아두이노 - 웹을 통해 자동차 제어 | Arduino - Control Car via Web
이 튜토리얼은 WiFi를 통해 스마트폰이나 PC의 웹 브라우저에서 Arduino를 사용하여 로봇 자동차를 무선으로 제어하는 방법을 안내합니다. 제어는 WebSocket 기술을 활용하는 그래픽 웹 사용자 인터페이스를 통해 관리되어 자동차의 원활하고 동적인 작동을 가능하게 합니다.
준비물
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2WD RC 자동차와 웹소켓에 대하여
이제 왜 WebSocket을 선택해야 할까요? 여기 이유가 있습니다:
- WebSocket이 없다면, 자동차의 방향을 바꿀 때마다 페이지를 새로고침해야 합니다. 이는 효율적이지 않습니다!
- WebSocket을 사용하면, 웹페이지와 아두이노 사이에 특별한 연결이 만들어집니다. 이를 통해 페이지를 새로고침할 필요 없이 배경에서 아두이노에 명령을 보낼 수 있습니다. 결과는 어떻게 되나요? 로봇 자동차가 매끄럽고 즉시 반응합니다. 꽤 인상적이지 않나요?
요약하자면, WebSocket은 로봇의 원활하고 실시간 제어를 가능하게 합니다.
우리는 2WD RC 자동차와 웹소켓에 대한 특정 튜토리얼을 가지고 있습니다. 각 튜토리얼에는 하드웨어 핀 배치, 작동 원리, 아두이노와의 연결 배선, 아두이노 코드 등에 대한 자세한 정보와 단계별 지침이 포함되어 있습니다. 다음 링크에서 자세히 알아보세요:
- Arduino - 2WD RC Car tutorial
- Arduino - WebSocket tutorial
작동 원리
아두이노 코드는 웹 서버와 웹소켓 서버를 모두 설정합니다. 그것이 작동하는 방식은 다음과 같습니다:
- 아두이노의 IP 주소를 웹 브라우저에 입력하면, 웹 페이지(사용자 인터페이스)에 대한 요청을 아두이노에 보냅니다.
- 아두이노의 웹 서버는 웹 페이지의 내용(HTML, CSS, JavaScript)을 전송하여 응답합니다.
- 그러면 웹 브라우저가 이 웹 페이지를 표시합니다.
- 웹 페이지 내부에서 JavaScript 코드가 아두이노에 있는 WebSocket 서버와 WebSocket 연결을 시작합니다.
- 이 WebSocket 연결이 활성화되면, 웹 페이지에서 버튼을 누르거나 놓으면 JavaScript 코드가 이 연결을 통해 아두이노에 명령을 조용히 전송합니다.
- 아두이노의 WebSocket 서버는 이 명령들을 받고 로봇 자동차를 그에 맞게 조종합니다.
아래 표는 사용자의 조작에 따라 웹페이지가 아두이노에 보내는 명령어 목록을 보여줍니다:
| User's Action | Button | Command | Car Action |
|---|---|---|---|
| PRESS | UP | 1 | MOVE FORWARD |
| PRESS | DOWN | 2 | MOVE BACKWARD |
| PRESS | LEFT | 4 | TURN LEFT |
| PRESS | RIGHT | 8 | TURN RIGHT |
| PRESS | STOP | 0 | STOP |
| RELEASE | UP | 0 | STOP |
| RELEASE | DOWN | 0 | STOP |
| RELEASE | LEFT | 0 | STOP |
| RELEASE | RIGHT | 0 | STOP |
| RELEASE | STOP | 0 | STOP |
2WD RC 자동차와 아두이노 간의 배선도
이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.
일반적으로 두 개의 별도 전원이 필요합니다:
- 모터용 하나.
- 아두이노 보드와 L298N 모듈(모터 드라이버 역할)용 또 하나.
그러나 이 설정을 단순화할 수 있습니다. 단 한 개의 전원원 – 1.5V 배터리 4개를 사용해 총 6V를 만듭니다. 방법은 다음과 같습니다:
- 지시된 대로 L298N 모듈에 배터리를 연결하세요.
- L298N 모듈의 ENA와 ENB 핀에서 5볼트에 연결된 두 개의 점퍼를 제거하세요.
- 점퍼에 '5VEN'이라고 표시되어 있으며 다이어그램에서 노란색 원으로 표시된 점퍼를 삽입하세요.
- L298N 모듈의 12V 핀을 아두이노의 Vin 핀에 연결하세요. 이 연결을 통해 배터리에서 아두이노로 직접 전력을 공급합니다.
2WD RC 자동차에는 on/off 스위치가 포함되어 있어, 스위치를 통해 배터리를 연결할 수 있는 옵션이 제공됩니다. 이 설정을 통해 필요에 따라 자동차의 전원을 켜고 끌 수 있습니다. 더 간단한 배치를 선호하는 경우, 스위치를 완전히 우회하여 사용할 수도 있습니다.
아두이노 코드
웹 페이지의 콘텐츠(HTML, CSS, JavaScript)는 index.h 파일에 별도로 저장됩니다. 따라서 우리는 Arduino IDE에서 두 개의 코드 파일을 가지게 될 것입니다:
- 아두이노 코드인 .ino 파일로, 웹 서버와 웹소켓 서버를 생성하고 자동차를 제어합니다.
- 웹페이지의 내용을 포함한 .h 파일입니다.
사용 방법
- 아두이노 우노 R4를 처음 사용하는 경우, 아두이노 우노 R4를 위한 환경 설정 방법을 보십시오.
- 위 이미지와 같이 배선하세요.
- 마이크로 USB 케이블을 사용하여 PC에 아두이노 보드를 연결하세요.
- PC에서 아두이노 IDE를 엽니다.
- 올바른 아두이노 보드(아두이노 우노 R4 와이파이)와 COM 포트를 선택하세요.
- 아두이노 IDE의 왼쪽 탐색 바에 있는 Library Manager 아이콘을 클릭하여 라이브러리 관리자를 엽니다.
- “mWebSockets”를 검색하고, Dawid Kurek이 만든 mWebSockets를 찾습니다.
- Install 버튼을 클릭하여 mWebSockets 라이브러리를 설치하세요.
- Arduino IDE에서 새 스케치를 생성하고, 이름을 지정하세요. 예를 들어, ArduinoGetStarted.com.ino로 지정합니다.
- 아래 코드를 복사한 후 Arduino IDE로 열어주세요.
/*
* 이 Arduino 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다
* 이 Arduino 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다.
* 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요:
* https://newbiely.kr/tutorials/arduino/arduino-controls-car-via-web
*/
#include <WiFiS3.h>
#include <WebSocketServer.h>
#include "index.h"
#define CMD_STOP 0
#define CMD_FORWARD 1
#define CMD_BACKWARD 2
#define CMD_LEFT 4
#define CMD_RIGHT 8
#define ENA_PIN 7 // The Arduino pin connected to the ENA pin L298N
#define IN1_PIN 6 // The Arduino pin connected to the IN1 pin L298N
#define IN2_PIN 5 // The Arduino pin connected to the IN2 pin L298N
#define IN3_PIN 4 // The Arduino pin connected to the IN3 pin L298N
#define IN4_PIN 3 // The Arduino pin connected to the IN4 pin L298N
#define ENB_PIN 2 // The Arduino pin connected to the ENB pin L298N
const char *ssid = "YOUR_WIFI_SSID"; // CHANGE IT
const char *password = "YOUR_WIFI_PASSWORD"; // CHANGE IT
using namespace net;
WebSocketServer webSocket(81);
WiFiServer server(80);
int status = WL_IDLE_STATUS;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(ENA_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN1_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN2_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN3_PIN, OUTPUT);
pinMode(IN4_PIN, OUTPUT);
pinMode(ENB_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(ENA_PIN, HIGH); // set full speed
digitalWrite(ENB_PIN, HIGH); // set full speed
//Initialize serial and wait for port to open:
Serial.begin(9600);
String fv = WiFi.firmwareVersion();
if (fv < WIFI_FIRMWARE_LATEST_VERSION)
Serial.println("Please upgrade the firmware");
// attempt to connect to WiFi network:
while (status != WL_CONNECTED) {
Serial.print("Attempting to connect to SSID: ");
Serial.println(password);
// Connect to WPA/WPA2 network. Change this line if using open or WEP network:
status = WiFi.begin(ssid, password);
// wait 4 seconds for connection:
delay(4000);
}
// print your board's IP address:
Serial.print("IP Address: ");
Serial.println(WiFi.localIP());
server.begin();
webSocket.onConnection([](WebSocket &ws) {
const auto protocol = ws.getProtocol();
if (protocol) {
Serial.print(F("Client protocol: "));
Serial.println(protocol);
}
ws.onMessage([](WebSocket &ws, const WebSocket::DataType dataType,
const char *message, uint16_t length) {
String cmd_str = String((char *)message);
int command = cmd_str.toInt();
Serial.print("command: ");
Serial.println(command);
switch (dataType) {
case WebSocket::DataType::TEXT:
switch (command) {
case CMD_STOP:
Serial.println("Stop");
CAR_stop();
break;
case CMD_FORWARD:
Serial.println("Move Forward");
CAR_moveForward();
break;
case CMD_BACKWARD:
Serial.println("Move Backward");
CAR_moveBackward();
break;
case CMD_LEFT:
Serial.println("Turn Left");
CAR_turnLeft();
break;
case CMD_RIGHT:
Serial.println("Turn Right");
CAR_turnRight();
break;
default:
Serial.println("Unknown command");
}
break;
case WebSocket::DataType::BINARY:
Serial.println(F("Received binary data"));
break;
}
});
ws.onClose([](WebSocket &, const WebSocket::CloseCode, const char *,
uint16_t) {
Serial.println(F("Disconnected"));
});
Serial.print(F("New WebSocket Connnection from client: "));
Serial.println(ws.getRemoteIP());
});
webSocket.begin();
}
void loop() {
webSocket.listen();
// listen for incoming clients
WiFiClient client = server.available();
if (client) {
// read the HTTP request header line by line
while (client.connected()) {
if (client.available()) {
String HTTP_header = client.readStringUntil('\n'); // read the header line of HTTP request
if (HTTP_header.equals("\r")) // the end of HTTP request
break;
Serial.print("<< ");
Serial.println(HTTP_header); // print HTTP request to Serial Monitor
}
}
// send the HTTP response header
client.println("HTTP/1.1 200 OK");
client.println("Content-Type: text/html");
client.println("Connection: close"); // the connection will be closed after completion of the response
client.println(); // the separator between HTTP header and body
String html = String(HTML_CONTENT);
client.println(html);
client.flush();
// give the web browser time to receive the data
delay(100);
// close the connection:
client.stop();
}
}
void CAR_moveForward() {
digitalWrite(IN1_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
digitalWrite(IN3_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN4_PIN, LOW);
}
void CAR_moveBackward() {
digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
digitalWrite(IN2_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN3_PIN, LOW);
digitalWrite(IN4_PIN, HIGH);
}
void CAR_turnLeft() {
digitalWrite(IN1_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
digitalWrite(IN3_PIN, LOW);
digitalWrite(IN4_PIN, LOW);
}
void CAR_turnRight() {
digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
digitalWrite(IN3_PIN, HIGH);
digitalWrite(IN4_PIN, LOW);
}
void CAR_stop() {
digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
digitalWrite(IN3_PIN, LOW);
digitalWrite(IN4_PIN, LOW);
}
- 코드에서 WiFi 정보(SSID 및 비밀번호)를 자신의 네트워크 자격 증명과 일치하도록 수정하세요.
- 아두이노 IDE에서 index.h 파일을 생성하려면:
- 직렬 모니터 아이콘 바로 아래에 있는 버튼을 클릭하고 새 탭을 선택하거나, Ctrl+Shift+N 키를 사용하세요.
- 이제 코드가 두 파일에 있습니다: ArduinoGetStarted.com.ino 및 index.h
- 아두이노 IDE에서 Upload 버튼을 클릭하여 코드를 아두이노에 업로드하세요.
- C:\Users\YOU_ACCOUNT\Documents\Arduino\libraries\mWebSockets\src/ 디렉토리로 이동하세요.
- Config.h 파일을 찾아 텍스트 편집기로 열어주세요.
- 26번째 줄을 봐주세요, 아래와 같이 보일 겁니다:
- Arduino IDE에서 Upload 버튼을 클릭하여 아두이노에 코드를 업로드하세요.
- 시리얼 모니터를 엽니다.
- 시리얼 모니터에서 결과를 확인하세요.
- 표시된 IP 주소를 기록하고, 이 주소를 스마트폰이나 PC의 웹 브라우저 주소 창에 입력하세요.
- 아래와 같은 웹페이지가 표시될 것입니다:
- 웹소켓을 통해 웹페이지를 아두이노에 연결하려면 CONNECT 버튼을 클릭하세요.
- 이제 웹 인터페이스를 통해 자동차를 좌/우로 회전시키거나 전진/후진하도록 제어할 수 있습니다.
- 만약 index.h 파일에서 HTML 내용을 수정하고 ArduinoGetStarted.com.ino 파일은 건드리지 않는다면, 코드를 컴파일하고 Arduino에 업로드할 때 Arduino IDE는 HTML 내용을 업데이트하지 않습니다.
- 이 경우에 Arduino IDE가 HTML 내용을 업데이트하게 하려면, ArduinoGetStarted.com.ino 파일에서 변경을 하세요 (예를 들어, 빈 줄을 추가하거나 주석을 추가하는 등).
파일 이름을 index.h로 지정하고 OK 버튼을 클릭하세요.
아래 코드를 복사하여 index.h 에 붙여넣으세요.
/*
* 이 Arduino 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다
* 이 Arduino 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다.
* 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요:
* https://newbiely.kr/tutorials/arduino/arduino-controls-car-via-web
*/
const char *HTML_CONTENT = R"=====(
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Arduino Control Car via Web</title>
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=0.7, maximum-scale=1, user-scalable=no">
<style type="text/css">
body { text-align: center; font-size: 24px;}
button { text-align: center; font-size: 24px;}
#container {
margin-right: auto;
margin-left: auto;
width: 400px;
height: 400px;
position: relative;
margin-bottom: 10px;
}
div[class^='button'] { position: absolute; }
.button_up, .button_down { width:214px; height:104px;}
.button_left, .button_right { width:104px; height:214px;}
.button_stop { width:178px; height:178px;}
.button_up {
background: url('https://esp32io.com/images/tutorial/up_inactive.png') no-repeat;
background-size: contain;
left: 200px;
top: 0px;
transform: translateX(-50%);
}
.button_down {
background: url('https://esp32io.com/images/tutorial/down_inactive.png') no-repeat;
background-size: contain;
left:200px;
bottom: 0px;
transform: translateX(-50%);
}
.button_right {
background: url('https://esp32io.com/images/tutorial/right_inactive.png') no-repeat;
background-size: contain;
right: 0px;
top: 200px;
transform: translateY(-50%);
}
.button_left {
background: url('https://esp32io.com/images/tutorial/left_inactive.png') no-repeat;
background-size: contain;
left:0px;
top: 200px;
transform: translateY(-50%);
}
.button_stop {
background: url('https://esp32io.com/images/tutorial/stop_inactive.png') no-repeat;
background-size: contain;
left:200px;
top: 200px;
transform: translate(-50%, -50%);
}
</style>
<script>
var CMD_STOP = 0;
var CMD_FORWARD = 1;
var CMD_BACKWARD = 2;
var CMD_LEFT = 4;
var CMD_RIGHT = 8;
var img_name_lookup = {
[CMD_STOP]: "stop",
[CMD_FORWARD]: "up",
[CMD_BACKWARD]: "down",
[CMD_LEFT]: "left",
[CMD_RIGHT]: "right"
}
var ws = null;
function init()
{
var container = document.querySelector("#container");
container.addEventListener("touchstart", mouse_down);
container.addEventListener("touchend", mouse_up);
container.addEventListener("touchcancel", mouse_up);
container.addEventListener("mousedown", mouse_down);
container.addEventListener("mouseup", mouse_up);
container.addEventListener("mouseout", mouse_up);
}
function ws_onmessage(e_msg)
{
e_msg = e_msg || window.event; // MessageEvent
//alert("msg : " + e_msg.data);
}
function ws_onopen()
{
document.getElementById("ws_state").innerHTML = "OPEN";
document.getElementById("wc_conn").innerHTML = "Disconnect";
}
function ws_onclose()
{
document.getElementById("ws_state").innerHTML = "CLOSED";
document.getElementById("wc_conn").innerHTML = "Connect";
console.log("socket was closed");
ws.onopen = null;
ws.onclose = null;
ws.onmessage = null;
ws = null;
}
function wc_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;
}
else
ws.close();
}
function mouse_down(event)
{
if (event.target !== event.currentTarget)
{
var id = event.target.id;
send_command(id);
event.target.style.backgroundImage = "url('https://esp32io.com/images/tutorial/" + img_name_lookup[id] + "_active.png')";
}
event.stopPropagation();
event.preventDefault();
}
function mouse_up(event)
{
if (event.target !== event.currentTarget)
{
var id = event.target.id;
send_command(CMD_STOP);
event.target.style.backgroundImage = "url('https://esp32io.com/images/tutorial/" + img_name_lookup[id] + "_inactive.png')";
}
event.stopPropagation();
event.preventDefault();
}
function send_command(cmd)
{
if(ws != null)
if(ws.readyState == 1)
ws.send(cmd + "\r\n");
}
window.onload = init;
</script>
</head>
<body>
<h2>Arduino - RC Car via Web</h2>
<div id="container">
<div id="0" class="button_stop"></div>
<div id="1" class="button_up"></div>
<div id="2" class="button_down"></div>
<div id="8" class="button_right"></div>
<div id="4" class="button_left"></div>
</div>
<p>
WebSocket : <span id="ws_state" style="color:blue">closed</span><br>
</p>
<button id="wc_conn" type="button" onclick="wc_onclick();">Connect</button>
<br>
<br>
<div class="sponsor">Sponsored by <a href="https://amazon.com/diyables">DIYables</a></div>
</body>
</html>
)=====";
아래와 같은 오류가 표시됩니다:
In file included from c:\Users\YOU_ACCOUNT\Documents\Arduino\libraries\mWebSockets\src/utility.h:3:0,
from c:\Users\YOU_ACCOUNT\Documents\Arduino\libraries\mWebSockets\src/WebSocket.h:5,
from c:\Users\YOU_ACCOUNT\Documents\Arduino\libraries\mWebSockets\src/WebSocketServer.h:5,
from C:\Users\YOU_ACCOUNT\Documents\Arduino\ArduinoGetStarted.com\ArduinoGetStarted.com.ino:2:
C:\Users\YOU_ACCOUNT\Documents\Arduino\libraries\mWebSockets\src/platform.h:54:12: fatal error: Ethernet.h: No such file or directory
# include <Ethernet.h>
^~~~~~~~~~~~
compilation terminated.
exit status 1
이 오류를 수정하려면:
#define NETWORK_CONTROLLER ETHERNET_CONTROLLER_W5X00
아래와 같이 이 줄을 변경하고 저장하세요:
#define NETWORK_CONTROLLER NETWORK_CONTROLLER_WIFI
COM6
Connecting to WiFi...
Connected to WiFi
Arduino Web Server's IP address IP address: 192.168.0.2
Autoscroll
Clear output
9600 baud
Newline
아두이노의 메모리를 절약하기 위해, 컨트롤 버튼의 이미지는 아두이노에 저장되지 않습니다. 대신, 그것들은 인터넷에 저장되어 있으므로, 웹 컨트롤 페이지의 이미지를 로드하려면 귀하의 휴대폰이나 PC가 인터넷 연결을 필요로 합니다.
※ NOTE THAT:
코드 줄별 설명
위의 아두이노 코드에는 줄마다 설명이 포함되어 있습니다. 코드에 있는 주석을 읽어주세요!