Arduino Ethernet教程如何快速上手？-贝博恩创新科技网

Arduino Ethernet 教程：从零开始让你的 Arduino 连入网络

准备工作
- 硬件清单
- 软件环境
基础篇：连接网络并获取IP地址
- 硬件连接
- 代码示例：DHCP 获取IP
- 代码示例：使用静态IP
核心功能篇：创建一个 Web 服务器
- 原理讲解
- 代码示例：最简单的 Web 服务器
- 代码示例：通过网页控制 Arduino 的 LED
进阶篇：向服务器发送数据
- 原理讲解：HTTP GET 请求
- 代码示例：将传感器数据发送到 ThingSpeak
常见问题与故障排除
进阶应用与资源

准备工作

硬件清单

Arduino 主板：任何带有 SPI 接口的 Arduino 都可以，最常用的是 Arduino Uno、Arduino Mega 或 Arduino Ethernet (自带以太网接口的版本)。
Ethernet Shield (以太网扩展板)：如果你的 Arduino 主板不带网口，就需要这个，它基于 Wiznet W5500 芯片,是当前最主流的选择。
网线 (RJ-45)：一根标准的网线，用于将 Shield 连接到路由器或交换机。
LED (可选)：用于 Web 服务器控制 LED 的示例。
220Ω 电阻 (可选)：用于保护 LED。
面包板和杜邦线：用于搭建电路。

软件环境

Arduino IDE：确保你已经安装了最新版本的 Arduino IDE。
安装库：Arduino IDE 通常已经包含了 Ethernet 库，但为了确保万无一失，你可以通过 库管理器 进行安装。
- 打开 Arduino IDE，点击 项目 -> 加载库 -> 管理库...
- 在搜索框中输入 Ethernet，找到 Ethernet by Arduino，点击 安装。

基础篇：连接网络并获取IP地址

这是使用 Ethernet Shield 的第一步,确保你的硬件能正确连接到局域网。

（图片来源网络，侵删）

硬件连接

将 Ethernet Shield 按照方向（注意对齐 Pin 1）插在你的 Arduino Uno 上。
用网线将 Shield 的网口连接到你的 路由器 的一个 LAN 口上。

代码示例：DHCP 获取IP (推荐)

DHCP (动态主机配置协议) 是路由器自动为设备分配IP地址的方式,最常用也最方便。

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
// 创建一个 Ethernet 实例
// Mac 地址是每个网络设备的唯一标识符，你可以自己设定，但通常每个 Shield 上都有印刷的 MAC 地址
byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; 
void setup() {
  // 初始化串口通信，用于调试
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ; // 等待串口连接
  }
  Serial.println("正在初始化 Ethernet...");
  // 开始使用 DHCP 获取IP地址
  if (Ethernet.begin(mac) == 0) {
    Serial.println("使用 DHCP 失败。");
    // 如果DHCP失败，可以尝试使用静态IP
    // Ethernet.begin(mac, ip);
    while (true) {
      delay(1); // 永久停在这里
    }
  } else {
    Serial.println("DHCP 成功！");
  }
  // 打印获取到的IP地址
  Serial.print("我的 IP 地址是: ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
}
void loop() {
  // 空循环
}

如何运行：

将代码上传到 Arduino。
打开 工具 -> 串口监视器 (波特率选 9600)。
重置 Arduino，你应该会看到串口监视器打印出类似 DHCP 成功！ 和 我的 IP 地址是: 192.168.1.105 的信息。

代码示例：使用静态IP

如果你的路由器配置了复杂的DHCP规则，或者你需要设备IP地址固定不变,可以使用静态IP。

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };
// 设置一个你局域网内未被占用的静态IP
IPAddress ip(192, 168, 1, 177); 
// 设置你的路由器网关
IPAddress gateway(192, 168, 1, 1);
// 设置你的子网掩码
IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ;
  }
  Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet);
  Serial.print("我的静态IP地址是: ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
}
void loop() {
  // 空循环
}

核心功能篇：创建一个 Web 服务器

这是 Ethernet Shield 最强大的功能之一，你可以让 Arduino 变成一个微型网站,用户可以通过浏览器访问并控制它。

（图片来源网络，侵删）

原理讲解

EthernetServer server(port)：创建一个服务器对象，监听一个特定的端口（Web服务默认是80）。
server.begin()：启动服务器,开始监听客户端连接。
EthernetClient client = server.available()：检查是否有新的客户端（比如浏览器）尝试连接，如果有,就创建一个客户端对象。
client.connected() 和 client.available()：检查客户端是否还连接着,以及客户端是否发来了数据。
client.println()：向客户端（浏览器）发送数据，HTML 代码。
client.stop()：关闭与客户端的连接。

代码示例：最简单的 Web 服务器

这个服务器会在浏览器上显示 "Hello from Arduino!"。

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };
IPAddress ip(192, 168, 1, 177);
EthernetServer server(80); // 创建一个监听80端口的服务器
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Ethernet.begin(mac, ip);
  server.begin();
  Serial.print("服务器启动在: ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
}
void loop() {
  // 检查是否有客户端连接
  EthernetClient client = server.available();
  if (client) {
    Serial.println("新的客户端连接");
    boolean currentLineIsBlank = true;
    while (client.connected()) {
      if (client.available()) {
        char c = client.read();
        Serial.write(c);
        // 当收到换行符并且当前行是空行时，说明HTTP请求头已结束
        if (c == '\n' && currentLineIsBlank) {
          // 发送HTTP响应头
          client.println("HTTP/1.1 200 OK");
          client.println("Content-Type: text/html");
          client.println("Connection: close"); // 一次连接后关闭
          client.println();
          // 发送HTML内容
          client.println("<!DOCTYPE HTML>");
          client.println("<html>");
          client.println("<head>");
          client.println("<title>Hello Arduino</title>");
          client.println("</head>");
          client.println("<body>");
          client.println("<h1>Hello from Arduino!</h1>");
          client.println("</body>");
          client.println("</html>");
          break;
        }
        if (c == '\n') {
          currentLineIsBlank = true;
        } else if (c != '\r') {
          currentLineIsBlank = false;
        }
      }
    }
    // 等待浏览器接收数据
    delay(1);
    // 关闭连接
    client.stop();
    Serial.println("客户端断开连接");
  }
}

如何运行：

上传代码。
打开浏览器，在地址栏输入你从串口监视器看到的IP地址（http://192.168.1.177）。
你应该能看到 "Hello from Arduino!" 的网页。

代码示例：通过网页控制 Arduino 的 LED

这是一个更实用的例子，网页上有一个按钮，点击可以切换 Arduino 上连接的 LED 的状态。

硬件连接：

（图片来源网络，侵删）

将 LED 的负极（短脚）通过一个 220Ω 电阻连接到 Arduino 的 数字引脚 7。
LED 的正极（长脚）连接到 5V。

代码：

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };
IPAddress ip(192, 168, 1, 177);
EthernetServer server(80);
// 定义LED引脚
#define ledPin 7
// 存储LED状态的变量
String readString;
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  Serial.begin(9600);
  Ethernet.begin(mac, ip);
  server.begin();
  Serial.print("服务器启动在: ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
}
void loop() {
  EthernetClient client = server.available();
  if (client) {
    Serial.println("新的客户端连接");
    String currentLine = "";
    while (client.connected()) {
      if (client.available()) {
        char c = client.read();
        Serial.write(c);
        readString += c;
        if (c == '\n') {
          currentLine = "";
        } else if (c != '\r') {
          currentLine += c;
        }
        // 当收到换行符并且当前行是空行时
        if (currentLine.endsWith("HTTP/1.1") && readString.endsWith("HTTP/1.1\r\n\r\n")) {
          // 检查URL中是否包含 /?LED=ON
          if (readString.indexOf("/?LED=ON") > 0) {
            digitalWrite(ledPin, HIGH);
            Serial.println("LED 打开");
          }
          // 检查URL中是否包含 /?LED=OFF
          if (readString.indexOf("/?LED=OFF") > 0) {
            digitalWrite(ledPin, LOW);
            Serial.println("LED 关闭");
          }
          // 发送HTML响应
          client.println("HTTP/1.1 200 OK");
          client.println("Content-Type: text/html");
          client.println("Connection: close");
          client.println();
          client.println("<!DOCTYPE HTML>");
          client.println("<html>");
          client.println("<head>");
          client.println("<title>Arduino LED Control</title>");
          client.println("<meta name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1'>");
          client.println("<style>body { font-family: Arial; text-align: center; margin-top: 50px; } button { font-size: 24px; padding: 10px 20px; margin: 10px; }</style>");
          client.println("</head>");
          client.println("<body>");
          client.println("<h1>Arduino Web Server</h1>");
          client.println("<p>LED 状态: " + String(digitalRead(ledPin) ? "开启" : "关闭") + "</p>");
          client.println("<a href='/?LED=ON'><button>打开 LED</button></a>");
          client.println("<a href='/?LED=OFF'><button>关闭 LED</button></a>");
          client.println("</body>");
          client.println("</html>");
          break;
        }
      }
    }
    delay(1);
    client.stop();
    readString = ""; // 清空字符串，准备下一次请求
    Serial.println("客户端断开连接");
  }
}

工作原理： 浏览器点击按钮，实际上是向服务器发送了一个特定的URL（http://192.168.1.177/?LED=ON），代码通过检查 readString 中是否包含 /?LED=ON 来判断用户的操作，然后控制引脚,并返回一个更新了状态的HTML页面。

进阶篇：向服务器发送数据

有时候我们不需要显示网页，只需要把 Arduino 上的传感器数据（如温度、湿度）发送到云服务器或数据库。

原理讲解：HTTP GET 请求

我们将模拟浏览器向一个服务器发送一个HTTP GET请求,请求的URL中会包含我们要发送的数据。

http://api.example.com/update?temp=25.5&humidity=60

http://api.example.com/update 是服务器地址。
后面是查询参数，用 & 分隔多个参数。
temp=25.5 表示一个名为 temp，值为 5 的参数。

代码示例：将传感器数据发送到 ThingSpeak

ThingSpeak 是一个流行的物联网平台,可以轻松地接收数据并生成图表。

硬件准备：

一个模拟传感器，LM35 温度传感器。
LM35 的 VCC 接 5V，GND 接 GND，Vout 接 Arduino 的 模拟引脚 A0。

代码： 你需要先在 ThingSpeak 网站上注册并创建一个 Channel，获取到你的 API Key。

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };
IPAddress ip(192, 168, 1, 177);
EthernetClient client;
// 替换成你的 ThingSpeak API Key
String apiKey = "YOUR_API_KEY"; 
// 替换成你的 ThingSpeak 服务器地址 (通常是 api.thingspeak.com)
const char* server = "api.thingspeak.com"; 
unsigned long lastConnectionTime = 0;
const long interval = 15000; // 每隔15秒发送一次数据 (ThingSpeak免费版限制)
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(A0, INPUT);
  Ethernet.begin(mac, ip);
  Serial.println("连接到 ThingSpeak...");
}
void loop() {
  // 检查是否到了发送数据的时间
  if (millis() - lastConnectionTime > interval) {
    // 读取传感器数据 (LM35: 10mV/°C)
    int sensorValue = analogRead(A0);
    float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
    float temperature = voltage * 100; // 转换为摄氏温度
    // 发送数据到 ThingSpeak
    if (client.connect(server, 80)) {
      Serial.println("连接成功");
      // 构建GET请求
      client.print("GET /update?api_key=");
      client.print(apiKey);
      client.print("&field1="); // field1 是你在ThingSpeak Channel中设置的字段
      client.print(temperature);
      client.println(" HTTP/1.1");
      client.print("Host: ");
      client.println(server);
      client.println("Connection: close");
      client.println();
      lastConnectionTime = millis();
    } else {
      Serial.println("连接失败");
    }
  }
  // 断开连接
  if (!client.connected()) {
    client.stop();
  }
}

如何运行：

替换 YOUR_API_KEY 为你自己的 API Key。
上传代码。
打开串口监视器,你会看到连接和数据发送的日志。
登录你的 ThingSpeak 账户，查看你的 Channel,数据图表应该会自动更新。

常见问题与故障排除

问题1：获取不到IP地址 (DHCP failed)
- 原因：路由器DHCP服务问题、网线没插好、MAC地址冲突。
- 解决：
  1. 检查网线两端是否插紧。
  2. 尝试重启路由器和Arduino。
  3. 使用静态IP地址作为临时解决方案。
  4. 确保你的MAC地址是唯一的。
问题2：浏览器无法访问Arduino的IP
- 原因：防火墙阻止、IP地址冲突、Arduino程序卡住。
- 解决：
  1. 检查电脑和Arduino是否在同一个局域网（同一个路由器下）。
  2. 尝试 ping <Arduino的IP>,看是否能通。
  3. 检查串口监视器,看Arduino是否正常打印信息。
  4. 关闭电脑的防火墙或添加例外规则。
问题3：Web服务器响应很慢或不稳定
- 原因：loop() 函数中有耗时操作（如 delay()）、代码效率低。
- 解决：避免在 loop() 中使用长延时，使用 millis() 函数来实现非阻塞的延时,就像发送数据到ThingSpeak的例子一样。

进阶应用与资源

当你掌握了基础后,可以探索更广阔的世界：

MQTT 协议：比HTTP更轻量、更适合物联网的发布/订阅模型，可以使用 PubSubClient 库。
WebSocket：实现服务器和客户端之间的全双工通信，可以实现实时数据更新和双向控制,无需刷新页面。
OTA (Over-The-Air) 更新：通过网络为Arduino远程更新固件,非常方便。
使用其他平台：Blynk、Adafruit IO 等平台提供了更友好的图形界面,可以大大简化开发。

官方资源：

Arduino Ethernet 官方参考
Wiznet W5500 芯片数据手册 (了解底层协议)

希望这份详细的教程能帮助你顺利入门 Arduino Ethernet！祝你玩得开心！

Arduino Ethernet教程如何快速上手？

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目录

准备工作

硬件清单

软件环境

基础篇：连接网络并获取IP地址

硬件连接

代码示例：DHCP 获取IP (推荐)

代码示例：使用静态IP

核心功能篇：创建一个 Web 服务器

原理讲解

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进阶篇：向服务器发送数据

原理讲解：HTTP GET 请求

代码示例：将传感器数据发送到 ThingSpeak

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