Tutorial Ethernet Shield y Arduino

En este tutorial se realizará un ejemplo sencillo  para entender el funcionamiento del Shield Ethernet, a través del cual accederemos a nuestro Arduino desde internet, controlaremos las salidas digitales y visualizaremos las entradas digitales y analógicas desde un navegador web.

Con este shield ethernet se abren innumerables opciones para controlar tu Arduino a través de Internet o de la LAN de tu casa. Domótica, automatización, Internet de las cosas (IoT), control y monitoreo remoto, etc, son algunos de los campos donde se puede utilizar este shield. Es compatible con el Arduino Uno y Mega, además las librerías Ethernet y SD vienen incluidas en el IDE de Arduino, por lo que no hay necesidad de descargarlas.

El shield posee un conector RJ45 estándar para ethernet. El botón de reset reinicia tanto el shield como el Arduino. Una gran ventaja de este shield es que es apilable, por lo que podrás disponer de todos sus pines en otros shields.

 
Se encuentra bastante documentación y ejemplos en internet, para desarrollar este tutorial partimos de la documentación oficial de ethernet shield:

                https://www.arduino.cc/en/Reference/Ethernet

Para realizar el Tutorial necesitamos un Arduino Uno, un Shield Ethernet, potenciometros, Leds, protoboard, cables DuPont y un cable Ethernet para conectarnos a nuestro Modem, router o switch

La conexión consiste en solo poner el shield sobre el Arduino y conectar el cable ethernet a un router o modem, y con eso estamos listo para programar.

Para alimentarlo se lo puede hacer con el cable USB conectado a la PC, pero se recomienda usar una fuente externa, sobre todo si después se va a trabajar con más módulos.

Probando el ejemplo Web Server de la librería Ethernet de Arduino.

Para ver si todo está bien, y nuestro shield, router y Arduino en conjunto trabajan bien, cargamos el ejemplo que tiene la librería ethernet, para esto en nuestro IDE Arduino , vamos a Archivo>Ejemplos>Ethernet>WebServer.

Antes de grabar verificar si la IP es la correcta para la red que tienen. Sino cambiar por otra IP que no esté duplicada y pertenezca a la misma puerta de enlace.

Después de cargar el sketch, abrimos un navegador web como Chrome o Mozilla y en la barra de direcciones digitamos la IP de nuestro Arduino.

Una vez verificado que todo está bien, empezamos a programar un sketch más complejo.

Controlando entradas y salidas del Arduino desde un navegador web

En este ejemplo se visualizaran dos entradas analógicas (A0 y A1) y dos digitales (4 y 5) desde un navegador web provenientes de potenciómetros y siwtchs respectivamente pero las entradas puedes ser de algún sensor o modulo, tambien desde el navegador controlaremos dos salidas digitales que podrían estar conectados a dos leds u otros periféricos.

El sketch es el siguiente:

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

byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };//Ponemos la dirección MAC de la Ethernet Shield
IPAddress ip(192,168,1,177); //Asignamos  la IP al Arduino
EthernetServer server(80); //Creamos un servidor Web con el puerto 80 que es el puerto HTTP por defecto
 
int LED1=2; //Pin del LED 1
int LED2=3; //Pin del LED 2
String estado1="OFF"; //Estado del Led 1 inicialmente "OFF"
String estado2="OFF"; //Estado del Led 2 inicialmente "OFF" 

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
 
  // Inicializamos la comunicación Ethernet y el servidor
  Ethernet.begin(mac, ip);
  server.begin();
  
  Serial.print("server is at ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
  
  pinMode(LED1,OUTPUT);
  pinMode(LED2,OUTPUT);
  pinMode(4,INPUT);
  pinMode(5,INPUT);
  digitalWrite(LED1,HIGH);
  digitalWrite(LED2,HIGH);
}
 
void loop()
{
  EthernetClient client = server.available(); //Creamos un cliente Web
  //Verificamos si se detecte un cliente a través de una petición HTTP
  if (client) {
    Serial.println("new client");
    boolean currentLineIsBlank = true; //Una petición HTTP acaba con una línea en blanco
    String cadena=""; //Creamos una cadena de caracteres vacía
    while (client.connected()) {
      if (client.available()) {
        char c = client.read();//Leemos la petición HTTP carácter por carácter
        Serial.write(c);//Visualizamos la petición HTTP por el Monitor Serial
        if(cadena.length()<50)
        {
                    cadena.concat(c);//concatenmos el String 'cadena' con la petición HTTP (c). De esta manera convertimos la petición HTTP a un String
           
                   //Ya que hemos convertido la petición HTTP a una cadena de caracteres, ahora podremos buscar partes del texto.
                   int posicion=cadena.indexOf("Data="); //Guardamos la posición de la Palabra "Data=" a la variable 'posicion'
           
                    if(cadena.substring(posicion)=="Data=1")//Si en la posición hay "Data=1"
                    {
                      digitalWrite(LED1,LOW);
                      estado1="ON";
                    }
                    else if(cadena.substring(posicion)=="Data=2")//Si en posición hay "Data=2"
                    {
                      digitalWrite(LED1,HIGH);
                      estado1="OFF";
                    }
                    else if(cadena.substring(posicion)=="Data=3")//Si en la posición hay "Data=3"
                    {
                      digitalWrite(LED2,LOW);
                      estado2="ON";
                    }
                    else if(cadena.substring(posicion)=="Data=4")//Si en la posición hay "Data=4"
                    {
                      digitalWrite(LED2,HIGH);
                      estado2="OFF";
                    } 
                          
        }
        //Cuando reciba una línea en blanco, quiere decir que la petición HTTP ha acabado y el servidor Web está listo para enviar una respuesta
        if (c == 'n' && currentLineIsBlank) {
 
            // Enviamos al cliente una respuesta HTTP
            client.println("HTTP/1.1 200 OK");
            client.println("Content-Type: text/html");
            client.println();
 
            //Página web en formato HTML
            client.println("<html>");                 
            client.println("<head><title>Naylamp Mechatronics</title>");
            client.println("</head>");
            client.println("<body>");
            client.println("<div style='text-align:center;'>");
            client.println("<h1>NAYLAMP MECHATRONICS</h1>");
            client.println("<h2>Entradas Analogicas</h2>");
            client.print("AN0="); client.println(analogRead(0));
            client.print("<br />AN1=");client.println(analogRead(1)); 
            client.println("<h2>Entradas Digitales</h2>");
            client.print("D4=");client.println(digitalRead(4));
            client.println("<br />D5=");client.print(digitalRead(5));
            client.println("<br /><br />");
            client.println("<a href='http://192.168.1.177'>Actualizar entradas</a>");
            client.println("<h2>Salidas Digitales </h2>");        
            client.println("Estado del LED 1 = ");client.print(estado1);            
            client.println("<br />");            
            client.print("<button onClick=location.href='./?Data=1'>ON</button>");           
            client.print("<button onClick=location.href='./?Data=2'>OFF</button>");
            client.println("<br /><br />");
            client.println("Estado del LED 2 = ");client.print(estado2);            
            client.println("<br />");            
            client.print("<button onClick=location.href='./?Data=3'>ON</button>");           
            client.print("<button onClick=location.href='./?Data=4'>OFF</button>");
            client.println("<br /><br />");
            client.println("<a href='https://naylampmechatronics.com/'>naylampmechatronics.com</a>");
            client.println("<br /><br />");             
            client.println("</b></body>");
            client.println("</html>");
            break;
        }
        if (c == 'n') {
          currentLineIsBlank = true;
        }
        else if (c != 'r') {
          currentLineIsBlank = false;
        }
      }
    }
    //Dar tiempo al navegador para recibir los datos
    delay(1);
    client.stop();// Cierra la conexión
  }
  
}
  

Ahora expliquemos lo principal del código:

byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };//Ponemos la dirección MAC de la Ethernet Shield
IPAddress ip(192,168,1,177); //Asignamos  la IP al Arduino
EthernetServer server(80); //Creamos un servidor Web con el puerto 80 que es el puerto HTTP por defecto

Aquí configuramos nuestro Mac y la IP, podemos poner cualquier valor, evitando duplicar con algún otro equipo conectado a nuestra red, también se crea el servidor que escuchará las conexiones entrantes por el puerto especificado.

En void setup () inicializamos el Shield Ethernet y reportamos por el puerto serial, aquí también se configuran los pines de entrada y salida.

En el void loop() estamos constantemente verificando si hay alguna conexión de un cliente.

Si existe una conexión guardamos la petición HTTP en una cadena y después lo analizamos para verificar si existen parámetros enviados desde el navegador con el método GET, esto se hace de la siguiente manera.

cadena.concat(c);//concatenmos el String 'cadena' con la petición HTTP (c). De esta manera convertimos la petición HTTP a un String          
//Ya que hemos convertido la petición HTTP a una cadena de caracteres, ahora podremos buscar partes del texto.
int posicion=cadena.indexOf("Data="); //Guardamos la posición de la Palabra "Data=" a la variable 'posicion'
           
if(cadena.substring(posicion)=="Data=1")//Si en la posición hay "Data=1"
   {
   digitalWrite(LED1,LOW);
   estado1="ON";
   }

De esta forma se recibe y analizan los datos provenientes desde el navegador (para este caso GET /?Data=1).

Después de recibir y terminar la etición HTTP se envía todo el código HTML que es lo que el navegador mostrara a los usuarios, aquí se envían los valores de las entradas analógicas y digitales o cualquier variable que se desea enviar

Para enviar el código HTML se usa la función client.println() , esta función trabaja igual que la función Serial.println() del puerto serial, por lo que se pueden enviar variables o cadenas como si se estuviera haciendo una comunicación serial.

Una vez programado y cargado el sketch a nuestro Arduino, abrimos un navegador web de nuestra laptop, celular o tablet, y  escribimos en la barra de direcciones la IP de nuestro Arduino.

  
Modificando el código HTML se pueden lograr diseños da páginas más complejas, se pueden agregar imágenes, cambiar la fuente y tamaño del texto, agregar tablas, pero esto dependerá de la habilidad de programación en HTML que tengamos.