ESP32 웹을 통한 자동차 제어
이 가이드는 ESP32를 사용하여 WiFi를 통해 스마트폰이나 PC의 웹 브라우저에서 로봇 차를 무선으로 제어하는 방법을 보여줍니다. 제어는 WebSocket이라는 것을 사용하는 그래픽 웹 사용자 인터페이스를 통해 이루어지며, 이를 통해 차량을 부드럽고 동적으로 제어할 수 있습니다.
준비물
| 1 | × | ESP32 ESP-WROOM-32 개발 모듈 | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | USB 케이블 타입-A to 타입-C (USB-A PC용) | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | USB 케이블 타입-C to 타입-C (USB-C PC용) | 아마존 | |
| 1 | × | 2WD RC Car | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | L298N 모터 드라이버 모듈 | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | IR 리모컨 키트 | 아마존 | |
| 1 | × | CR2025 배터리 (IR 리모컨용) | 아마존 | |
| 1 | × | 1.5V AA Battery (for ESP32 and Car) | 아마존 | |
| 1 | × | 점퍼케이블 | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | 브레드보드 | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | (추천) ESP32용 스크루 터미널 확장 보드 | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | (추천) Breakout Expansion Board for ESP32 | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | (추천) ESP32용 전원 분배기 | 쿠팡 | 아마존 |
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2WD RC 자동차 및 WebSocket 정보
이제, 왜 WebSocket을 사용하나요? 여기 정보가 있습니다:
- WebSocket 없이는 자동차의 방향을 변경할 때마다 페이지를 새로고침해야 합니다. 이상적이지 않죠!
- 하지만 WebSocket을 사용하면, 웹페이지와 ESP32 사이에 특별한 연결을 설정합니다. 이를 통해 페이지를 새로고침하지 않고도 배경에서 ESP32에 명령을 보낼 수 있습니다. 결과는? 로봇 자동차가 실시간으로 매끄럽게 움직입니다. 꽤 멋지지 않나요?
간단히 말해서, WebSocket 연결은 로봇의 원활하고 실시간 제어를 가능하게 합니다.
2WD RC 자동차와 WebSocket에 대한 구체적인 튜토리얼이 있습니다. 각 튜토리얼에는 하드웨어 핀아웃, 작동 원리, ESP32에 대한 배선 연결, ESP32 코드에 대한 자세한 정보와 단계별 지침이 포함되어 있습니다. 다음 링크에서 자세한 정보를 알아보세요:
- ESP32 - 자동차 튜토리얼
- ESP32 - 웹소켓 튜토리얼
작동 원리
ESP32 코드는 웹 서버와 WebSocket 서버를 모두 생성합니다. 다음은 그 작동 방식입니다:
- 웹 브라우저에 ESP32의 IP 주소를 입력하면, 웹 브라우저는 ESP32로부터 웹페이지(사용자 인터페이스)를 요청합니다.
- ESP32의 웹 서버는 웹페이지 콘텐츠(HTML, CSS, JavaScript)를 보내는 것으로 응답합니다.
- 그러면 웹 브라우저는 웹페이지를 표시합니다.
- 웹페이지 내의 JavaScript 코드는 ESP32상의 WebSocket 서버에 WebSocket 연결을 설정합니다.
- 이 WebSocket 연결이 설정되면, 웹페이지의 버튼을 누르거나 놓으면 JavaScript 코드가 이 WebSocket 연결을 통해 명령을 ESP32 쪽으로 조용히 전송합니다.
- ESP32상의 WebSocket 서버는 명령을 받고 나면, 그에 따라 로봇 자동차를 제어합니다.
아래 표는 사용자의 행동에 따라 웹페이지가 ESP32에 보내는 명령 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 ESP32 간의 배선도
이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.
ESP32 및 다른 구성 요소에 전원을 공급하는 방법에 대해 잘 알지 못하는 경우, 다음 튜토리얼에서 안내를 찾을 수 있습니다: ESP32 전원 공급 방법.
일반적으로 두 개의 전원이 필요합니다:
- L298N 모듈을 통한 모터용 하나.
- ESP32 보드용 또 다른 하나, L298N 모듈(모터 드라이버).
하지만 모든 것을 위해 단 하나의 전원원으로 단순화할 수 있습니다 - 1.5V 배터리 4개를 사용하여 총 6V입니다. 방법은 다음과 같습니다:
- 아래와 같이 배터리를 L298N 모듈에 연결하세요.
- ENA와 ENB 핀에서 점퍼 두 개를 제거하고 L298N 모듈의 5볼트로 연결하세요.
- 5VEN이라고 표시된 점퍼(도표에 노란색 원으로 표시됨)를 추가하세요.
- 배터리에서 직접 전원을 공급하기 위해 L298N 모듈의 12V 핀을 ESP32의 Vin 핀에 연결하세요.
2WD RC 자동차에는 온/오프 스위치가 있어, 선택적으로 스위치를 통해 배터리를 연결하여 자동차의 전원을 켜고 끌 수 있습니다. 간단하게 하고 싶다면, 스위치는 무시하면 됩니다.
ESP32 코드
웹페이지의 콘텐츠(HTML, CSS, JavaScript)는 index.h 파일에 별도로 저장됩니다. 그래서 우리는 Arduino IDE에서 두 개의 코드 파일을 가질 것입니다:
- ESP32 코드인 .ino 파일로, 웹 서버와 웹소켓 서버를 생성하고 자동차를 제어합니다.
- 웹페이지의 내용이 포함된 .h 파일입니다.
사용 방법
- ESP32를 처음 사용하는 경우, ESP32 - 소프트웨어 설치을 참조하세요.
- 위 이미지와 같이 배선하세요.
- ESP32 보드를 마이크로 USB 케이블을 사용하여 PC에 연결하세요.
- PC에서 Arduino IDE를 엽니다.
- 올바른 ESP32 보드(예: ESP32 Dev Module)와 COM 포트를 선택하세요.
- Arduino IDE의 왼쪽 탐색 바에 있는 Library Manager 아이콘을 클릭하여 라이브러리 관리자를 엽니다.
- “ESPAsyncWebServer”를 검색한 다음, lacamera가 만든 ESPAsyncWebServer를 찾으세요.
- Install 버튼을 클릭하여 ESPAsyncWebServer 라이브러리를 설치하세요.
의존성을 설치하라는 요청을 받게 됩니다. Install All 버튼을 클릭하세요.
“WebSockets”을 검색한 다음, Markus Sattler이 만든 WebSockets를 찾으세요.
WebSockets 라이브러리를 설치하려면 Install 버튼을 클릭하세요.
Arduino IDE에서 새 스케치를 생성하고 이름을 지정하세요. 예를 들어, newbiely.kr.ino
아래 코드를 복사하여 Arduino IDE로 열기
/*
* 이 ESP32 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다
* 이 ESP32 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다.
* 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요:
* https://newbiely.kr/tutorials/esp32/esp32-controls-car-via-web
*/
#include <WiFi.h>
#include <ESPAsyncWebServer.h>
#include <WebSocketsServer.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 14 // ESP32 핀 GPIO14가 L298N의 ENA 핀에 연결됩니다
#define IN1_PIN 27 // ESP32 핀 GPIO27이 L298N의 IN1 핀에 연결됩니다
#define IN2_PIN 26 // ESP32 핀 GPIO26이 L298N의 IN2 핀에 연결됩니다
#define IN3_PIN 25 // ESP32 핀 GPIO25가 L298N의 IN3 핀에 연결됩니다
#define IN4_PIN 33 // ESP32 핀 GPIO33이 L298N의 IN4 핀에 연결됩니다
#define ENB_PIN 32 // ESP32 핀 GPIO32가 L298N의 ENB 핀에 연결됩니다
const char* ssid = "YOUR_WIFI_SSID"; // CHANGE IT
const char* password = "YOUR_WIFI_PASSWORD"; // CHANGE IT
AsyncWebServer server(80);
WebSocketsServer webSocket = WebSocketsServer(81); // 포트 81에서 WebSocket 서버
void webSocketEvent(uint8_t num, WStype_t type, uint8_t* payload, size_t length) {
switch (type) {
case WStype_DISCONNECTED:
Serial.printf("[%u] Disconnected!\n", num);
break;
case WStype_CONNECTED:
{
IPAddress ip = webSocket.remoteIP(num);
Serial.printf("[%u] Connected from %d.%d.%d.%d\n", num, ip[0], ip[1], ip[2], ip[3]);
}
break;
case WStype_TEXT:
//Serial.printf("[%u] Received text: %s\n", num, payload);
String angle = String((char*)payload);
int command = angle.toInt();
Serial.print("command: ");
Serial.println(command);
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;
}
}
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); // 전속도 설정
digitalWrite(ENB_PIN, HIGH); // 전속도 설정
// Wi-Fi에 연결
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(1000);
Serial.println("WiFi에 연결 중...");
}
Serial.println("WiFi에 연결됨");
// WebSocket 서버 초기화
webSocket.begin();
webSocket.onEvent(webSocketEvent);
// WebSocket 연결을 생성하기 위한 기본 HTML 페이지와 JavaScript 제공
server.on("/", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest* request) {
Serial.println("웹 서버: 웹 페이지 요청 수신됨");
String html = HTML_CONTENT; // servo_html.h 파일에서 HTML 내용 사용
request->send(200, "text/html", html);
});
server.begin();
Serial.print("ESP32 웹 서버의 IP 주소: ");
Serial.println(WiFi.localIP());
}
void loop() {
webSocket.loop();
// TO DO: Your code here
}
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);
}
- 코드 내의 WiFi 정보(SSID 및 비밀번호)를 자신의 네트워크 자격 증명과 일치하도록 수정하세요.
- Arduino IDE에서 index.h 파일을 만드는 방법:
- 직렬 모니터 아이콘 바로 아래 있는 버튼을 클릭하여 새 탭을 선택하거나, Ctrl+Shift+N 키를 사용하세요.
- 이제 코드를 두 개의 파일에 가지고 있습니다: newbiely.kr.ino 및 index.h
- Arduino IDE에서 Upload 버튼을 클릭하여 ESP32에 코드를 업로드하세요.
- 시리얼 모니터를 엽니다.
- 시리얼 모니터에서 결과를 확인하세요.
- 표시된 IP 주소를 기록하고, 이 주소를 스마트폰이나 PC의 웹 브라우저 주소창에 입력하세요.
- 아래와 같은 웹페이지를 보게 될 것입니다:
- index.h의 HTML 내용을 수정하고 newbiely.kr.ino 파일은 건드리지 않으면, ESP32에 코드를 컴파일하고 업로드할 때 Arduino IDE가 HTML 내용을 업데이트하지 않습니다.
- 이 경우 Arduino IDE가 HTML 내용을 업데이트하게 하려면, newbiely.kr.ino 파일에 변경 사항을 만들어야 합니다(예: 빈 줄 추가, 주석 추가....).
파일 이름을 index.h로 지정하고 OK 버튼을 클릭하세요.
아래 코드를 복사하여 index.h에 붙여넣으세요.
/*
* 이 ESP32 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다
* 이 ESP32 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다.
* 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요:
* https://newbiely.kr/tutorials/esp32/esp32-controls-car-via-web
*/
const char *HTML_CONTENT = R"=====(
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>ESP32 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>ESP32 - 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>
)=====";
COM6
Connecting to WiFi...
Connected to WiFi
ESP32 Web Server's IP address IP address: 192.168.0.2
Autoscroll
Clear output
9600 baud
Newline
웹페이지의 JavaScript 코드가 자동으로 ESP32와의 WebSocket 연결을 생성합니다.
이제 웹 인터페이스를 통해 차를 좌/우로 회전시키거나 앞/뒤로 이동시킬 수 있습니다.
ESP32의 메모리를 절약하기 위해, 컨트롤 버튼의 이미지는 ESP32에 저장되지 않습니다. 대신, 인터넷에 저장되어 있으므로, 웹 제어 페이지의 이미지를 불러오기 위해 휴대폰이나 PC가 인터넷 연결이 필요합니다.
※ 주의:
줄별 코드 설명
위의 ESP32 코드에는 줄마다 설명이 포함되어 있습니다. 코드의 주석을 읽어주세요!