Mac环境下玩玩ESP32(二)——连接网络且与服务端通信

[hunter-ji]

一. 前言

ESP32本身自带Wi-Fi模块，可以连接网络。虽说其本身存在一定程度的计算能力，但是在一些特定的场景，比如移动端的数据监控和模块控制，需要将数据ESP32本身的数据采集然后传输出来，也需要接收请求来完成特定指令。再比如小车的路径规划，该场景下，ESP32本身的计算能力是不够的，需要将其数据传输到服务端，在服务端计算完成之后由ESP32接收服务端的结果来执行。

本文主要讲解如何使用ESP32连接网络，且与服务端通信。此处的通信是socket通信，一些复杂场景可以使用MQTT之类的通信，这将在后续文章继续分享。

二. 连接网络

1. 官方示例

micropython官方文档上给出了一些方法和完整实例，我们先来看看。

首先是官方给出的方法，根据这些方法可以自由处理在连接网络需要的步骤，或者获得需要获取的信息

import network

wlan = network.WLAN(network.STA_IF) # 创建站界面
wlan.active(True)       # 激活界面
wlan.scan()             # 扫描接入点
wlan.isconnected()      # 检查是否连接到无线网络
wlan.connect('essid', 'password') # 连接无线网络，此处essid即为Wi-Fi名称
wlan.config('mac')      # 获取接口的MAC地址
wlan.ifconfig()         # 获取接口的 IP/网络掩码/gw/DNS 地址

然后是官方给出了一个连接网络的完整示例。

def do_connect():
    import network
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('connecting to network...')
        wlan.connect('essid', 'password')
        while not wlan.isconnected():
            pass
    print('network config:', wlan.ifconfig())

2. 根据实际情况连接

import network

def do_connect_network(ssid: str, password: str):
    """
    连接Wi-Fi

    :param ssid: Wi-Fi名字
    :param password: Wi-Fi密码
    :return: none
    """
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('connecting to network...')
        wlan.connect(ssid, password)
        while not wlan.isconnected():
            pass
    print('network config:', wlan.ifconfig())

if __name__ == '__main__':
    do_connect_network('your-wifi-name', 'your-wifi-password')

然后在Thonny上执行，可以得到如下输出结果：

connecting to network...
network config: ('192.168.50.145', '255.255.255.0', '192.168.50.254', '192.168.50.254')

三. 与服务端通信

Once the network is established the socket module can be used to create and use TCP/UDP sockets as usual, and the urequests module for convenient HTTP requests.

官方文档给出了说明，一旦网络建立起来，socket 模块就可以像往常一样用于创建和使用 TCP/UDP 套接字，而 urequests 模块则可以方便地进行 HTTP 请求。

TCP和UDP不同的一点在于，UDP发包无需在意包是否被接收，而TCP是发送和响应两个环节，需要在发送后接收到响应。

此处分别列举UDP和TCP的与服务端通信的案例。

1. UDP

此处将udp服务端放在esp32上，而udp客户端放在服务器/pc上，若是要将服务端放在服务器上运行，将代码按需求反置即可。

1）socket服务端和客户端代码

首先我们来看一下socket udp的服务端和客户端代码。

socket udp 服务端代码

import socket

def socket_udp_server(server_ip: str = '0.0.0.0', server_port: int = 9000, buffer_size: int = 1024):
    """
    socket udp 服务端

    :param server_ip: 服务器的地址, 默认为0.0.0.0, 表示允许所有
    :param server_port: 服务器udp server接收信息的端口, 默认9000
    :param buffer_size: 套接字缓冲区大小, 默认1024
    :return: none
    """
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    udp_socket.bind((server_ip, server_port))
    print('服务端开始运行...\n')

    while True:
        receive_data, sender_info = udp_socket.recvfrom(buffer_size)
        print('客户端地址: {}'.format(sender_info))
        print('来自客户端的信息: {}'.format(receive_data.decode('utf-8')))

if __name__ == '__main__':
    socket_udp_server()

socket udp 客户端代码

import socket

def socket_udp_client_send_message(message: str, server_ip: str, server_port: int):
    """
    socket udp 客户端发送消息

    :param message: 消息
    :param server_ip: 服务端的ip地址
    :param server_port: 服务端的端口号
    :return: none
    """
    udp_client_socket = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_DGRAM)
    udp_client_socket.sendto(str.encode(message), (server_ip, server_port))

if __name__ == '__main__':
    socket_udp_client_send_message('hello,world!', '127.0.0.1', 9000)

2）实际代码

接着，我们在ESP32中放入服务端代码，在电脑/服务器上放入客户端代码。代码如下：

ESP32代码

import network
import socket

def do_connect_network(ssid: str, password: str):
    """
    连接Wi-Fi

    :param ssid: Wi-Fi名字
    :param password: Wi-Fi密码
    :return: none
    """
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('connecting to network...')
        wlan.connect(ssid, password)
        while not wlan.isconnected():
            pass
    print('network config:', wlan.ifconfig())

def socket_udp_server(server_ip: str = '0.0.0.0', server_port: int = 9000, buffer_size: int = 1024):
    """
    socket udp 服务端

    :param server_ip: 服务器的地址, 默认为0.0.0.0, 表示允许所有
    :param server_port: 服务器udp server接收信息的端口, 默认9000
    :param buffer_size: 套接字缓冲区大小, 默认1024
    :return: none
    """
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    udp_socket.bind((server_ip, server_port))
    print('服务端开始运行...\n')

    while True:
        receive_data, sender_info = udp_socket.recvfrom(buffer_size)
        print('客户端地址: {}'.format(sender_info))
        print('来自客户端的信息: {}'.format(receive_data.decode('utf-8')))

def main():
    do_connect_network('cholik_2.4G', 'long live china')
    socket_udp_server()

if __name__ == '__main__':
    main()

在esp32上运行服务端代码，输入如下：

network config: ('192.168.50.145', '255.255.255.0', '192.168.50.254', '192.168.50.254')
服务端开始运行...

内容包含服务端的ip地址，我们要将该地址写入客户端代码。

客户端代码

import socket

def socket_udp_client_send_message(message: str, server_ip: str, server_port: int):
    """
    socket udp 客户端发送消息

    :param message: 消息
    :param server_ip: 服务端的ip地址
    :param server_port: 服务端的端口号
    :return: none
    """
    udp_client_socket = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_DGRAM)
    udp_client_socket.sendto(str.encode(message), (server_ip, server_port))

if __name__ == '__main__':
    socket_udp_client_send_message('hello,esp32!', '192.168.50.145', 9000)

3）运行

运行客户端代码，发送消息，可以看到esp32输出如下：

客户端地址: ('192.168.50.76', 51920)
来自客户端的信息: hello,esp32!

2. TCP

1）socket服务端和客户端代码

首先我们来看一下socket tcp的服务端和客户端代码。

socket tcp 服务端代码

import socket

def socket_tcp_server(server_ip: str = '0.0.0.0', server_port: int = 9000, buffer_size: int = 1024):
    """
    socket tcp 服务端

    :param server_ip: 服务器的地址, 默认为0.0.0.0, 表示允许所有
    :param server_port: 服务器tcp server接收信息的端口, 默认9000
    :param buffer_size: 套接字缓冲区大小, 默认1024
    :return: none
    """
    tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    tcp_socket.bind((server_ip, server_port))
    tcp_socket.listen(128)
    print('服务端开始运行...\n')

    while True:
        client, sender_info = tcp_socket.accept()
        receive_data = client.recv(buffer_size)
        print('客户端地址: {}'.format(sender_info))
        print('来自客户端的信息: {}'.format(receive_data.decode('utf-8')))

        # 返回消息
        client.send(str.encode('response...'))

if __name__ == '__main__':
    socket_tcp_server()

socket tcp 客户端代码

import socket

def socket_tcp_client_send_message(message: str, server_ip: str, server_port: int, buffer_size: int = 1024):
    """
    socket tcp 客户端发送消息

    :param message: 消息
    :param server_ip: 服务端的ip地址
    :param server_port: 服务端的端口号
    :return: none
    """
    tcp_client_socket = socket.socket(family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
    tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port))
    tcp_client_socket.send(str.encode(message))

    response = tcp_client_socket.recv(buffer_size)
    print('response : {}'.format(response.decode()))

    tcp_client_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    socket_tcp_client_send_message('hello,world!', '127.0.0.1', 9000)

2）实际代码

接着，我们在ESP32中放入服务端代码，在电脑/服务器上放入客户端代码。代码如下：

ESP32代码

import network
import socket

def do_connect_network(ssid: str, password: str):
    """
    连接Wi-Fi

    :param ssid: Wi-Fi名字
    :param password: Wi-Fi密码
    :return: none
    """
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('connecting to network...')
        wlan.connect(ssid, password)
        while not wlan.isconnected():
            pass
    print('network config:', wlan.ifconfig())

def socket_tcp_server(server_ip: str = '0.0.0.0', server_port: int = 9000, buffer_size: int = 1024):
    """
    socket tcp 服务端

    :param server_ip: 服务器的地址, 默认为0.0.0.0, 表示允许所有
    :param server_port: 服务器tcp server接收信息的端口, 默认9000
    :param buffer_size: 套接字缓冲区大小, 默认1024
    :return: none
    """
    tcp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    tcp_socket.bind((server_ip, server_port))
    tcp_socket.listen(128)
    print('服务端开始运行...\n')

    while True:
        client, sender_info = tcp_socket.accept()
        receive_data = client.recv(buffer_size)
        print('客户端地址: {}'.format(sender_info))
        print('来自客户端的信息: {}'.format(receive_data.decode('utf-8')))

        # 返回消息
        client.send(str.encode('response...'))

def main():
    do_connect_network('cholik_2.4G', 'long live china')
    socket_tcp_server()

if __name__ == '__main__':
    main()

在esp32上运行服务端代码，输入如下：

network config: ('192.168.50.145', '255.255.255.0', '192.168.50.254', '192.168.50.254')
服务端开始运行...

内容包含服务端的ip地址，我们要将该地址写入客户端代码。

客户端代码

import socket

def socket_tcp_client_send_message(message: str, server_ip: str, server_port: int, buffer_size: int = 1024):
    """
    socket tcp 客户端发送消息

    :param message: 消息
    :param server_ip: 服务端的ip地址
    :param server_port: 服务端的端口号
    :return: none
    """
    tcp_client_socket = socket.socket(
        family=socket.AF_INET, type=socket.SOCK_STREAM)
    tcp_client_socket.connect((server_ip, server_port))
    tcp_client_socket.send(str.encode(message))

    response = tcp_client_socket.recv(buffer_size)
    print('response : {}'.format(response.decode()))

    tcp_client_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    socket_tcp_client_send_message('hello,esp32!', '192.168.50.145', 9000)

3）运行

运行客户端代码，发送消息，可以看到esp32输出如下：

客户端地址: ('192.168.50.76', 51896)
来自客户端的信息: hello,esp32!

而客户端输出如下：

 response : response...

四. 参考文档

• micropython networking