatyczną oplatającą całą kulę ziemską.

z poziomu przeglądarki umożliwia

wysłanie (z wykorzystaniem formula-

rza i metody POST ) danych o stanie

diody LED (możliwe włączenie lub

wyłączenie diody LED). W serwerze

HTTP jest także możliwość włącze-

nia autoryzacji poprzez ustawienie

odpowiedniej stałej. Aby otrzymać

żądaną stronę należy w takim przy-

padku podać nazwę użytkownika

i hasło. Do zestawu TCP/IP zo-

stał dołączony czujnik temperatury

DS18B20 oraz dioda LED w sposób

pokazany na rys. 16 . Na wyświetla-

czu LCD zestawu będzie wyświetla-

ny komunikat powitalny oraz zmie-

rzona temperatura. Dodatkowe in-

formacje o pracy serwera będą tak-

że wysyłane przez interfejs RS232

do komputerowego terminala. Na

list. 8 przestawiono program pracu-

jący jako serwer HTTP. W pierwszej

kolejności konﬁgurowany jest wy-

świetlacz LCD oraz moduł TCP/IP.

Linia, do której została dołączona

dioda LED oraz linia będąca magi-

stralą 1Wire jest konﬁgurowana jako

wyjście. W programie występuje jed-

na procedura Pom_temp służąca do

odczytu temperatury z termometru

DS18B20. W tej procedurze w pierw-

szej kolejności wysyłany jest rozkaz

pomiaru. Po opóźnieniu ok. 1 se-

kundy następuje odczyt temperatu-

ry oraz odpowiednia jej konwersja

Rys. 17. Okno autoryzacji

do dokładności równej 1 o C. War-

tość zmierzonej temperatury zosta-

je zapisana w postaci tekstowej do

zmiennej Temperature . W programie

występuje stała Authenticate . Jeśli

ma wartość równą 1, przy dostęp-

nie do strony www będzie dodat-

kowo przeprowadzana autoryzacja.

Aby otrzymać stronę www, należy

podać login oraz hasło. Instrukcje

obsługujące protokół HTTP działają

w nieskończonej pętli do–loop . In-

strukcja wyboru case jest identycz-

na jak w poprzednich programach.

Ponieważ aplikacja pracuje jako

serwer, gniazdo zostaje otwarte do-

piero po sprawdzeniu statusu. Jeśli

gniazdo jest zamknięte ( Sock_clo-

sed ), następuje otwarcie gniazda

z portem 80 charakterystycznym dla

Rys. 16. Sposób dołączenia czujnika

temperatury DS18B20 oraz diody LED

do zestawu TCP/IP

108

Elektronika Praktyczna 7/2006

K U R S

Rys. 18. Wygląd pobranej z serwera strony WWW

ne w formacie Base64 .

W opisywanym przy-

kładzie loginem jest

test i hasłem jest rów-

nież test . W dalszej

kolejności z otrzyma-

nych danych odczyty-

wany jest login i hasła

i dekodowane funkcją

base64dec . Jeśli login

i hasło są identyczne

z tymi, które zapisa-

no w programie, to

zmiennej Bauth zostaje

przypisana wartość 1

(wyłączenie ponownej

autoryzacji). Także do

zmiennej Ipcon zostaje zapisany

adres IP klienta. Jest on zapamię-

tywany, aby po odświeżeniu strony

nie była przeprowadzana ponowna

autoryzacja, aż do zamknięcia prze-

glądarki www. Po przeprowadzonej

poprawnie autoryzacji, do przeglą-

darki zostaje wysłane polecenie

o kodzie 200 informujące, że będzie

wysyłana strona www. W przypadku

wyłączonej autoryzacji także będzie

wysyłane identyczne polecenie. Po

wysłaniu tego typu polecenia, na-

stępuje skok do podprogramu struc ,

w którym jest wysyłana strona

www. Do klienta najpierw należy

wysłać informację o tym, ile danych

będzie wysyłanych, po czy można

wysłać samą stronę www. Przed

wysłaniem strony www, do prze-

glądarki jest wysyłany komunikat

Content–Type: text/html , informujący

o formie zapisu strony www (zapis

w języku HTML). W pierwszej kolej-

ności sprawdzany jest adres żądanej

strony www. Jeśli jest identyczny

z /index.htm , to wysyłana jest stro-

na www, przy czym w pierwszej

kolejności obliczana jest liczba da-

nych, jaka będzie wysyłana do

przeglądarki. Liczba danych jest ob-

liczana z wykorzystaniem instrukcji

Len . Obliczenia są prowadzone aż

do napotkania tekstu końca strony

</body></html> . Liczba wysy-

łanych danych jest zapisywana

w zmiennej wsize . Jest ona wy-

syłana za komunikatem Content–

–Length: . Na liczbę wysyłanych da-

nych mają wpływ nie tylko dane

zapisane w HTML samej strony, ale

uwzględniana jest też wartość zmie-

rzonej temperatury oraz stan diody

LED. Strona www została zapisana

w pamięci programu za pomocą in-

strukcji data . Jest ona identyﬁkowa-

na etykietą www. Do odczytu tych

danych wykorzystywane są instruk-

cje restore oraz read . Po wysłaniu

do przeglądarki liczby przesyłanych

danych następuje wysłanie strony

www odczytywanej kolejno z pamię-

ci programu. W kod strony podczas

jej wysyłania wplatana jest wartość

temperatury oraz stan diody LED.

W przypadku otrzymania strony

www o nazwie innej niż /index.htm ,

wysyłana jest strona www, która

powoduje przekierowanie strony na

adres /index.htm . Tak jak w przy-

padku głównej strony, najpierw ob-

liczana jest i wysyłana liczba da-

nych, a następnie sama strona www

informująca o przekierowaniu. W ko-

dzie HTML instrukcja:

meta HTTP–EQUIV=”refresh”

CONTENT=”5”

powoduje, że strona www bę-

dzie automatycznie odświeżana co

5 sekund. Znaki o kodzie ASCII

034 to znaki cudzysłowia (”). Wspo-

minaliśmy wcześniej o możliwości

sterowania przez serwer diodą LED

z poziomu przeglądarki. Wykorzysta-

no do tego celu przyciski wysłania

formularza przy pomocy metody

POST . Instrukcje zapisane w HTML

realizujące wysłanie formularza

z komunikatem zapalenia diody LED

są następujące:

<input type=”hidden”

name=”ledon”>

<input type=”submit value=”LED

ON”><br><br></form>

Dla przycisku wyłączającego dio-

dę LED, instrukcje będą podobne,

z tym że wyraz ledon zostanie za-

stąpiony wyrazem ledoff . Naciśnię-

cie przycisku spowoduje wysłanie

do serwera zapytania z wykorzy-

staniem metody POST . Po wykry-

ciu przez serwer tej metody wy-

konywany jest podprogram page ,

a zmiennej Bcmd zostaje przypisa-

na wartość 2. W przypadku metody

POST wykrywany jest komunikat

Content–Length: z którym związana

jest liczba wysłanych przez prze-

glądarkę danych. Liczba wysłanych

danych z przeglądarki jest zapisy-

wana do zmiennej Bcontent . Jeśli

zmienna Bcmd jest równa 2, przy

metodzie POST po instrukcjach au-

toryzacji następuje odczyt danych

wysłanych po naciśnięciu przycisku

wysyłającego formularz. Wysłane

dane są odczytywane do zmiennej

Buf leżącej w tej samej przestrzeni

adresowej pamięci mikrokontrolera

co zmienna s . Liczbę odbieranych

protokołu HTTP. Kolejna instruk-

cja konﬁguruje otwarte gniazdo do

pracy w trybie serwera (nasłuchu).

W przypadku otrzymania statusu

Sock_close_wait , otwarte gniazdo

zostaje zamknięte, co ma miejsce

po wysłaniu strony www do klien-

ta. Po otrzymaniu statusu Sock_es-

tablished świadczącego o żądaniu

klienta, sprawdzany jest jego adres

IP (pobrany za pomocą instruk-

cji getdstip ) z adresem znajdującym

się w zmiennej Ippon . Jeśli adresy

są różne, zmienna Bauth przyjmuje

wartość 0. Porównanie adresów jest

wykonywane, aby autoryzacja była

jednorazowa dla danego klienta,

a nie wymagana po każdorazowym

odświeżeniu strony www w prze-

glądarce. W dalszej części programu

sprawdzane jest czy są jakieś dane

do odebrania. Jeśli są, sprawdza-

na jest metoda zapytania. Jeśli jest

to GET lub HEAD , zmienna BCMD

przyjmuje wartość 1 oraz następuje

skok do podprogramu page . W tym

podprogramie z otrzymanych danych

z przeglądarki zostaje odczytana na-

zwa żądanej strony www. Nazwa

żądanej strony zostaje zapisana do

zmiennej Shtml . Jeśli autoryzacja

zostaje włączona i sprawdzane ad-

resy IP są różne (zmienna Bauth

wynosi 0), do przeglądarki klienta

jest wysyłane polecenie o kodzie

401, będące żądaniem autoryzacji.

W kolejnej linii wysyłana jest na-

zwa serwera, który żąda autoryzacji.

Będzie ona wyświetlana w okienku

autoryzacji, które zostało pokazane

na rys. 17 . Po wysłaniu informacji

o autoryzacji, następuje ponowne

oczekiwanie na dane od klienta. Je-

śli w otrzymanych danych znajdu-

je się tekst Authorization: Basic , to

znaczy że otrzymano z przeglądarki

nazwę użytkownika i hasło kodowa-

Elektronika Praktyczna 7/2006

109

K U R S

Rys. 19. Postać informacji wysłanych przez mikrokontroler do terminala

podczas działania serwera HTTP

Na rys. 19

przedstawio-

no informa-

cje wysłane

przez mi-

krokontroler

do terminala

podczas dzia-

łania serwe-

ra HTTP. Na

podstawie

opisanego

wyżej ser-

wera HTTP

pokazano

jak wykorzystując język

HTML zaprezentować na

stronie www informacje

uzyskane z czujnika tem-

peratury oraz jak można

sterować układem wyko-

nawczym, którym wcale

nie musi być dioda LED

– równie dobrze może to

być np. przekaźnik, czy

triak załączający urządze-

nie o większym obciąże-

niu.

cjach (po odpowiednich

przeróbkach). Dokładniej-

szych informacji o proto-

kołach TCP i UDP należy

szukać w dokumentach

RFC. W artykule nie wy-

czerpano wszystkich za-

gadnień. Nie przedstawio-

no także wszystkich moż-

liwych instrukcji zwią-

zanych z modułem TCP,

a dokładnie biblioteką

tcpip.lbx jak np.: getdst-

port , która umożliwia od-

czyt portu podłączonego

klienta, udpwrite wysyłają-

ca protokołem UDP dane

czy instrukcji maketcp,

która formatuje adres IP

do zmiennej LONG. Pod-

czas testów programów

bardzo pomocny okazuje

się komputerowy terminal

oraz program easytcp.exe .

Jeśli Czytelnicy będą

zainteresowani tą tematy-

ką, w przyszłości zostaną

przedstawione kolejne apli-

kacje, jak serwer DHCP

czy FTP, a także aplikacje

umożliwiające połączenie

się z Ethernetem czy In-

ternetem za pomocą naj-

prostszego mikrokontrolera

wykorzystującego do tego

interfejs I 2 C (potrzebnych

jest tylko kilka linii mi-

krokontrolera). Tego typu

komunikację umożliwia

wykorzystywany w artyku-

le moduł IIM7000A lub

IIM7010. Prosimy o listy

w tej sprawie.

Marcin Wiązania, EP

marcin.wiazania@ep.com.pl

danych wskazuje zmienna

Bcontent . Jeśli otrzymano

tekst ledon , dioda LED

zostaje zapalona, a jeśli le-

doff dioda zostaje zgaszo-

na. Temperatura jest mie-

rzona zawsze po wysłaniu

strony www. W tym cza-

sie jest także wyświetla-

na na wyświetlaczu LCD.

Aby pobrać stronę www

z serwera, w przeglądarce

należy wpisać następujący

adres: http://192.168.1.8/

index.html

Po zalogowaniu

(rys. 17) zostaje wyświe-

tlona strona www, która

automatycznie jest od-

świeżana co 5 sekund.

Na rys. 18 przedstawiono

wygląd pobranej z serwera

strony www. Wyświetla-

na jest na niej zmierzo-

na temperatura oraz stan

diody LED. Przycisk LED

ON włącza diodę LED,

a LED OFF wyłącza ją.

Podsumowanie

Wykorzystywanie

Ethernetu oraz Interne-

tu w wielu nietypowych

aplikacjach będzie się co-

raz bardziej rozpowszech-

niało. Już dziś można

w prosty sposób dołączyć

do sieci mikrokontroler 8–

–bitowy, co zostało przed-

stawione w przykładach.

Miejmy nadzieję, że opi-

sane w artykule programy

wykorzystujące protokoły

TCP i UDP wiele wyja-

śniły i że będą przydatne

w wielu własnych aplika-

110

Elektronika Praktyczna 7/2006

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: