LEDs mit dem UDP-Protokoll im LAN schalten – Projekte für Arduino und ESP32-Mikrocontroller

Ziel des Projekts

Verschiedenfarbige LEDs sollen mit Hilfe des UDP-Protokolls im lokalen Netzwerk geschaltet werden. Das User Datagramm Protokoll (UDP) dient dazu, Nachrichten in einem Netzwerk zu verschicken.
Hierzu muss die IP-Adresse des Empfängers und der verwendete Anschluss bekannt sein.

Die Daten werden mit einem entsprechendem Programm oder über eine App übertragen.

Software für UDP

Smartphone-Apps

Die Hardware

Für dieses Projekt benötigst du ein sogenanntes „Shield“, eine Platine, die einfach auf den Arduino aufgesteckt wird. Auf ihr befinden sich ein LAN-Anschluss (RJ45) und ein SD-Karten-Modul.
Wird das SD-Karten-Modul verwendet stehen die Pins 11, 12 und 13 (⇒SPI-Pins) und der CS-Pin 4 nicht zur Verfügung.

Benötigte Bauteile

5 LEDs
Ethernet-Shield
3 Widerstände 220 Ω (gelbe, rote und grüne LED)
2 Widerstände 100 Ω (blaue und weiße LED)
Leitungsdrähte

Info

Beachte die ⇒Vorwiderstände verschiedener LEDs.

Der Schaltplan

Benötigte Bibliothek

Das Programm

Für das Programm brauchst du eine freie IP-Adresse und eine freie MAC-Adresse in deinem lokalen Netzwerk.
Im Regelfall befindet sich in einem lokalen Netzwerk ein DHCP-Server, der jedem Gerät im Netzwerk automatisch eine IP-Adresse zuteilt. Im Programm wird eine über DHCP vergebene Adresse verwendet.

Im Seriellen Monitor werden die Schaltbefehle angezeigt:

Binde die benötigten Bibliotheken ein und definiere die Variablen:

#include "Ethernet.h"
#include "EthernetUdp.h"

// die LEDs
enum Farben
{
  GRUEN = 3,
  WEISS,
  ROT,
  BLAU,
  GELB
};

// Status bestimmt, ob die jeweilige LED an oder aus ist
// alle LEDS beim Start aus
bool Status[5] = {0,  0,  0,  0, 0};

// MAC-Adresse und IP definieren
byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED};

/*
  Schalter für die Vergabe der IP
  true -> statische IP
  false IP über DHCP
*/
bool statischeIP = false;

// statische IP
IPAddress ip(192, 168, 1, 200);

// lokaler Port
int Port = 9000;

// char-Array für die empfangenen Pakete 
// UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE = maximale Größe (24)
char Pakete[UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE];

// Variable für den Befehl des Schaltvorgangs
byte Schalten;

// Name für UDP
EthernetUDP Udp;

#include "Ethernet.h"

#include "EthernetUdp.h"

// die LEDs

enum Farben

{

GRUEN = 3,

WEISS,

ROT,

BLAU,

GELB

};

// Status bestimmt, ob die jeweilige LED an oder aus ist

// alle LEDS beim Start aus

bool Status[5] = {0, 0, 0, 0, 0};

// MAC-Adresse und IP definieren

byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED};

Schalter für die Vergabe der IP

true -> statische IP

false IP über DHCP

bool statischeIP = false;

// statische IP

IPAddress ip(192, 168, 1, 200);

// lokaler Port

int Port = 9000;

// char-Array für die empfangenen Pakete

// UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE = maximale Größe (24)

char Pakete[UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE];

// Variable für den Befehl des Schaltvorgangs

byte Schalten;

// Name für UDP

EthernetUDP Udp;

Der setup-Teil:

void setup()
{
  Serial.begin(9600);

  // auf serielle Verbindung warten
  while (!Serial) {;}

  // Ethernet starten statische IP
  if (statischeIP) Ethernet.begin(mac, ip);

  // Ethernet starten DHCP
  else Ethernet.begin(mac);

  // UDP starten
  Udp.begin(Port);

  // pinMode: Startwert ⇒ GRUEN, Endwert ⇒ GELB
  for (int i = GRUEN; i <= GELB; i++)
  {
    pinMode(i, OUTPUT);
  }
  delay(500);

  if (statischeIP) Serial.print("statische IP-Adresse: ");
  else Serial.print("IP-Adresse DHCP: ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
}

void setup()

{

Serial.begin(9600);

// auf serielle Verbindung warten

while (!Serial) {;}

// Ethernet starten statische IP

if (statischeIP) Ethernet.begin(mac, ip);

// Ethernet starten DHCP

else Ethernet.begin(mac);

// UDP starten

Udp.begin(Port);

// pinMode: Startwert ⇒ GRUEN, Endwert ⇒ GELB

for (int i = GRUEN; i <= GELB; i++)

{

pinMode(i, OUTPUT);

}

delay(500);

if (statischeIP) Serial.print("statische IP-Adresse: ");

else Serial.print("IP-Adresse DHCP: ");

Serial.println(Ethernet.localIP());

}

Der loop-Teil:

void loop()
{
  // gesendete Pakete abfragen
  UDPAbfragen();

  // Schalten enthält die Anweisung welche LEDs geschaltet werden sollen
  switch (Schalten)
  {
    case 10:
      Serial.print("gesendeter Befehl: ");
      Serial.print(Schalten);
      Serial.println(" -> Lauflicht");
      Lauflicht();
      break;

    case 11:
      // grüne LED
      Status[0] = !Status[0];
      Serial.print("gesendeter Befehl: ");
      Serial.print(Schalten);
      if (!Status[0])
      {
        Serial.println(" -> gr\u00fcne LED ausschalten");
      }
      else Serial.println(" -> gr\u00fcne LED einschalten");
      digitalWrite(GRUEN, Status[0]);
      break;

    case 12:
      // weiße LED
      Status[1] = !Status[1];
      Serial.print("gesendeter Befehl: ");
      Serial.print(Schalten);
      if (!Status[1])
      {
        Serial.println(" -> wei\u00dfe LED ausschalten");
      }
      else Serial.println(" -> wei\u00dfe LED einschalten");
      digitalWrite(WEISS, Status[1]);
      break;

    case 13:
      // rote LED
      Status[2] = !Status[2];
      Serial.print("gesendeter Befehl: ");
      Serial.print(Schalten);
      if (!Status[2])
      {
        Serial.println(" -> rote LED ausschalten");
      }
      else Serial.println(" -> rote LED einschalten");
      digitalWrite(ROT, Status[2]);
      break;

    case 14:
      // blaue LED
      Status[3] = !Status[3];
      Serial.print("gesendeter Befehl: ");
      Serial.print(Schalten);

      if (!Status[3])
      {
        Serial.println(" -> blaue LED ausschalten");
      }
      else Serial.println(" -> blaue LED einschalten");
      digitalWrite(BLAU, Status[3]);
      break;

    case 15:
      // gelbe LED
      Status[4] = !Status[4];
      Serial.print("gesendeter Befehl: ");
      Serial.print(Schalten);
      if (!Status[4])
      {
        Serial.println(" -> gelbe LED ausschalten");
      }
      else Serial.println(" -> gelbe LED einschalten");
      digitalWrite(GELB, Status[4]);
      break;

    case 16:
      // alle einschalten
      Serial.print("gesendeter Befehl: ");
      Serial.print(Schalten);
      Serial.println(" -> alle einschalten");
      AlleAn();
      break;

    case 17:
      // alle ausschalten 
      Serial.print("gesendeter Befehl: ");
      Serial.print(Schalten);
      Serial.println("-> alle ausschalten");
      AlleAus();
      break;

    default:
      break;
  }

  // Schaltbefehl löschen
  Schalten = 0;
}

100

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void loop()

{

// gesendete Pakete abfragen

UDPAbfragen();

// Schalten enthält die Anweisung welche LEDs geschaltet werden sollen

switch (Schalten)

{

case 10:

Serial.print("gesendeter Befehl: ");

Serial.print(Schalten);

Serial.println(" -> Lauflicht");

Lauflicht();

break;

case 11:

// grüne LED

Status[0] = !Status[0];

Serial.print("gesendeter Befehl: ");

Serial.print(Schalten);

if (!Status[0])

{

Serial.println(" -> gr\u00fcne LED ausschalten");

}

else Serial.println(" -> gr\u00fcne LED einschalten");

digitalWrite(GRUEN, Status[0]);

break;

case 12:

// weiße LED

Status[1] = !Status[1];

Serial.print("gesendeter Befehl: ");

Serial.print(Schalten);

if (!Status[1])

{

Serial.println(" -> wei\u00dfe LED ausschalten");

}

else Serial.println(" -> wei\u00dfe LED einschalten");

digitalWrite(WEISS, Status[1]);

break;

case 13:

// rote LED

Status[2] = !Status[2];

Serial.print("gesendeter Befehl: ");

Serial.print(Schalten);

if (!Status[2])

{

Serial.println(" -> rote LED ausschalten");

}

else Serial.println(" -> rote LED einschalten");

digitalWrite(ROT, Status[2]);

break;

case 14:

// blaue LED

Status[3] = !Status[3];

Serial.print("gesendeter Befehl: ");

Serial.print(Schalten);

if (!Status[3])

{

Serial.println(" -> blaue LED ausschalten");

}

else Serial.println(" -> blaue LED einschalten");

digitalWrite(BLAU, Status[3]);

break;

case 15:

// gelbe LED

Status[4] = !Status[4];

Serial.print("gesendeter Befehl: ");

Serial.print(Schalten);

if (!Status[4])

{

Serial.println(" -> gelbe LED ausschalten");

}

else Serial.println(" -> gelbe LED einschalten");

digitalWrite(GELB, Status[4]);

break;

case 16:

// alle einschalten

Serial.print("gesendeter Befehl: ");

Serial.print(Schalten);

Serial.println(" -> alle einschalten");

AlleAn();

break;

case 17:

// alle ausschalten

Serial.print("gesendeter Befehl: ");

Serial.print(Schalten);

Serial.println("-> alle ausschalten");

AlleAus();

break;

default:

break;

}

// Schaltbefehl löschen

Schalten = 0;

}

Jetzt fehlen noch die Funktionen UDPAbfragen(), Lauflicht(), AlleAn() und AlleAus():

void UDPAbfragen()
{
  // Daten abfragen
  int PaketGroesse = Udp.parsePacket();

  // wenn Daten empfangen wurden ...
  if (PaketGroesse)
  {
    // Daten lesen
    Udp.read(Pakete, UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE);
    Serial.println("-----------------------");
  
    /*
      gesendetes Paket zu int umwandeln
      char-Array in String umwandeln
      zu int umwandeln
      alternativ mit atoi:
      Schalten = atoi(Pakete);
    */
    String SchaltWert = String(Pakete);
    Schalten = SchaltWert.toInt();

    // IP des Senders/Port anzeigen
    Serial.print("Sender: ");
    Serial.println(Udp.remoteIP());

    // IP und Port des Ethernet-Shields
    Serial.print("Adressat: ");
    Serial.print(Ethernet.localIP());
    Serial.println(" Port: " + String(Port));

    // Paket senden
    Udp.beginPacket(Udp.remoteIP(), Udp.remotePort());
    Udp.write("OK");
    Udp.endPacket();
  }
  delay(10);
}

void Lauflicht()
{
  AlleAus();
  for (int i = GRUEN; i <= GELB; i++)
  {
    // aktuelle LED i einschalten
    digitalWrite(i, HIGH);
    delay(200);

    // aktuelle LED i ausschalten
    digitalWrite(i, LOW);
  }

  for (int i = GELB; i >= GRUEN; i--)
  {
    // aktuelle LED i einschalten
    digitalWrite(i, HIGH);
    delay(200);

    // aktuelle LED i ausschalten
    digitalWrite(i, LOW);
  }
}

void AlleAn()
{
  for (int i = GRUEN; i <= GELB; i++)
  {
    // aktuelle LED i ausschalten
    digitalWrite(i, HIGH);
  }

  // Status für alle LEDs auf 1 setzen
  for (int i = 0; i < sizeof(Status); i++)
  {
    Status[i] = 1;
  }
}

void AlleAus()
{
  for (int i = GRUEN; i <= GELB; i++)
  {
    // aktuelle LED i ausschalten
    digitalWrite(i, LOW);
  }

  // Status für alle LEDs auf 0 setzen
  for (int i = 0; i < sizeof(Status); i++)
  {
    Status[i] = 0;
  }
}

void UDPAbfragen()

{

// Daten abfragen

int PaketGroesse = Udp.parsePacket();

// wenn Daten empfangen wurden ...

if (PaketGroesse)

{

// Daten lesen

Udp.read(Pakete, UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE);

Serial.println("-----------------------");

gesendetes Paket zu int umwandeln

char-Array in String umwandeln

zu int umwandeln

alternativ mit atoi:

Schalten = atoi(Pakete);

String SchaltWert = String(Pakete);

Schalten = SchaltWert.toInt();

// IP des Senders/Port anzeigen

Serial.print("Sender: ");

Serial.println(Udp.remoteIP());

// IP und Port des Ethernet-Shields

Serial.print("Adressat: ");

Serial.print(Ethernet.localIP());

Serial.println(" Port: " + String(Port));

// Paket senden

Udp.beginPacket(Udp.remoteIP(), Udp.remotePort());

Udp.write("OK");

Udp.endPacket();

}

delay(10);

}

void Lauflicht()

{

AlleAus();

for (int i = GRUEN; i <= GELB; i++)

{

// aktuelle LED i einschalten

digitalWrite(i, HIGH);

delay(200);

// aktuelle LED i ausschalten

digitalWrite(i, LOW);

}

for (int i = GELB; i >= GRUEN; i--)

{

// aktuelle LED i einschalten

digitalWrite(i, HIGH);

delay(200);

// aktuelle LED i ausschalten

digitalWrite(i, LOW);

}

void AlleAn()

{

for (int i = GRUEN; i <= GELB; i++)

{

// aktuelle LED i ausschalten

digitalWrite(i, HIGH);

}

// Status für alle LEDs auf 1 setzen

for (int i = 0; i < sizeof(Status); i++)

{

Status[i] = 1;

}

void AlleAus()

{

for (int i = GRUEN; i <= GELB; i++)

{

// aktuelle LED i ausschalten

digitalWrite(i, LOW);

}

// Status für alle LEDs auf 0 setzen

for (int i = 0; i < sizeof(Status); i++)

{

Status[i] = 0;

}

Ziel des Projekts

Software für UDP

Smartphone-Apps

Die Hardware

Benö­tig­te Bauteile

Der Schaltplan

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