ESP8266 - Controla Servo Motor via Web
Este tutorial ensina como usar o ESP8266 para controlar um servo motor pela web, a partir de um navegador no seu celular ou PC. Vamos usar algo chamado WebSocket para controlar o servo motor de forma fluida e dinâmica por meio de uma interface de usuário web gráfica.
Agora, por que usar o WebSocket? Veja a ideia:
- Sem o WebSocket, toda vez que você quiser mudar o ângulo do servo, precisa recarregar a página. Nada bom!
- Mas com o WebSocket, criamos uma conexão especial entre a página web e o ESP8266. Isso significa que podemos enviar o valor do ângulo ao ESP8266 em segundo plano, sem recarregar a página. Isso faz o servo se mover de forma fluida e em tempo real. Bem legal, não é?
Vamos começar!
Hardware Necessário
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| 1 | × | DIYables Sensor Kit (18 sensors/displays) |
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Buy Note: For controlling multiple servo motors, use the PCA9685 16 Channel PWM Servo Driver Module to save MCU pins and simplify wiring.
Sobre o Servo Motor e o WebSocket
Temos tutoriais específicos sobre servo motor e WebSocket. Cada tutorial contém informações detalhadas e instruções passo a passo sobre a pinagem do hardware, o princípio de funcionamento, a ligação ao ESP8266, o código do ESP8266... Saiba mais sobre eles nos links a seguir:
- Tutorial ESP8266 - Servo Motor
- Tutorial ESP8266 - WebSocket
Como Funciona
O código do ESP8266 cria um servidor web e um servidor WebSocket. Veja como funciona:
- Quando você digita o endereço IP do ESP8266 em um navegador, ele solicita a página web (Interface do Usuário) ao ESP8266.
- O servidor web do ESP8266 responde enviando o conteúdo da página web (HTML, CSS, JavaScript).
- O seu navegador então exibe a página web.
- O código JavaScript dentro da página web estabelece uma conexão WebSocket com o servidor WebSocket no ESP8266.
- Depois que essa conexão WebSocket é estabelecida, se você girar o botão giratório na página web, o código JavaScript envia discretamente o valor do ângulo ao ESP8266 por essa conexão WebSocket, em segundo plano.
- O servidor WebSocket no ESP8266, ao receber o valor do ângulo, controla o servo motor de acordo.
Resumindo, a conexão WebSocket permite o controle fluido e em tempo real do ângulo do servo motor.
Diagrama de Ligação entre o Servo Motor e o ESP8266
This image is created using Fritzing. Click to enlarge image
Para mais informações, veja Pinagem do ESP8266 e como alimentar o ESP8266 e outros componentes.
Para simplificar, o diagrama de ligação acima é usado para fins de teste ou aprendizado e para servo motor de baixo torque. Na prática, recomendamos fortemente usar uma fonte de alimentação externa para o servo motor. O diagrama de ligação abaixo mostra como conectar o servo motor a uma fonte de alimentação externa.
This image is created using Fritzing. Click to enlarge image
Código ESP8266
O conteúdo da página web (HTML, CSS, JavaScript) fica armazenado separadamente em um arquivo index.h. Assim, teremos dois arquivos de código na Arduino IDE:
- Um arquivo .ino que é o código do ESP8266, que cria um servidor web e um servidor WebSocket e controla o servo motor
- Um arquivo .h, que contém o conteúdo da página web.
Passos Rápidos
Para começar com o ESP8266 na Arduino IDE, siga estes passos:
- Veja o tutorial como configurar o ambiente para o ESP8266 na Arduino IDE se esta for a sua primeira vez usando o ESP8266.
- Ligue os componentes como mostrado no diagrama.
- Conecte a placa ESP8266 ao seu computador usando um cabo USB.
- Abra a Arduino IDE no seu computador.
- Escolha a placa ESP8266 correta, como (por exemplo, NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)), e a respectiva porta COM.
- Abra o Library Manager clicando no ícone Library Manager na barra de navegação à esquerda da Arduino IDE.
- Pesquise “WebSockets” e encontre o WebSockets criado por Markus Sattler.
- Clique no botão Install para instalar a biblioteca WebSockets.
- Na Arduino IDE, crie um novo sketch e dê um nome a ele, por exemplo, newbiely.com.ino
- Copie o código abaixo e abra-o com a Arduino IDE
/*
* Este código de ESP8266 NodeMCU foi desenvolvido por pt.newbiely.com
* Este código de ESP8266 NodeMCU é disponibilizado ao público sem nenhuma restrição.
* Para tutoriais completos e diagramas de ligação, visite:
* https://pt.newbiely.com/tutorials/esp8266/esp8266-controls-servo-motor-via-web
*/
#include <Servo.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include "index.h"
#define SERVO_PIN D7 // The ESP8266 pin D7 connected to servo motor
Servo servo;
const char* ssid = "YOUR_WIFI_SSID"; // CHANGE IT
const char* password = "YOUR_WIFI_PASSWORD"; // CHANGE IT
ESP8266WebServer server(80); // Web server on port 80
DIYables_ESP32_WebSocket* webSocket;
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 angle_value = angle.toInt();
Serial.println(angle_value);
servo.write(angle_value);
break;
}
}
void setup() {
Serial.begin(9600);
servo.attach(SERVO_PIN); // attaches the servo on ESP8266 pin
// Connect to Wi-Fi
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(1000);
Serial.println("Connecting to WiFi...");
}
Serial.println("Connected to WiFi");
// Initialize WebSocket server
webSocket.begin();
webSocket.onEvent(webSocketEvent);
// Serve a basic HTML page with JavaScript to create the WebSocket connection
server.on("/", HTTP_GET, []() {
Serial.println("Web Server: received a web page request");
String html = HTML_CONTENT; // Use the HTML content from the index.h file
server.send(200, "text/html", html);
});
server.begin();
Serial.print("ESP8266 Web Server's IP address: ");
Serial.println(WiFi.localIP());
}
void loop() {
// Handle client requests
server.handleClient();
// Handle WebSocket events
webSocket.loop();
}
- Crie o arquivo index.h na Arduino IDE da seguinte forma:
- Clique no botão logo abaixo do ícone do Serial Monitor e escolha New Tab, ou use as teclas Ctrl+Shift+N.
- Dê ao arquivo o nome index.h e clique no botão OK
- Copie o código abaixo e cole no index.h.
- Agora você tem o código em dois arquivos: newbiely.com.ino e index.h
- Clique no botão Upload da Arduino IDE para fazer upload do código para o ESP8266
- Abra o Serial Monitor
- Confira o resultado no Serial Monitor.
- Anote o endereço IP exibido e digite esse endereço na barra de endereços de um navegador no seu celular ou PC.
- Você verá a página web como abaixo:
- O código JavaScript da página web cria automaticamente a conexão WebSocket com o ESP8266.
- Agora você pode controlar o ângulo do servo motor pela interface web.
- Se você modificar o conteúdo HTML no index.h e não mexer em nada no arquivo newbiely.com.ino, quando você compilar e fizer upload do código para o ESP8266, a Arduino IDE não vai atualizar o conteúdo HTML.
- Para fazer a Arduino IDE atualizar o conteúdo HTML nesse caso, faça uma alteração no arquivo newbiely.com.ino (por exemplo, adicionar uma linha vazia, adicionar um comentário....)
/*
* Este código de ESP8266 NodeMCU foi desenvolvido por pt.newbiely.com
* Este código de ESP8266 NodeMCU é disponibilizado ao público sem nenhuma restrição.
* Para tutoriais completos e diagramas de ligação, visite:
* https://pt.newbiely.com/tutorials/esp8266/esp8266-controls-servo-motor-via-web
*/
const char *HTML_CONTENT = R"=====(
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>ESP8266 Controls Servo Motor via Web</title>
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=0.7">
<style>
body { text-align: center; }
canvas { background-color: #ffffff; }
</style>
<script>
var canvas_width = 401, canvas_height = 466;
var pivot_x = 200, pivot_y = 200;
var bracket_radius = 160, bracket_angle = 0;
var bracket_img = new Image();
var click_state = 0;
var last_angle = 0;
var mouse_xyra = {x:0, y:0, r:0.0, a:0.0};
var ws;
bracket_img.src = "https://esp32io.com/images/tutorial/servo-bracket.png";
function init()
{
var servo = document.getElementById("servo");
servo.width = canvas_width;
servo.height = canvas_height;
servo.style.backgroundImage = "url('https://esp32io.com/images/tutorial/servo-body.png')";
servo.style.backgroundPosition = "center";
servo.style.backgroundSize = "contain";
servo.addEventListener("touchstart", mouse_down);
servo.addEventListener("touchend", mouse_up);
servo.addEventListener("touchmove", mouse_move);
servo.addEventListener("mousedown", mouse_down);
servo.addEventListener("mouseup", mouse_up);
servo.addEventListener("mousemove", mouse_move);
var ctx = servo.getContext("2d");
ctx.translate(pivot_x, pivot_y);
rotate_bracket(0);
ws = new WebSocket("ws://" + window.location.host + ":81");
document.getElementById("ws_state").innerHTML = "CONNECTING";
ws.onopen = function(){ document.getElementById("ws_state").innerHTML = "CONNECTED" };
ws.onclose = function(){ document.getElementById("ws_state").innerHTML = "CLOSED"};
ws.onerror = function(){ alert("websocket error " + this.url) };
ws.onmessage = ws_onmessage;
}
function ws_onmessage(e_msg)
{
e_msg = e_msg || window.event; // MessageEvent
alert("msg : " + e_msg.data);
}
function rotate_bracket(angle)
{
var servo = document.getElementById("servo");
var ctx = servo.getContext("2d");
ctx.clearRect(-pivot_x, -pivot_y, canvas_width, canvas_height);
ctx.rotate(angle / 180 * Math.PI);
ctx.drawImage(bracket_img, -pivot_x, -pivot_y);
ctx.rotate(-angle / 180 * Math.PI);
}
function check_range_xyra(event, mouse_xyra)
{
var x, y, r, a, rc_x, rc_y, radian;
var min_r, max_r, width;
if(event.touches)
{
var touches = event.touches;
x = (touches[0].pageX - touches[0].target.offsetLeft) - pivot_x;
y = pivot_y - (touches[0].pageY - touches[0].target.offsetTop);
min_r = 60;
max_r = pivot_x;
width = 40;
}
else
{
x = event.offsetX - pivot_x;
y = pivot_y - event.offsetY;
min_r = 60;
max_r = bracket_radius;
width = 20;
}
/* cartesian to polar coordinate conversion */
r = Math.sqrt(x * x + y * y);
a = Math.atan2(y, x);
mouse_xyra.x = x;
mouse_xyra.y = y;
mouse_xyra.r = r;
mouse_xyra.a = a;
radian = bracket_angle / 180 * Math.PI;
/* rotate coordinate */
rc_x = x * Math.cos(radian) - y * Math.sin(radian);
rc_y = x * Math.sin(radian) + y * Math.cos(radian);
if((r < min_r) || (r > max_r))
return false;
if((rc_y < -width) || (rc_y > width))
return false;
return true;
}
function mouse_down()
{
if(event.touches && (event.touches.length > 1))
click_state = event.touches.length;
if(click_state > 1)
return;
if(check_range_xyra(event, mouse_xyra))
{
click_state = 1;
last_angle = mouse_xyra.a / Math.PI * 180.0;
}
}
function mouse_up()
{
click_state = 0;
}
function mouse_move()
{
var angle;
if(event.touches && (event.touches.length > 1))
click_state = event.touches.length;
if(click_state > 1)
return;
if(!click_state)
return;
if(!check_range_xyra(event, mouse_xyra))
{
click_state = 0;
return;
}
angle = mouse_xyra.a / Math.PI * 180.0;
if((Math.abs(angle) > 90) && (angle * last_angle < 0))
{
if(last_angle > 0)
last_angle = -180;
else
last_angle = 180;
}
bracket_angle += (last_angle - angle);
last_angle = angle;
if(bracket_angle > 90)
bracket_angle = 90;
if(bracket_angle < -90)
bracket_angle = -90;
rotate_bracket(bracket_angle);
if(ws.readyState == 1)
ws.send(Math.floor(90 - bracket_angle) + "\r\n");
debug = document.getElementById("debug");
debug.innerHTML = Math.floor(90 - bracket_angle);
event.preventDefault();
}
window.onload = init;
</script>
</head>
<body>
<h2>
ESP8266 - Servo Motor via Web<br>
<canvas id="servo"></canvas>
<p>
WebSocket : <span id="ws_state" style="color:blue">null</span><br>
Angle : <span id="debug" style="color:blue">90</span>
</p>
</h2>
<div class="sponsor">Sponsored by <a href="https://amazon.com/diyables">DIYables</a></div>
</body>
</html>
)=====";
8
Serial.println("Hello World!");
Message (Enter to send message to 'Nodemcu 1.0 (ESP-12E Module)' on 'COM15')
New Line
9600 baud
Connecting to WiFi...
Connected to WiFi
ESP8266 Web Server's IP address IP address: 192.168.0.5
Para economizar a memória do ESP8266, as imagens do servo motor NÃO são armazenadas no ESP8266. Em vez disso, elas ficam armazenadas na internet, então o seu celular ou PC precisa ter conexão com a internet para carregar as imagens da página web de controle.
※ Nota:
Explicação do Código Linha por Linha
O código do ESP8266 acima contém uma explicação linha por linha. Por favor, leia os comentários no código!