ESP32 – Web-Plotter

In diesem Tutorial lernen wir, wie man einen Webplotter erstellt, der dem Serial Plotter in der Arduino IDE ähnlich aussieht. Mit diesem Setup können Sie die Echtzeitdaten eines ESP32 einfach über einen Webbrowser auf Ihrem Smartphone oder PC anzeigen. Es zeigt die Daten in einem Diagramm an, genauso wie Sie es im Serial Plotter der Arduino IDE sehen.

ESP32-Webplotter

Erforderliche Hardware

1×ESP32 ESP-WROOM-32 Entwicklungsmodul
1×USB-Kabel Typ-A zu Typ-C (für USB-A PC)
1×USB-Kabel Typ-C zu Typ-C (für USB-C PC)
1×(Empfohlen) Schraubklemmen-Erweiterungsboard für ESP32
1×(Empfohlen) Breakout Expansion Board for ESP32
1×(Empfohlen) Stromverteiler für ESP32

Oder Sie können die folgenden Kits kaufen:

1×DIYables ESP32 Starter-Kit (ESP32 enthalten)
1×DIYables Sensor-Kit (30 Sensoren/Displays)
1×DIYables Sensor-Kit (18 Sensoren/Displays)
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Wie der Web-Plotter funktioniert

  • Der ESP32-Code erstellt einen Webserver und einen WebSocket-Server.
  • Wenn ein Benutzer die Webseite auf dem ESP32-Board über einen Webbrowser aufruft, sendet der Webserver auf dem ESP32-Board die Webinhalte (HTML, CSS, JavaScript) zurück an den Webbrowser.
  • Der JavaScript-Code zeichnet im Webbrowser ein Diagramm, das dem Serial Plotter ähnelt.
  • Wenn ein Benutzer auf der Webseite den Connect-Button klickt, erstellt der JavaScript-Code eine WebSocket-Verbindung zum WebSocket-Server auf dem ESP32-Board.
  • Der ESP32 sendet Daten über die WebSocket-Verbindung an den Webbrowser in einem Format, das dem Serial Plotter ähnelt (siehe den nächsten Abschnitt).
  • Der JavaScript-Code im Webbrowser empfängt die Daten und zeichnet sie im Diagramm.

Das Datenformat, das der ESP32 an den Webplotter sendet

Um mehrere Variablen zu plotten, müssen wir Variablen voneinander durch das “\t” oder das Leerzeichen-Zeichen trennen. Der letzte Wert MUSS durch “\r\n”-Zeichen beendet werden.

Im Detail:

  • Die erste Variable
webSocket.broadcastTXT(variable_1);
  • Die mittleren Variablen
webSocket.broadcastTXT(" "); // Zwischen den beiden Werten wird ein Tabulator ('\t') oder Leerzeichen (' ') ausgegeben. webSocket.broadcastTXT(variable_2); webSocket.broadcastTXT(" "); // Zwischen den beiden Werten wird ein Tabulator ('\t') oder Leerzeichen (' ') ausgegeben. webSocket.broadcastTXT(variable_3);
  • Die letzte Variable
webSocket.broadcastTXT(" "); // Ein Tab '\t' oder Leerzeichen ' ' wird zwischen den beiden Werten ausgegeben. webSocket.broadcastTXT(variable_4); webSocket.broadcastTXT("\r\n"); // Der letzte Wert wird durch einen Wagenrücklauf und einen Zeilenumbruch beendet.

Für weitere Details verweisen Sie bitte auf das ESP32 - Serial Plotter Tutorial.

ESP32-Code - Webplotter

Der Inhalt der Webseite (HTML, CSS, JavaScript) wird separat in einer index.h-Datei gespeichert. Daher werden wir zwei Code-Dateien in der Arduino-IDE haben:

  • Eine .ino-Datei, die ESP32-Code enthält und einen Webserver sowie einen WebSocket-Server erstellt
  • Eine .h-Datei, die den Inhalt der Webseite enthält

Schnelle Schritte

  • Wenn dies das erste Mal ist, dass Sie ESP32 verwenden, sehen Sie wie man die Umgebung für ESP32 in der Arduino IDE einrichtet.
  • Verbinden Sie das ESP32-Board über ein Micro-USB-Kabel mit Ihrem PC.
  • Öffnen Sie die Arduino IDE auf Ihrem PC.
  • Wählen Sie das richtige ESP32-Board (z. B. ESP32 Dev Module) und den COM-Port aus.
  • Öffnen Sie den Library Manager, indem Sie auf das Library Manager-Symbol in der linken Navigationsleiste der Arduino IDE klicken.
  • Suchen Sie “ESPAsyncWebServer”, und finden Sie den ESPAsyncWebServer, der von lacamera erstellt wurde.
  • Klicken Sie auf die Schaltfläche Install, um die ESPAsyncWebServer-Bibliothek zu installieren.
ESP32 ESPAsyncWebServer-Bibliothek
  • Sie werden aufgefordert, die Abhängigkeit zu installieren. Klicken Sie auf die Schaltfläche Alle installieren.
ESP32 ESPAsyncWebServer Abhängigkeitsbibliothek
  • Suche “WebSockets”, und finde dann die WebSockets, die von Markus Sattler erstellt wurden.
  • Klicke auf die Schaltfläche Installieren, um die WebSockets-Bibliothek zu installieren.
ESP32 WebSocket-Bibliothek
  • In der Arduino-IDE erstelle ein neues Sketch, gib ihm einen Namen, zum Beispiel newbiely.com.ino
  • Kopiere den untenstehenden Code und öffne ihn in der Arduino-IDE
/* * Dieser ESP32 Code wurde von newbiely.de entwickelt * Dieser ESP32 Code wird der Öffentlichkeit ohne jegliche Einschränkung zur Verfügung gestellt. * Für vollständige Anleitungen und Schaltpläne besuchen Sie bitte: * https://newbiely.de/tutorials/esp32/esp32-web-plotter */ #include <WiFi.h> #include <ESPAsyncWebServer.h> #include <WebSocketsServer.h> #include "index.h" const char* ssid = "YOUR_WIFI_SSID"; // CHANGE IT const char* password = "YOUR_WIFI_PASSWORD"; // CHANGE IT AsyncWebServer server(80); WebSocketsServer webSocket = WebSocketsServer(81); // WebSocket server on port 81 int last_update = 0; void setup() { Serial.begin(9600); delay(1000); // 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, [](AsyncWebServerRequest* request) { Serial.println("Web Server: received a web page request"); String html = HTML_CONTENT; // Use the HTML content from the index.h file request->send(200, "text/html", html); }); server.begin(); Serial.print("ESP32 Web Server's IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); } void loop() { webSocket.loop(); if (millis() - last_update > 500) { last_update = millis(); String variable_1 = String(random(0, 100)); String variable_2 = String(random(0, 100)); String variable_3 = String(random(0, 100)); String variable_4 = String(random(0, 100)); // TO SERIAL PLOTTER Serial.print(variable_1); Serial.print(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values. Serial.print(variable_2); Serial.print(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values. Serial.print(variable_3); Serial.print(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values. Serial.println(variable_4); // the last value is terminated by a carriage return and a newline characters. // TO WEB PLOTTER webSocket.broadcastTXT(variable_1); webSocket.broadcastTXT(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values. webSocket.broadcastTXT(variable_2); webSocket.broadcastTXT(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values. webSocket.broadcastTXT(variable_3); webSocket.broadcastTXT(" "); // a tab '\t' or space ' ' character is printed between the two values. webSocket.broadcastTXT(variable_4); webSocket.broadcastTXT("\r\n"); // the last value is terminated by a carriage return and a newline characters. } }
  • Ändern Sie die WiFi-Informationen (SSID und Passwort) im Code, damit sie zu Ihren eigenen Netzwerk-Anmeldeinformationen passen.
  • Erstellen Sie die index.h-Datei in der Arduino-IDE, indem Sie:
    • Entweder klicken Sie auf die Schaltfläche direkt unter dem Symbol des seriellen Monitors und wählen Sie Neue Registerkarte, oder verwenden Sie die Tastenkombination Ctrl+Shift+N.
    Arduino IDE 2 fügt eine Datei hinzu.
    • Geben Sie den Dateinamen index.h ein und klicken Sie auf die OK-Schaltfläche.
    Arduino IDE 2 fügt die Datei index.h hinzu
    • Kopiere den untenstehenden Code und füge ihn in die index.h-Datei ein.
    /* * Dieser ESP32 Code wurde von newbiely.de entwickelt * Dieser ESP32 Code wird der Öffentlichkeit ohne jegliche Einschränkung zur Verfügung gestellt. * Für vollständige Anleitungen und Schaltpläne besuchen Sie bitte: * https://newbiely.de/tutorials/esp32/esp32-web-plotter */ const char *HTML_CONTENT = R"=====( <!DOCTYPE html> <html> <head> <title>ESP32 - Web Plotter</title> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=0.7"> <style> body {text-align: center; height: 750px; } h1 {font-weight: bold; font-size: 20pt; padding-bottom: 5px; color: navy; } h2 {font-weight: bold; font-size: 15pt; padding-bottom: 5px; } button {font-weight: bold; font-size: 15pt; } #footer {width: 100%; margin: 0px; padding: 0px 0px 10px 0px; bottom: 0px; } .sub-footer {margin: 0 auto; position: relative; width:400px; } .sub-footer a {position: absolute; font-size: 10pt; top: 3px; } </style> <script> var COLOR_BACKGROUND = "#FFFFFF"; var COLOR_TEXT = "#000000"; var COLOR_BOUND = "#000000"; 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var plot_area_pivot_x; var plot_area_pivot_y; var sample_count = 0; var buffer = ""; var data = []; var ws; var canvas; var ctx; function init() { canvas = document.getElementById("graph"); canvas.style.backgroundColor = COLOR_BACKGROUND; ctx = canvas.getContext("2d"); canvas_resize(); setInterval(update_view, 1000 / 60); } function connect_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; ws.binaryType = "arraybuffer"; } else ws.close(); } function ws_onopen() { document.getElementById("ws_state").innerHTML = "<span style='color: blue'>CONNECTED</span>"; document.getElementById("bt_connect").innerHTML = "Disconnect"; } function ws_onclose() { document.getElementById("ws_state").innerHTML = "<span style='color: gray'>CLOSED</span>"; document.getElementById("bt_connect").innerHTML = "Connect"; ws.onopen = null; ws.onclose = null; ws.onmessage = null; ws = null; } function ws_onmessage(e_msg) { e_msg = e_msg || window.event; // MessageEvent console.log(e_msg.data); buffer += e_msg.data; buffer = buffer.replace(/\r\n/g, "\n"); buffer = buffer.replace(/\r/g, "\n"); while(buffer.indexOf("\n") == 0) buffer = buffer.substr(1); if(buffer.indexOf("\n") <= 0) return; var pos = buffer.lastIndexOf("\n"); var str = buffer.substr(0, pos); var new_sample_arr = str.split("\n"); buffer = buffer.substr(pos + 1); for(var si = 0; si < new_sample_arr.length; si++) { var str = new_sample_arr[si]; var arr = []; if(str.indexOf("\t") > 0) arr = str.split("\t"); else arr = str.split(" "); for(var i = 0; i < arr.length; i++) { var value = parseFloat(arr[i]); if(isNaN(value)) continue; if(i >= data.length) { var new_line = [value]; data.push(new_line); // new line } else data[i].push(value); } sample_count++; } for(var line = 0; line < data.length; line++) { while(data[line].length > MAX_SAMPLE) data[line].splice(0, 1); } if(Y_AXIS_AUTO_SCALE) auto_scale(); } function map(x, in_min, in_max, out_min, out_max) { return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min; } function get_random_color() { var letters = '0123456789ABCDEF'; var _color = '#'; for (var i = 0; i < 6; i++) _color += letters[Math.floor(Math.random() * 16)]; return _color; } function update_view() { if(sample_count <= MAX_SAMPLE) X_AXIS_MAX = sample_count; else X_AXIS_MAX = 50; ctx.clearRect(0, 0, WSP_WIDTH, WSP_HEIGHT); ctx.save(); ctx.translate(plot_area_pivot_x, plot_area_pivot_y); ctx.font = "bold 20px Arial"; ctx.textBaseline = "middle"; ctx.textAlign = "center"; ctx.fillStyle = COLOR_TEXT; // draw X axis title if(X_AXIS_TITLE != "") { ctx.fillText(X_AXIS_TITLE, plot_area_width / 2, X_AXIS_VALUE_HEIGHT + X_AXIS_TITLE_HEIGHT / 2); } // draw Y axis title if(Y_AXIS_TITLE != "") { ctx.rotate(-90 * Math.PI / 180); ctx.fillText(Y_AXIS_TITLE, plot_area_height / 2, -Y_AXIS_VALUE_WIDTH - Y_AXIS_TITLE_WIDTH / 2); ctx.rotate(90 * Math.PI / 180); } ctx.font = "16px Arial"; ctx.textAlign = "right"; ctx.strokeStyle = COLOR_BOUND; for(var i = 0; i <= Y_GRIDLINE_NUM; i++) { var y_gridline_px = -map(i, 0, Y_GRIDLINE_NUM, 0, plot_area_height); y_gridline_px = Math.round(y_gridline_px) + 0.5; ctx.beginPath(); ctx.moveTo(0, y_gridline_px); ctx.lineTo(plot_area_width, y_gridline_px); ctx.stroke(); ctx.strokeStyle = COLOR_BOUND; ctx.beginPath(); ctx.moveTo(-7 , y_gridline_px); ctx.lineTo(4, y_gridline_px); ctx.stroke(); var y_gridline_value = map(i, 0, Y_GRIDLINE_NUM, Y_AXIS_MIN, Y_AXIS_MAX); y_gridline_value = y_gridline_value.toFixed(1); ctx.fillText(y_gridline_value + "", -15, y_gridline_px); ctx.strokeStyle = COLOR_GRIDLINE; } ctx.strokeStyle = COLOR_BOUND; ctx.textAlign = "center"; ctx.beginPath(); ctx.moveTo(0.5, y_gridline_px - 7); ctx.lineTo(0.5, y_gridline_px + 4); ctx.stroke(); for(var i = 0; i <= X_GRIDLINE_NUM; i++) { var x_gridline_px = map(i, 0, X_GRIDLINE_NUM, 0, plot_area_width); x_gridline_px = Math.round(x_gridline_px) + 0.5; ctx.beginPath(); ctx.moveTo(x_gridline_px, 0); ctx.lineTo(x_gridline_px, -plot_area_height); ctx.stroke(); ctx.strokeStyle = COLOR_BOUND; ctx.beginPath(); ctx.moveTo(x_gridline_px, 7); ctx.lineTo(x_gridline_px, -4); ctx.stroke(); var x_gridline_value; if(sample_count <= MAX_SAMPLE) x_gridline_value = map(i, 0, X_GRIDLINE_NUM, X_AXIS_MIN, X_AXIS_MAX); else x_gridline_value = map(i, 0, X_GRIDLINE_NUM, sample_count - MAX_SAMPLE, sample_count);; ctx.fillText(x_gridline_value.toString(), x_gridline_px, X_AXIS_VALUE_HEIGHT / 2 + 5); ctx.strokeStyle = COLOR_GRIDLINE; } //ctx.lineWidth = 2; var line_num = data.length; for(var line = 0; line < line_num; line++) { // draw graph var sample_num = data[line].length; if(sample_num >= 2) { var y_value = data[line][0]; var x_px = 0; var y_px = -map(y_value, Y_AXIS_MIN, Y_AXIS_MAX, 0, plot_area_height); if(line == COLOR_LINE.length) COLOR_LINE.push(get_random_color()); ctx.strokeStyle = COLOR_LINE[line]; ctx.beginPath(); ctx.moveTo(x_px, y_px); for(var i = 0; i < sample_num; i++) { y_value = data[line][i]; x_px = map(i, X_AXIS_MIN, X_AXIS_MAX -1, 0, plot_area_width); y_px = -map(y_value, Y_AXIS_MIN, Y_AXIS_MAX, 0, plot_area_height); ctx.lineTo(x_px, y_px); } ctx.stroke(); } // draw legend var x = plot_area_width - (line_num - line) * LEGEND_WIDTH - (line_num - line - 1) * LEGEND_WIDTH / 2; var y = -plot_area_height - PLOT_AREA_PADDING_TOP / 2 - LEGEND_WIDTH / 2; ctx.fillStyle = COLOR_LINE[line]; ctx.beginPath(); ctx.rect(x, y, LEGEND_WIDTH, LEGEND_WIDTH); ctx.fill(); } ctx.restore(); } function canvas_resize() { canvas.width = 0; // to avoid wrong screen size canvas.height = 0; if(WSP_SIZE_TYPE) { // full screen document.getElementById('footer').style.position = "fixed"; var width = window.innerWidth - 20; var height = window.innerHeight - 20; WSP_WIDTH = width; WSP_HEIGHT = height - document.getElementById('header').offsetHeight - document.getElementById('footer').offsetHeight; } canvas.width = WSP_WIDTH; canvas.height = WSP_HEIGHT; ctx.font = "16px Arial"; var y_min_text_size = ctx.measureText(Y_AXIS_MIN.toFixed(1) + "").width; var y_max_text_size = ctx.measureText(Y_AXIS_MAX.toFixed(1) + "").width; Y_AXIS_VALUE_WIDTH = Math.round(Math.max(y_min_text_size, y_max_text_size)) + 15; plot_area_width = WSP_WIDTH - Y_AXIS_VALUE_WIDTH - PLOT_AREA_PADDING_RIGHT; plot_area_height = WSP_HEIGHT - X_AXIS_VALUE_HEIGHT - PLOT_AREA_PADDING_TOP; plot_area_pivot_x = Y_AXIS_VALUE_WIDTH; plot_area_pivot_y = WSP_HEIGHT - X_AXIS_VALUE_HEIGHT; if(X_AXIS_TITLE != "") { plot_area_height -= X_AXIS_TITLE_HEIGHT; plot_area_pivot_y -= X_AXIS_TITLE_HEIGHT; } if(Y_AXIS_TITLE != "") { plot_area_width -= Y_AXIS_TITLE_WIDTH; plot_area_pivot_x += Y_AXIS_TITLE_WIDTH; } ctx.lineWidth = 1; } function auto_scale() { if(data.length >= 1) { var max_arr = []; var min_arr = []; for(var i = 0; i < data.length; i++) { if(data[i].length >= 1) { var max = Math.max.apply(null, data[i]); var min = Math.min.apply(null, data[i]); max_arr.push(max); min_arr.push(min); } } var max = Math.max.apply(null, max_arr); var min = Math.min.apply(null, min_arr); var MIN_DELTA = 10.0; if((max - min) < MIN_DELTA) { var mid = (max + min) / 2; max = mid + MIN_DELTA / 2; min = mid - MIN_DELTA / 2; } var range = max - min; var exp; if (range == 0.0) exp = 0; else exp = Math.floor(Math.log10(range / 4)); var scale = Math.pow(10, exp); var raw_step = (range / 4) / scale; var step; potential_steps =[1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 8.0, 10.0]; for (var i = 0; i < potential_steps.length; i++) { if (potential_steps[i] < raw_step) continue; step = potential_steps[i] * scale; Y_AXIS_MIN = step * Math.floor(min / step); Y_AXIS_MAX = Y_AXIS_MIN + step * (4); if (Y_AXIS_MAX >= max) break; } var count = 5 - Math.floor((Y_AXIS_MAX - max) / step); Y_AXIS_MAX = Y_AXIS_MIN + step * (count - 1); ctx.font = "16px Arial"; var y_min_text_size = ctx.measureText(Y_AXIS_MIN.toFixed(1) + "").width; var y_max_text_size = ctx.measureText(Y_AXIS_MAX.toFixed(1) + "").width; Y_AXIS_VALUE_WIDTH = Math.round(Math.max(y_min_text_size, y_max_text_size)) + 15; plot_area_width = WSP_WIDTH - Y_AXIS_VALUE_WIDTH - PLOT_AREA_PADDING_RIGHT; plot_area_pivot_x = Y_AXIS_VALUE_WIDTH; } } window.onload = init; </script> </head> <body onresize="canvas_resize()"> <h1 id="header">ESP32 - Web Plotter</h1> <canvas id="graph"></canvas> <br> <div id="footer"> <div class="sub-footer"> <h2>WebSocket <span id="ws_state"><span style="color: gray">CLOSED</span></span></h2> </div> <button id="bt_connect" type="button" onclick="connect_onclick();">Connect</button> </div> </body> </html> )=====";
    • Jetzt hast du den Code in zwei Dateien: newbiely.com.ino und index.h
    • Klicke in der Arduino IDE auf die Hochladen-Schaltfläche, um den Code auf den ESP32 hochzuladen.
    • Öffne den seriellen Monitor.
    • Schau dir das Ergebnis im seriellen Monitor an.
    COM6
    Send
    Connecting to WiFi... Connected to WiFi ESP32 Web Server's IP address IP address: 192.168.0.2
    Autoscroll Show timestamp
    Clear output
    9600 baud  
    Newline  
    • Notieren Sie sich die angezeigte IP-Adresse und geben Sie diese Adresse in die Adressleiste eines Webbrowsers auf Ihrem Smartphone oder PC ein.
    • Sie sehen die Webseite wie unten dargestellt:
    ESP32-Plotter-Webbrowser
    • Klicken Sie auf die CONNECT-Schaltfläche, um die Webseite über WebSocket mit dem ESP32 zu verbinden.
    • Sie werden sehen, wie der Plotter die Daten wie im untenstehenden Bild darstellt.
    ESP32-Webgraf
    • Sie können den Serial Plotter in der Arduino-IDE öffnen, um ihn mit dem Web Plotter im Webbrowser zu vergleichen.

    ※ Notiz:

    • Wenn Sie den HTML-Inhalt in der index.h Datei ändern und nichts in der newbiely.com.ino Datei berühren, wird der HTML-Inhalt beim Kompilieren und Hochladen des Codes auf den ESP32 von der Arduino IDE nicht aktualisiert.
    • Um in diesem Fall sicherzustellen, dass die Arduino IDE den HTML-Inhalt aktualisiert, nehmen Sie eine Änderung in der newbiely.com.ino Datei vor (z. B. eine leere Zeile hinzufügen, einen Kommentar hinzufügen ...)

    Zeile für Zeile Code-Erklärung

    Der obige ESP32-Code enthält eine zeilenweise Erklärung. Bitte lesen Sie die Kommentare im Code!

※ UNSERE NACHRICHTEN

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