如何使用Arduino UART-WiFi模块做web服务器

发布时间：2022-01-06 20:33:17 作者：柒染
来源：亿速云阅读：757

# 如何使用Arduino UART-WiFi模块做web服务器

## 一、前言

随着物联网技术的快速发展，将嵌入式设备接入互联网已成为普遍需求。Arduino结合UART-WiFi模块（如ESP-01S、ESP8266等）构建轻量级Web服务器，是实现设备远程控制和数据监控的经济高效方案。本文将详细介绍从硬件选型到代码实现的完整流程。

## 二、硬件准备

### 2.1 所需材料清单
| 组件 | 型号 | 数量 |
|------|------|------|
| Arduino主板 | Uno/Nano | 1 |
| UART-WiFi模块 | ESP-01S | 1 |
| 电平转换器 | 3.3V-5V | 1 |
| 杜邦线 | 母对母 | 若干 |
| 电阻 | 1kΩ/2.2kΩ | 各1 |

### 2.2 硬件连接示意图
```circuit
Arduino    ↔    ESP-01S
5V         →    VCC (需经电平转换)
GND        ↔    GND
TX (Pin3)  →    RX
RX (Pin2)  ←    TX (需经电平转换)

注意：ESP系列模块为3.3V供电，必须使用电平转换器保护模块！

三、软件环境搭建

3.1 必备软件

Arduino IDE 2.0+
ESP8266开发包（通过 Boards Manager 安装）
串口调试工具（如 Putty、CoolTerm）

3.2 库安装

#include <SoftwareSerial.h>
#include <ESP8266WiFi.h> // 需手动添加

四、AT指令基础配置

4.1 常用AT指令集

指令	功能	示例
AT	测试通信	AT
AT+CWMODE	设置模式	AT+CWMODE=3 (STA+AP)
AT+CWJAP	连接WiFi	AT+CWJAP=“SSID”,“password”
AT+CIFSR	查看IP	AT+CIFSR

4.2 Arduino配置代码

SoftwareSerial espSerial(2, 3); // RX, TX

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  espSerial.begin(115200);
  
  sendATCommand("AT+RST", 2000);
  sendATCommand("AT+CWMODE=1", 1000);
  sendATCommand("AT+CWJAP=\"SSID\",\"PASSWORD\"", 5000);
}

String sendATCommand(String cmd, int timeout) {
  espSerial.println(cmd);
  delay(timeout);
  while(espSerial.available()) {
    Serial.write(espSerial.read());
  }
}

五、Web服务器实现

5.1 单连接服务器模式

void setupServer() {
  sendATCommand("AT+CIPMUX=0", 1000); // 单连接
  sendATCommand("AT+CIPSERVER=1,80", 1000); // 端口80
}

void loop() {
  if(espSerial.available()) {
    String response = espSerial.readString();
    if(response.indexOf("+IPD") != -1) {
      handleRequest(response);
    }
  }
}

5.2 请求处理函数

void handleRequest(String request) {
  if(request.indexOf("GET /led=on") != -1) {
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    sendResponse("LED turned ON");
  } else if(request.indexOf("GET /led=off") != -1) {
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
    sendResponse("LED turned OFF");
  }
}

void sendResponse(String content) {
  String httpResponse = 
    "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
    "Content-Type: text/html\r\n"
    "Connection: close\r\n\r\n"
    "<html>" + content + "</html>";
    
  String cmd = "AT+CIPSEND=" + String(httpResponse.length());
  sendATCommand(cmd, 1000);
  sendATCommand(httpResponse, 1000);
  sendATCommand("AT+CIPCLOSE", 500);
}

六、高级功能实现

6.1 多页面路由

void handleRequest(String req) {
  if(req.indexOf("GET / ") != -1) {
    sendHTML(indexPage);
  } else if(req.indexOf("GET /config") != -1) {
    sendHTML(configPage);
  }
}

const String indexPage = "<h1>Home Page</h1><a href='/config'>Settings</a>";

6.2 数据采集与展示

String getSensorData() {
  int temp = analogRead(A0) * 0.488;
  return "Temperature: " + String(temp) + "°C";
}

七、安全优化建议

启用密码保护：

sendATCommand("AT+CWSAP=\"MyAP\",\"password\",11,4", 2000);

限制访问IP：

sendATCommand("AT+CIPSTAMAC?", 1000); // 获取MAC白名单

OTA更新支持：
```
sendATCommand("AT+CIUPDATE", 30000);
```

八、常见问题排查

Q1: 模块无法连接WiFi

检查SSID/密码是否正确
确认路由器开启2.4GHz频段
检查天线连接状态

Q2: 客户端无法访问

确认防火墙放行80端口
检查路由器是否开启AP隔离
验证IP地址是否冲突

九、性能优化技巧

启用TCP Keepalive：
```
sendATCommand("AT+CIPKEEP=1", 1000);
```
使用HTTP长连接：
```
Connection: keep-alive
```

压缩HTML内容：

String compressed = "<h1>Hi</h1>"; // 实际使用minify工具

十、完整项目示例

10.1 智能家居控制中心

// 集成DHT11温湿度传感器 + 继电器控制
void handleRequest(String req) {
  if(req.indexOf("GET /climate") != -1) {
    sendJSON("{\"temp\":"+readTemp()+",\"hum\":"+readHum()+"}");
  }
}

10.2 工业设备监控

// Modbus RTU over WiFi
void handleModbusRequest() {
  if(request.indexOf("01 03 00 00 00 02") != -1) {
    sendHexResponse("01 03 04 00 7B 00 64");
  }
}

结语

通过本文介绍的方法，您已掌握使用Arduino+WiFi模块构建Web服务器的核心技能。建议进一步探索： 1. 移植到ESP8266原生开发环境 2. 接入MQTT实现云端通信 3. 开发微信小程序控制界面

项目资源：完整代码库已上传GitHub（示例链接）

附录：相关AT指令速查表

指令	描述
AT+CIPSTART	建立TCP连接
AT+CIPMODE	设置传输模式
AT+CIPSTO	设置服务器超时

”`

注：实际实现时需要根据具体模块型号调整AT指令，建议先通过串口调试工具单独测试模块功能。本文以ESP-01S为例，其他型号可能需调整电压或引脚连接方式。