Arduino - Trazador web
En este tutorial, aprenderemos a construir un graficador web que se asemeje al Serial Plotter del IDE de Arduino. Con este sistema, podrás monitorear datos en tiempo real desde un Arduino usando un navegador web en tu teléfono inteligente o computadora. Los datos se mostrarán en un formato de gráfico, similar a lo que ves en el Serial Plotter del IDE de Arduino.
Hardware Requerido
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Cómo funciona Web Plotter
Así es como funciona el proceso:
- El código de Arduino configura tanto un servidor web como un servidor WebSocket.
- Cuando un usuario accede a la página web alojada en la placa Arduino a través de un navegador, el servidor web envía el contenido de la página (HTML, CSS, JavaScript) de vuelta al navegador.
- El código JavaScript de la página web crea un gráfico que se asemeja al Serial Plotter.
- Cuando un usuario hace clic en el botón de conexión en la página, el JavaScript inicia una conexión WebSocket con el servidor WebSocket en la placa Arduino.
- El Arduino transmite datos al navegador web a través de esta conexión WebSocket en un formato similar al utilizado por el Serial Plotter (detalles en la siguiente sección).
- El código JavaScript en el navegador web recibe estos datos y los traza en el gráfico.
El formato de datos que Arduino envía al plotter web
Para trazar varias variables, necesitamos separar las variables entre sí mediante “\t” o el carácter " ". El último valor DEBE terminar con los caracteres “\r\n”.
En detalle:
- La primera variable
webSocket->broadcastTXT(variable_1);
- Las variables intermedias
webSocket->broadcastTXT(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values.
webSocket->broadcastTXT(variable_2);
webSocket->broadcastTXT(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values.
webSocket->broadcastTXT(variable_3);
- La última variable
webSocket->broadcastTXT(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values.
webSocket->broadcastTXT(variable_4);
webSocket->broadcastTXT("\r\n"); // the last value is terminated by a carriage return and a newline characters.
Para obtener más detalles, consulte el tutorial Arduino - Serial Plotter.
Código de Arduino - Plotter Web
El contenido de la página web (HTML, CSS y JavaScript) se almacena por separado en un archivo index.h. Así que tendremos dos archivos de código en el IDE de Arduino:
- Un archivo .ino con código de Arduino que crea un servidor web y un servidor WebSocket
- Un archivo .h que contiene el contenido de la página web
Pasos R\u00e1pidos
- Si es la primera vez que usas Arduino Uno R4, consulta cómo configurar el entorno para Arduino Uno R4 en Arduino IDE.
- Conecta la placa Arduino a tu PC mediante un cable micro USB.
- Abre Arduino IDE en tu PC.
- Selecciona la placa Arduino correcta (Arduino Uno R4 WiFi) y el puerto COM.
- Abre el Administrador de Bibliotecas haciendo clic en el icono Administrador de Bibliotecas en la barra de navegación izquierda de Arduino IDE.
- Busca Servidor Web para Arduino Uno R4 WiFi y localiza la biblioteca Web Server creada por DIYables.
- Haz clic en el botón Instalar para instalar la biblioteca Web Server.
- En Arduino IDE, crea un sketch nuevo. Dale un nombre, por ejemplo, ArduinoGetStarted.com.ino
- Copia el código que se muestra abajo y ábrelo con Arduino IDE
/*
* Este código de Arduino fue desarrollado por es.newbiely.com
* Este código de Arduino se proporciona al público sin ninguna restricción.
* Para tutoriales completos y diagramas de cableado, visite:
* https://es.newbiely.com/tutorials/arduino/arduino-web-plotter
*/
#include <UnoR4WiFi_WebServer.h>
#include "index.h"
// WiFi credentials
const char WIFI_SSID[] = "YOUR_WIFI_SSID";
const char WIFI_PASSWORD[] = "YOUR_WIFI_PASSWORD";
// Create web server instance
UnoR4WiFi_WebServer server(80);
UnoR4WiFi_WebSocket* webSocket;
int last_update = 0;
// Page handlers
void handleHome(WiFiClient& client, const String& method, const String& request, const QueryParams& params, const String& jsonData) {
server.sendResponse(client, HTML_CONTENT);
}
// WebSocket event handlers
void onWebSocketOpen(net::WebSocket& ws) {
Serial.println("New WebSocket connection");
}
void onWebSocketMessage(net::WebSocket& ws, const net::WebSocket::DataType dataType, const char* message, uint16_t length) {
// no message from plotter
}
void onWebSocketClose(net::WebSocket& ws, const net::WebSocket::CloseCode code, const char* reason, uint16_t length) {
Serial.println("WebSocket client disconnected");
}
void setup() {
Serial.begin(9600);
delay(1000);
// TO DO
Serial.println("Arduino Uno R4 WiFi - WebSocket Server");
// Configure web server routes
server.addRoute("/", handleHome);
// Start web server with WiFi connection
server.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
// Enable WebSocket functionality
webSocket = server.enableWebSocket(81);
if (webSocket != nullptr) {
// Set up WebSocket event handlers
webSocket->onOpen(onWebSocketOpen);
webSocket->onMessage(onWebSocketMessage);
webSocket->onClose(onWebSocketClose);
} else {
Serial.println("Failed to start WebSocket server");
}
}
void loop() {
// Handle HTTP requests and WebSocket connections using the library
server.handleClient();
server.handleWebSocket();
if (millis() - last_update > 500) {
last_update = millis();
String variable_1 = String(random(0, 100));
String variable_2 = String(random(0, 100));
String variable_3 = String(random(0, 100));
String variable_4 = String(random(0, 100));
// TO SERIAL PLOTTER
Serial.print(variable_1);
Serial.print(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values.
Serial.print(variable_2);
Serial.print(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values.
Serial.print(variable_3);
Serial.print(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values.
Serial.println(variable_4); // the last value is terminated by a carriage return and a newline characters.
// TO WEB PLOTTER
webSocket->broadcastTXT(variable_1);
webSocket->broadcastTXT(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values.
webSocket->broadcastTXT(variable_2);
webSocket->broadcastTXT(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values.
webSocket->broadcastTXT(variable_3);
webSocket->broadcastTXT(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values.
webSocket->broadcastTXT(variable_4);
webSocket->broadcastTXT("\r\n"); // the last value is terminated by a carriage return and a newline characters.
}
delay(10);
}
- Modifique la información de WiFi (SSID y contraseña) en el código para que coincida con las credenciales de su propia red.
- Cree el archivo index.h en el IDE de Arduino haciendo:
- O haga clic en el botón justo debajo del icono del monitor serie y elija Nueva pestaña, o use las teclas Ctrl+Shift+N.
- Escribe el nombre del archivo index.h y haz clic en el botón Aceptar
- Copia el código de abajo y pégalo en el index.h.
- Ahora tienes el código en dos archivos: ArduinoGetStarted.com.ino y index.h
- Haz clic en el botón Subir en el IDE de Arduino para subir el código a Arduino.
- Abre el Monitor Serial
- Revisa el resultado en el Monitor Serial.
- Toma nota de la dirección IP que se muestra y escribe esa dirección en la barra de direcciones de un navegador web en tu teléfono inteligente o PC.
- Verás la página web como se muestra a continuación:
- Haz clic en el botón CONECTAR para conectar la página web con Arduino a través de WebSocket.
- Verás que el plotter muestra los datos como en la imagen siguiente.
- Puedes abrir el Plotter Serial en el IDE de Arduino para comparar con el Plotter Web en el navegador.
- Si modifica el contenido HTML en el index.h y no toca nada en el archivo ArduinoGetStarted.com.ino, al compilar y cargar el código en Arduino, Arduino IDE no actualizará el contenido HTML.
- Para que Arduino IDE actualice el contenido HTML en este caso, realice un cambio en el ArduinoGetStarted.com.ino (p. ej. añadir una línea en blanco, añadir un comentario...).
/*
* Este código de Arduino fue desarrollado por es.newbiely.com
* Este código de Arduino se proporciona al público sin ninguna restricción.
* Para tutoriales completos y diagramas de cableado, visite:
* https://es.newbiely.com/tutorials/arduino/arduino-web-plotter
*/
const char *HTML_CONTENT = R"=====(
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Arduino - Web Plotter</title>
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=0.7">
<style>
body {text-align: center; height: 750px; }
h1 {font-weight: bold; font-size: 20pt; padding-bottom: 5px; color: navy; }
h2 {font-weight: bold; font-size: 15pt; padding-bottom: 5px; }
button {font-weight: bold; font-size: 15pt; }
#footer {width: 100%; margin: 0px; padding: 0px 0px 10px 0px; bottom: 0px; }
.sub-footer {margin: 0 auto; position: relative; width:400px; }
.sub-footer a {position: absolute; font-size: 10pt; top: 3px; }
</style>
<script>
var COLOR_BACKGROUND = "#FFFFFF";
var COLOR_TEXT = "#000000";
var COLOR_BOUND = "#000000";
var COLOR_GRIDLINE = "#F0F0F0";
//var COLOR_LINE = ["#33FFFF", "#FF00FF", "#FF0000", "#FF8C00", "#00FF00"];
//var COLOR_LINE = ["#0000FF", "#FF0000", "#00FF00", "#FF8C00", "#00FF00"];
//var COLOR_LINE = ["#33FFFF", "#FF0000", "#00FF00", "#FF8C00", "#00FF00"];
var COLOR_LINE = ["#0000FF", "#FF0000", "#009900", "#FF9900", "#CC00CC", "#666666", "#00CCFF", "#000000"];
var LEGEND_WIDTH = 10;
var X_AXIS_TITLE_HEIGHT = 40;
var Y_AXIS_TITLE_WIDTH = 40;
var X_AXIS_VALUE_HEIGHT = 40;
var Y_AXIS_VALUE_WIDTH = 50;
var PLOT_AREA_PADDING_TOP = 30;
var PLOT_AREA_PADDING_RIGHT = 30;
var X_GRIDLINE_NUM = 5;
var Y_GRIDLINE_NUM = 4;
var WSP_SIZE_TYPE = 1; /* 0: Fixed size, 1: full screen */
var WSP_WIDTH = 400;
var WSP_HEIGHT = 200;
var MAX_SAMPLE = 50; // in sample
var X_AXIS_MIN = 0;
var X_AXIS_MAX = MAX_SAMPLE;
var Y_AXIS_AUTO_SCALE = 1; /* 0: y axis fixed range, 1: y axis auto scale */
var Y_AXIS_MIN = -5;
var Y_AXIS_MAX = 5;
var X_AXIS_TITLE = "X";
var Y_AXIS_TITLE = "Y";
var plot_area_width;
var plot_area_height;
var plot_area_pivot_x;
var plot_area_pivot_y;
var sample_count = 0;
var buffer = "";
var data = [];
var ws;
var canvas;
var ctx;
function init()
{
canvas = document.getElementById("graph");
canvas.style.backgroundColor = COLOR_BACKGROUND;
ctx = canvas.getContext("2d");
canvas_resize();
setInterval(update_view, 1000 / 60);
}
function connect_onclick()
{
if(ws == null)
{
ws = new WebSocket("ws://" + window.location.host + ":81");
document.getElementById("ws_state").innerHTML = "CONNECTING";
ws.onopen = ws_onopen;
ws.onclose = ws_onclose;
ws.onmessage = ws_onmessage;
ws.binaryType = "arraybuffer";
}
else
ws.close();
}
function ws_onopen()
{
document.getElementById("ws_state").innerHTML = "<span style='color: blue'>CONNECTED</span>";
document.getElementById("bt_connect").innerHTML = "Disconnect";
}
function ws_onclose()
{
document.getElementById("ws_state").innerHTML = "<span style='color: gray'>CLOSED</span>";
document.getElementById("bt_connect").innerHTML = "Connect";
ws.onopen = null;
ws.onclose = null;
ws.onmessage = null;
ws = null;
}
function ws_onmessage(e_msg)
{
e_msg = e_msg || window.event; // MessageEvent
console.log(e_msg.data);
buffer += e_msg.data;
buffer = buffer.replace(/\r\n/g, "\n");
buffer = buffer.replace(/\r/g, "\n");
while(buffer.indexOf("\n") == 0)
buffer = buffer.substr(1);
if(buffer.indexOf("\n") <= 0)
return;
var pos = buffer.lastIndexOf("\n");
var str = buffer.substr(0, pos);
var new_sample_arr = str.split("\n");
buffer = buffer.substr(pos + 1);
for(var si = 0; si < new_sample_arr.length; si++)
{
var str = new_sample_arr[si];
var arr = [];
if(str.indexOf("\t") > 0)
arr = str.split("\t");
else
arr = str.split(" ");
for(var i = 0; i < arr.length; i++)
{
var value = parseFloat(arr[i]);
if(isNaN(value))
continue;
if(i >= data.length)
{
var new_line = [value];
data.push(new_line); // new line
}
else
data[i].push(value);
}
sample_count++;
}
for(var line = 0; line < data.length; line++)
{
while(data[line].length > MAX_SAMPLE)
data[line].splice(0, 1);
}
if(Y_AXIS_AUTO_SCALE)
auto_scale();
}
function map(x, in_min, in_max, out_min, out_max)
{
return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min;
}
function get_random_color()
{
var letters = '0123456789ABCDEF';
var _color = '#';
for (var i = 0; i < 6; i++)
_color += letters[Math.floor(Math.random() * 16)];
return _color;
}
function update_view()
{
if(sample_count <= MAX_SAMPLE)
X_AXIS_MAX = sample_count;
else
X_AXIS_MAX = 50;
ctx.clearRect(0, 0, WSP_WIDTH, WSP_HEIGHT);
ctx.save();
ctx.translate(plot_area_pivot_x, plot_area_pivot_y);
ctx.font = "bold 20px Arial";
ctx.textBaseline = "middle";
ctx.textAlign = "center";
ctx.fillStyle = COLOR_TEXT;
// draw X axis title
if(X_AXIS_TITLE != "")
{
ctx.fillText(X_AXIS_TITLE, plot_area_width / 2, X_AXIS_VALUE_HEIGHT + X_AXIS_TITLE_HEIGHT / 2);
}
// draw Y axis title
if(Y_AXIS_TITLE != "")
{
ctx.rotate(-90 * Math.PI / 180);
ctx.fillText(Y_AXIS_TITLE, plot_area_height / 2, -Y_AXIS_VALUE_WIDTH - Y_AXIS_TITLE_WIDTH / 2);
ctx.rotate(90 * Math.PI / 180);
}
ctx.font = "16px Arial";
ctx.textAlign = "right";
ctx.strokeStyle = COLOR_BOUND;
for(var i = 0; i <= Y_GRIDLINE_NUM; i++)
{
var y_gridline_px = -map(i, 0, Y_GRIDLINE_NUM, 0, plot_area_height);
y_gridline_px = Math.round(y_gridline_px) + 0.5;
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(0, y_gridline_px);
ctx.lineTo(plot_area_width, y_gridline_px);
ctx.stroke();
ctx.strokeStyle = COLOR_BOUND;
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(-7 , y_gridline_px);
ctx.lineTo(4, y_gridline_px);
ctx.stroke();
var y_gridline_value = map(i, 0, Y_GRIDLINE_NUM, Y_AXIS_MIN, Y_AXIS_MAX);
y_gridline_value = y_gridline_value.toFixed(1);
ctx.fillText(y_gridline_value + "", -15, y_gridline_px);
ctx.strokeStyle = COLOR_GRIDLINE;
}
ctx.strokeStyle = COLOR_BOUND;
ctx.textAlign = "center";
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(0.5, y_gridline_px - 7);
ctx.lineTo(0.5, y_gridline_px + 4);
ctx.stroke();
for(var i = 0; i <= X_GRIDLINE_NUM; i++)
{
var x_gridline_px = map(i, 0, X_GRIDLINE_NUM, 0, plot_area_width);
x_gridline_px = Math.round(x_gridline_px) + 0.5;
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(x_gridline_px, 0);
ctx.lineTo(x_gridline_px, -plot_area_height);
ctx.stroke();
ctx.strokeStyle = COLOR_BOUND;
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(x_gridline_px, 7);
ctx.lineTo(x_gridline_px, -4);
ctx.stroke();
var x_gridline_value;
if(sample_count <= MAX_SAMPLE)
x_gridline_value = map(i, 0, X_GRIDLINE_NUM, X_AXIS_MIN, X_AXIS_MAX);
else
x_gridline_value = map(i, 0, X_GRIDLINE_NUM, sample_count - MAX_SAMPLE, sample_count);;
ctx.fillText(x_gridline_value.toString(), x_gridline_px, X_AXIS_VALUE_HEIGHT / 2 + 5);
ctx.strokeStyle = COLOR_GRIDLINE;
}
//ctx.lineWidth = 2;
var line_num = data.length;
for(var line = 0; line < line_num; line++)
{
// draw graph
var sample_num = data[line].length;
if(sample_num >= 2)
{
var y_value = data[line][0];
var x_px = 0;
var y_px = -map(y_value, Y_AXIS_MIN, Y_AXIS_MAX, 0, plot_area_height);
if(line == COLOR_LINE.length)
COLOR_LINE.push(get_random_color());
ctx.strokeStyle = COLOR_LINE[line];
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(x_px, y_px);
for(var i = 0; i < sample_num; i++)
{
y_value = data[line][i];
x_px = map(i, X_AXIS_MIN, X_AXIS_MAX -1, 0, plot_area_width);
y_px = -map(y_value, Y_AXIS_MIN, Y_AXIS_MAX, 0, plot_area_height);
ctx.lineTo(x_px, y_px);
}
ctx.stroke();
}
// draw legend
var x = plot_area_width - (line_num - line) * LEGEND_WIDTH - (line_num - line - 1) * LEGEND_WIDTH / 2;
var y = -plot_area_height - PLOT_AREA_PADDING_TOP / 2 - LEGEND_WIDTH / 2;
ctx.fillStyle = COLOR_LINE[line];
ctx.beginPath();
ctx.rect(x, y, LEGEND_WIDTH, LEGEND_WIDTH);
ctx.fill();
}
ctx.restore();
}
function canvas_resize()
{
canvas.width = 0; // to avoid wrong screen size
canvas.height = 0;
if(WSP_SIZE_TYPE)
{ // full screen
document.getElementById('footer').style.position = "fixed";
var width = window.innerWidth - 20;
var height = window.innerHeight - 20;
WSP_WIDTH = width;
WSP_HEIGHT = height - document.getElementById('header').offsetHeight - document.getElementById('footer').offsetHeight;
}
canvas.width = WSP_WIDTH;
canvas.height = WSP_HEIGHT;
ctx.font = "16px Arial";
var y_min_text_size = ctx.measureText(Y_AXIS_MIN.toFixed(1) + "").width;
var y_max_text_size = ctx.measureText(Y_AXIS_MAX.toFixed(1) + "").width;
Y_AXIS_VALUE_WIDTH = Math.round(Math.max(y_min_text_size, y_max_text_size)) + 15;
plot_area_width = WSP_WIDTH - Y_AXIS_VALUE_WIDTH - PLOT_AREA_PADDING_RIGHT;
plot_area_height = WSP_HEIGHT - X_AXIS_VALUE_HEIGHT - PLOT_AREA_PADDING_TOP;
plot_area_pivot_x = Y_AXIS_VALUE_WIDTH;
plot_area_pivot_y = WSP_HEIGHT - X_AXIS_VALUE_HEIGHT;
if(X_AXIS_TITLE != "")
{
plot_area_height -= X_AXIS_TITLE_HEIGHT;
plot_area_pivot_y -= X_AXIS_TITLE_HEIGHT;
}
if(Y_AXIS_TITLE != "")
{
plot_area_width -= Y_AXIS_TITLE_WIDTH;
plot_area_pivot_x += Y_AXIS_TITLE_WIDTH;
}
ctx.lineWidth = 1;
}
function auto_scale()
{
if(data.length >= 1)
{
var max_arr = [];
var min_arr = [];
for(var i = 0; i < data.length; i++)
{
if(data[i].length >= 1)
{
var max = Math.max.apply(null, data[i]);
var min = Math.min.apply(null, data[i]);
max_arr.push(max);
min_arr.push(min);
}
}
var max = Math.max.apply(null, max_arr);
var min = Math.min.apply(null, min_arr);
var MIN_DELTA = 10.0;
if((max - min) < MIN_DELTA)
{
var mid = (max + min) / 2;
max = mid + MIN_DELTA / 2;
min = mid - MIN_DELTA / 2;
}
var range = max - min;
var exp;
if (range == 0.0)
exp = 0;
else
exp = Math.floor(Math.log10(range / 4));
var scale = Math.pow(10, exp);
var raw_step = (range / 4) / scale;
var step;
potential_steps =[1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 8.0, 10.0];
for (var i = 0; i < potential_steps.length; i++)
{
if (potential_steps[i] < raw_step)
continue;
step = potential_steps[i] * scale;
Y_AXIS_MIN = step * Math.floor(min / step);
Y_AXIS_MAX = Y_AXIS_MIN + step * (4);
if (Y_AXIS_MAX >= max)
break;
}
var count = 5 - Math.floor((Y_AXIS_MAX - max) / step);
Y_AXIS_MAX = Y_AXIS_MIN + step * (count - 1);
ctx.font = "16px Arial";
var y_min_text_size = ctx.measureText(Y_AXIS_MIN.toFixed(1) + "").width;
var y_max_text_size = ctx.measureText(Y_AXIS_MAX.toFixed(1) + "").width;
Y_AXIS_VALUE_WIDTH = Math.round(Math.max(y_min_text_size, y_max_text_size)) + 15;
plot_area_width = WSP_WIDTH - Y_AXIS_VALUE_WIDTH - PLOT_AREA_PADDING_RIGHT;
plot_area_pivot_x = Y_AXIS_VALUE_WIDTH;
}
}
window.onload = init;
</script>
</head>
<body onresize="canvas_resize()">
<h1 id="header">Arduino - Web Plotter</h1>
<canvas id="graph"></canvas>
<br>
<div id="footer">
<div class="sub-footer">
<h2>WebSocket <span id="ws_state"><span style="color: gray">CLOSED</span></span></h2>
</div>
<button id="bt_connect" type="button" onclick="connect_onclick();">Connect</button>
</div>
</body>
</html>
)=====";
COM6
Arduino Uno R4 WiFi - WebSocket Server
Connected! IP Address: 192.168.0.254
SSID: YOUR_WIFI_SSID
IP Address: 192.168.0.254
Signal strength (RSSI): -44 dBm
WebSocket server started on port 81
WebSocket URL: ws://192.168.0.254:81
WebSocket server enabled successfully
Autoscroll
Clear output
9600 baud
Newline
※ Nota:
Explicación del código línea por línea
El código de Arduino anterior contiene una explicación línea por línea. Por favor, lea los comentarios en el código.