Arduino - Web Plotter
In deze handleiding leren we hoe u een web plotter bouwt die lijkt op de Serial Plotter in de Arduino IDE. Met dit systeem kunt u gemakkelijk real-time data van een Arduino volgen via een webbrowser op uw smartphone of computer. De gegevens worden weergegeven in een grafiek, vergelijkbaar met wat u ziet in de Serial Plotter van de Arduino IDE.
Hardware Benodigd
Of u kunt de volgende kits kopen:
| 1 | × | DIYables Sensorkit (30 sensoren/displays) | |
| 1 | × | DIYables Sensorkit (18 sensoren/displays) |
Openbaarmaking: Sommige van de links in deze sectie zijn Amazon-affiliate links. We kunnen een commissie ontvangen voor aankopen die via deze links worden gedaan, zonder extra kosten voor u. We waarderen uw steun.
Hoe Werkt de Web Plotter
Zo werkt het proces:
- De Arduino-code zet zowel een webserver als een WebSocket-server op.
- Wanneer een gebruiker via een webbrowser de webpagina opent die op de Arduino draait, stuurt de webserver de pagina-inhoud (HTML, CSS, JavaScript) naar de browser.
- De JavaScript-code op de webpagina maakt een grafiek die lijkt op de Serial Plotter.
- Wanneer de gebruiker op de connect-knop op de webpagina klikt, activeert de JavaScript een WebSocket-verbinding met de WebSocket-server op de Arduino.
- De Arduino zendt data naar de webbrowser via deze WebSocket-verbinding in een formaat dat vergelijkbaar is met dat van de Serial Plotter (details in de volgende sectie).
- De JavaScript-code in de webbrowser ontvangt deze data en tekent deze in de grafiek.
Het dataformaat dat Arduino naar de web plotter verzendt
Om meerdere variabelen te plotten, moeten we de variabelen van elkaar scheiden met het karakter “\t” (tab) of een spatie " ". De laatste waarde MOET worden afgesloten met de karakters “\r\n” (carriage return + newline).
In detail:
- De eerste variabele
webSocket->broadcastTXT(variable_1);
- De middelste variabelen
webSocket->broadcastTXT(" "); // een tab '\t' of spatie ' ' wordt tussen twee waarden geplaatst.
webSocket->broadcastTXT(variable_2);
webSocket->broadcastTXT(" "); // een tab '\t' of spatie ' ' wordt tussen twee waarden geplaatst.
webSocket->broadcastTXT(variable_3);
- De laatste variabele
webSocket->broadcastTXT(" "); // een tab '\t' of spatie ' ' wordt tussen twee waarden geplaatst.
webSocket->broadcastTXT(variable_4);
webSocket->broadcastTXT("\r\n"); // de laatste waarde wordt afgesloten met een carriage return en newline
Voor meer details verwijzen we u naar de tutorial Arduino - Serial Plotter.
Arduino Code - Web Plotter
De inhoud van de webpagina (HTML, CSS, JavaScript) wordt apart opgeslagen in een bestand index.h. Zo werken we met twee codebestanden in de Arduino IDE:
- Een .ino-bestand met de Arduino-code die een webserver en WebSocket-server opzet
- Een .h-bestand dat de inhoud van de webpagina bevat
Snel aan de slag
- Gebruikt u Arduino Uno R4 voor het eerst? Raadpleeg dan hoe u de omgeving instelt voor Arduino Uno R4 in Arduino IDE.
- Verbind de Arduino met uw pc via een micro USB-kabel.
- Open de Arduino IDE op uw pc.
- Selecteer het juiste Arduino-bord (Arduino Uno R4 WiFi) en de juiste COM-poort.
- Open de Library Manager door te klikken op het Library Manager icoon in de linker navigatiebalk van Arduino IDE.
- Zoek op Web Server for Arduino Uno R4 WiFi en selecteer de Web Server-library gemaakt door DIYables.
- Klik op de Installeren-knop om de Web Server-library te installeren.
- Maak in Arduino IDE een nieuw sketch aan en geef het een naam, bijvoorbeeld ArduinoGetStarted.com.ino.
- Kopieer onderstaande code en open deze in Arduino IDE.
/*
* Deze Arduino code is ontwikkeld door newbiely.nl
* Deze Arduino code wordt zonder enige beperking aan het publiek beschikbaar gesteld.
* Voor volledige instructies en schema's, bezoek:
* https://newbiely.nl/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);
}
- Pas in de code de WiFi-gegevens (SSID en wachtwoord) aan zodat deze overeenkomen met uw eigen netwerk.
- Maak het bestand index.h aan in Arduino IDE door:
- Ofwel te klikken op de knop direct onder het serial monitor-icoon en kiezen voor Nieuwe Tab, of gebruik Ctrl+Shift+N.
- Geef het bestand de naam index.h en klik op OK.
- Kopieer onderstaande code en plak deze in index.h.
- U heeft nu de code verdeeld over twee bestanden: ArduinoGetStarted.com.ino en index.h.
- Klik in Arduino IDE op de knop Uploaden om de code naar de Arduino te uploaden.
- Open de Serial Monitor.
- Bekijk het resultaat in de Serial Monitor.
- Noteer het getoonde IP-adres en voer dit adres in de adresbalk van een webbrowser op uw smartphone of pc in.
- U ziet dan de volgende webpagina:
- Klik op de CONNECT-knop om de webpagina via WebSocket te verbinden met uw Arduino.
- U ziet dan dat de plotter realtime data grafisch weergeeft, zoals op onderstaande afbeelding.
- U kunt de Serial Plotter in Arduino IDE openen om te vergelijken met de Web Plotter in uw webbrowser.
- Als u alleen de HTML-inhoud in het index.h-bestand wijzigt en niets aanpast in het ArduinoGetStarted.com.ino-bestand, zal Arduino IDE de HTML-inhoud niet bijwerken wanneer u compileert en uploadt.
- Om Arduino IDE te dwingen de HTML-inhoud bij te werken, voer dan een kleine wijziging door in het ArduinoGetStarted.com.ino-bestand (bijvoorbeeld een lege regel toevoegen of een commentaarregel).
/*
* Deze Arduino code is ontwikkeld door newbiely.nl
* Deze Arduino code wordt zonder enige beperking aan het publiek beschikbaar gesteld.
* Voor volledige instructies en schema's, bezoek:
* https://newbiely.nl/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
※ Notiz:
Regel-voor-regel Code-uitleg
De bovenstaande Arduino-code bevat regel-voor-regel uitleg in de commentaarregels. Lees deze comments goed door!