232 total views

Har du en Raspberry Pi liggende er det en enkel jobb å lage en Internet-radio med akkurat den betjeningen du liker best. Her forklarer vi hvor enkel og grei denne oppgaven er.

(c) Anders Fongen, april 2024

Innledning

Min daglige radiolytting starter til frokosten, hvor jeg foretrekker at ett trykk skal starte radioen og gi meg morgensendingen fra NRK. Jeg har en DAB-radio som gjør dette, men jeg ønsker også å lytte på stasjoner som ikke finnes på DAB-nettverket der jeg bor, men som kun finnes som Internett-strømmer.

I noen år hadde jeg en stemmestyrt Google Nest som tok inn radiostasjoner basert på TuneIn-appen, men siden den gang har NRK sluttet å strømme via TuneIn, så da ble det en periode DAB-radio side om side med en Bluetooth-mottaker for å spille TuneIn-stasjoner.

Jeg er ingen “storbruker” av Internet-radio, og er fornøyd med 6-8 stasjoner, inkludert NRK sine. Jeg stiller heller ingen andre krav til betjeningen enn at den skal være enkel og uten krav til øyekontakt. Den skal kunne betjenes i mørke og når jeg ikke har brillene på meg. Altså ingen touch-skjerm, men heller en knapperad.

Eller enda bedre: KUN ÉN KNAPP!

Betjeningsdesign

Internet-radioen trenger egentlig bare én knapp, som slår radioen av og på, og som kan brukes til å stege gjennom listen av forhåndlagrede stasjoner.

• Radio av: Ett trykk slår på radioen og spiller den første stasjonen i listen
• Radio på: Ett trykk skifter avspillingen til neste stasjon i listen, eller går til toppen av listen ved siste stasjon.
• Radio på: Langt trykk slår av radioen

Lydsignalet fra Internet-radioen går til en separat forsterker, der finnes volumkontrollen.

Valg av maskinvare

I denne bloggartikkelen har jeg forklart hvordan en Internett-radio kan bygges på en mikrokontroller (Raspberry Pico) og en separat MP3-dekoder. Dette var et morsomt prosjekt, men denne gangen skal jeg presentere noe enklere som lar seg realisere på én kveld:

Jeg har noen eldre Raspberry Pi versjon 3 liggende. Disse kan startes med Linux, de har programvare for å dekode MP3, og de har en analog lydutgang som kan koples til en forsterker eller et headsett. De har også WLAN-adapter som kan motta datastrømmer via hjemmenettet. I sum er Raspberry Pi noe dyrere enn de to komponentene jeg brukte i nevnte bloggartikkel, men i tillegg til en enklere konstruksjon oppnår vi også å ha hele kretsen inni et standard kabinett for Raspberry Pi.

Den ene knappen som tillater brukerbetjeningen er av den typen som ofte brukes til eksperimentering. Den koples til GPIO-bussen og limes til lokket på kabinettet.

Den analoge lydporten på Raspberry Pi hadde et rykte for dårlig lydkvalitet i tidligere versjoner av maskinvaren, men i Pi versjon 3 er denne kvaliteten tilfredsstillende.

Valg og konstruksjon av programvare

Ved installasjon av den anbefalte Linux-versjonen for Raspberry Pi, kalt Raspbian, blir det også installert et avspillingsprogram som heter VLC. Dersom man kopler skjerm og tastatur til Pi er VLC egentlig alt vi trenger for å strømme radioprogrammer. Brukerdesignet som vi har bestemt, utelukker derimot denne løsningen, vi skal kun ha Rasperry Pi i en boks ved siden av forsterkeren vår.

Vi kommer derfor til å lage et enkelt Python-program som avleser tilstanden på betjeningsknappen (trykket ned eller fri), som har en liste over adresser til de lagrede radiostasjonene, og som starter og stopper VLC-programmet med den ønskede radiostasjonen. Programkoden er vist lenger ned i denne artikkelen.

La oss starte med hvordan betjeningsknappen kan avleses av Pythonprogrammet. Python på Raspberry Pi kommer med ferdiginstallerte moduler for å behandle data (sende og motta) via GPIO-bussen, som er raden med pinner langs kanten av kretskortet.

Vi kopler knappen til pin 3 (også kalt GPIO2) og pin 6, som er jordforbindelse. GPIO2 er koplet til en intern pull-up motstand, som medfører at det står en spenning på porten når knappen er fri (avlest verdi 1) og med jordkontakt når knappen er trykket ned (avlest verdi 0). Koden for å avlese verdien på pin 3 ser slik ut:

import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.board)
GPIO.setup(3,GPIO.IN) # Setter pin 3 som inndata-port
verdi = GPIO.input(3) # avleser verdien på pin 3.

Når man avleser knapper på denne måten må man ta hensyn til såkalt prell (switch bouncing), og vi har i denne koden valgt å måle tilstanden over noen millisekunder for at prellet skal roe seg. Derfor er Python-koden mer omstendelig enn om prell ikke fantes.

Utenom denne koden for å avlese langt og kort trykk på betjeningsknappen finner vi også kode for å starte VLC-programmet gjennom en såkalt subprosess, som utføres i parallell med resten av Python-programmet. Dermed kan vi avlese knappetrykk også mens VLC-programmet kjøres.

Trenger ikke grafisk brukergrensesnitt

VLC kjører normalt med et grafisk brukergrensesnitt, men det er bortkastet ressursbruk i vårt tilfelle hvor ingen skjerm er tilkoplet. Vi bruker derfor programmet CVLC, som gjør det vi ønsker med konsollbetjening (kommandolinje) og mindre ressursbruk. Et eksempel på hvordan vi starter og stopper CVLC i en subprosess ser slik ut:

import subprocess,time
url = "http://lyd1.lokalradio.no/oradio_hq"
p = subprocess.Popen(['cvlc',url]) # Starter avspillng
time.sleep(5)                      # Venter i 5 sekunder mens cvlc spiller
p.kill()                           # Stopper så avspillingen

Full programkode

Denne forklaringen av virkemåten burde være dekkende for å forstå den aktuelle programkoden som brukes. Den ser slik ut:

import RPi.GPIO as GPIO
import time,subprocess

button = 3
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(button,GPIO.IN)

b = GPIO.input(button)

radio_urls = ["http://lyd.nrk.no/nrk_radio_p1_innlandet_mp3_m?_hdr=0",\
              "http://lyd.nrk.no/nrk_radio_klassisk_mp3_m?_hdr=0",\
              "http://lyd.nrk.no/nrk_radio_jazz_mp3_m?_hdr=0",\
              "https://dispatcher.rndfnk.com/br/br2/live/mp3/mid",\
              "http://lyd1.lokalradio.no/oradio_hq",\
              "http://freshgrass.streamguys1.com/folkalley-128mp3"]
current_channel_number = 0

def start_radio_channel(url):
    return subprocess.Popen(['cvlc',url])

def this_channel():
    return radio_urls[current_channel_number]

def switch_channel():
    global current_channel_number
    global radio_urls
    current_channel_number = (current_channel_number+1) % len(radio_urls)
    return this_channel()

def button_switch():
    global button
    if GPIO.input(button) == 0:
        # Debounce, wait for 100 ms
        time.sleep(0.1)
        if GPIO.input(button) == 0:
            return 1 # True
    return 0

def button_wait():
    # If button already pressed, wait until released
    while button_switch() == 1:
        time.sleep(0.1)

    while button_switch() == 0: #This call returns in 0.1s
        time.sleep(0.1) # Loop consumes 0.2s per iteration
    # Do not return until the button is released, but allow
    # a long press to switch off the radio
    loop_counter = 0
    while button_switch() == 1: # returns i 0.1s
        loop_counter += 1
        if loop_counter == 15: # 3 seconds hold
            return 2
        time.sleep(0.1) # Another 0.1s
    return 1

radio_process = None
while True:
    c = button_wait()
    if c==2 and radio_process != None:
        radio_process.kill()
        radio_process = None
    elif c==1:
        if radio_process == None:
            current_channel_number = 0
            radio_process = start_radio_channel(this_channel())
        else:
            radio_process.kill()
            radio_process = start_radio_channel(switch_channel())

Demonstrasjonsvideo

Her følger en kort demonstrasjonsvideo:

Oppsummering, forslag til flere funksjoner

Det finnes masse eksempler på Internet-radioer som bygges selv, denne som jeg her viser er svært enkelt og er laget for mine behov. For dine egne behov, bruk gjerne deler av denne programkoden og lag dine egne funksjoner. Eksempler på en videreutvikling kan inkludere slike funksjoner:

• Flere knapper, kanskje én for hver forhåndslagrede stasjon
• En roterende bryter (rotary encoder) for å velge stasjon
• Et display (LED eller OLED) som viser stasjonsnavn
• Et web-grensesnitt for å redigere stasjonslisten
• Klokkefunksjoner for automatisk avspilling (vekkerklokke)
• Bluetooth-mottaker for avspilling fra mobiltelefonen (beskrevet her)

 220 total views

Her følger en enkel veiledning i hvordan man kan styre en servomotor fra Raspberry Pico. En servomotor lar deg stille rotoren i bestemte posisjoner, og kan brukes til å f.eks. styre et kamera eller en antenne.

(c) Anders Fongen, februar 2024

Innledning

Akslingen på en servomotor skal ikke snurre rundt og rundt, men stille seg i besteme posisjoner. Den egner seg derfor til å stille roret på en modellbåt, eller la et kamera eller en antenne følge et bevegelig objekt. Servomotoren SG90 er billig og lett, bruker lite strøm og er relativt sterk.

Vi skal i den følgende teksten viser hvordan vi kan styre SG90 fra Micropython på en Raspberry Pico, men løsningen blir veldig lik for andre kontrollere, f.eks. en ESP32.

Pulsbreddemodulasjon

SG90 har tre tilkoplingsledninger. To er for strømtilførsel (spenning+ og jord-), den tredje er for å stille rotoren i ønsket posisjon. Måten dette gjøres på er med såkalt pulsbreddemodulasjon.

En firkantpuls med en bestemt frekvens veksler mellom to spenningsnivåer, f.eks. 5 volt og 0 volt et visst antall ganger i sekundet, men ikke nødvendigvis med like lang tid på hver av spenningsnivåene. Den brøkdelen av tiden hvor spenningen er høy (f.eks. 5 volt) kaller vi duty cycle (av og til kalt arbeidssyklus på norsk), og illustrasjonen nedenfor viser tre firkantpulser med henholdsvis 50%, 75% og 25% duty cycle.

PWM-signal i Micropython

Pulsbreddemodulasjon, heretter kalt PWM, er innebygget i Micropython og det er lett å sette en GPIO-port til å sende en firkantpuls med varierende duty cycle. Et eksempel på programsetninger som skaper en slik firkantpuls ser slik ut:

# Testkode for WPM-signal
from machine import PWM, Pin
import time
gpioport = 28 # Settes etter behov
pwmpin = PWM(Pin(gpioport, Pin.OUT))
pwmpin.freq(500) 

while True:
    for x in range(0,5):
        pwmpin.duty_u16(16384*x)
        time.sleep(1)

Som det fremgår av programkoden over styres duty cycle med metodekallet duty_u16(verdi), hvor parameterverdien kan variere mellom 0 og 65353 (som er den høyeste verdien for et usignert 16-bits tall). Under vises hvordan det avgitte signalet ser ut på et oscilloskop:

Oppkopling av SG90

Som tidligere nevnt, SG90 har tre tilkoplingsledninger: Rød ledning for forsyningsspenning koples til pin 40 (VBUS), evt. 39 (VSYS) på Raspberry Pico. Brun ledning koples til jord, f.eks. på pin 38. Orange ledning skal ha PWM-signalet, og du må velge en GPIO-port til dette formålet. I programeksemplet over er GPIO nr. 28 valgt, den finnes på pin 34. En såkalt “pinout” for Raspberry Pico er vist under.

Her følger en kort video for å vise effekten av varierende duty-cycle i PWM-signalet:

Kalibrering av duty cycle

Når oppkoplingen er gjort kan du teste at motoren reagerer på ulike duty cycle-verdier ved å stille seg i en bestemt posisjon. Nå kan du kalibrere disse verdiene, ved at du noterer hvilke verdier som tilsvarer de posisjonene du ønsker å stille rotoren i. Min erfaring er at forholdet mellom rotorvinkel og duty cycle-verdier er noenlunde lineært, så du kan skrive kode som interpolerer mellom de observerte verdiene. Programmet som kjøres i videoen ovenfor ser slik ut:

from machine import Pin, PWM
import time
gpioport = 28 # Settes etter behov
pwmpin = PWM(Pin(gpioport, Pin.OUT))
pwmpin.freq(50) # Firkanpulsen har 50 Hz
for x in range(2000,7000,100):
    pwmpin.duty_u16(x)
    time.sleep(0.2)

I dette bestemte eksperimentet finner jeg ut at rotoren beveger seg en halv omdreining (180 grader) med duty cycle-verdier mellom 1150 og 7600, altså med et intervall på 7600-1150=6450. Dersom jeg antar at det er et lineært forhold mellom rotorvinkelen og duty cycle-verdier kan jeg lage en funksjon for å stille rotoren i en bestemt vinkel med denne programfunksjonen:

def setRotorAngle(pwmpin,degrees):
    dcvalue = int(degrees*6450/180+1150)
    pwmpin.duty_u16(dcvalue)

En forbedring av programmet ovenfor er derfor slik:

# Testkode for WPM-signal
from machine import Pin, PWM
import time

def setRotorAngle(pwmpin,degrees):
    dcvalue = int(degrees*6450/180+1150)
    # For rotating clockwise, change the previous line to:
    #dcvalue = int(7600-degrees*6450/180)
    pwmpin.duty_u16(dcvalue)

gpioport = 28 # Settes etter behov
pwmpin = PWM(Pin(gpioport, Pin.OUT))
pwmpin.freq(50) # Firkantpulsen har 50 Hz
for x in range(0,181,10):
    setRotorAngle(pwmpin,x)
    time.sleep(0.8)

Her beveger rotoren seg mot klokken med økende gradtall, om du ønsker bevegelsen slik gradtallet brukes på et kompass, altså med klokken må dcvalue kalkuleres slik:

dcvalue = int(7600-degrees*6450/180)

Eksempel på kamerastyring i to akser

En anvendelse av SG90 som jeg har selv har fattet interesse for er å styre et kamera eller en antenne i to akser for å kunne peke på et punkt oppe i luften eller verdensrommet. Et punkt på himmelrommet kan beskrives med to vinkler: Azimuth, som er vinkelen i horisontalplanet relativt til nord, og Elevation, som angir den vertikale vinkelen relativt til horisonten (les her for flere detaljer). En slik innretning kalles en Azimuth-Elevation rotor. Disse finnes i alle størrelser, er bygget for utendørs bruk og er ganske dyre. For eksperimentformål finnes det enkle konstruksjoner som benytter to SG90-motorer for det samme formålet. Søk etter “2 Axis Pan Tilt Mounting Kit” på Ebay: Her vises et bilde av en slik enhet:

For å styre denne enheten til et punkt på himmelen må du kople begge motorene til Raspberry Pico med felles spenning og jord, men med de orange ledningene til hver sin GPIO-port som du styrer med programsetningene vist ovenfor.

Rekkevidden til en SG90-motor er 180 grader. Skal du rekke over hele himmelkulen trenger du en rekkevidde for Azimuth på 360 grader, og 90 grader for Elevation. Et lite knep kan allikevel gi deg full dekning av himmelkulen over deg:

1. Dersom Azimuth er 0-179 grader, skal den horisontale rotoren stilles til denne vinkelen, og den vertikale rotoren (Elevation) stilles til den ønskede vinkelen 0-90 grader.
2. Dersom Azimuth er 180-359 grader, skal den horisontale rotoren stilles til Azimuth-180 grader, og den vertikale skal stilles til 180-Elevation grader. Dvs, at den vertikale rotoren legger seg “bakover” for å dekke den venstre delen av kompassrosen. Dersom det er et kamera på denne plattformen må du ta hensyn til at bildene da blir opp-ned.

Når du skriver kode for en slik innretning må du dessuten ta hensyn til at azimuth-rotoren går “mot klokka” med økende duty cycle-verdi, og du må snu litt om på regnestykket, som vist over.

Python-klasse for styring av en Az-El plattform

Nå setter vi sammen tidligere detaljer, inkludert observerte verdier for 0 og 180 graders rotasjon, til en Python-klasse som styrer begge aksene under ett:

# Python class to control a simple Azimuth-Elevation
# platform. It uses two SG90 servo motors for the two
# axes. Since they only rotate 180 degrees, the 180
# degree range of the elevation rotor is used to cover
# the left half (180-359 degrees) of the azimuth

from machine import Pin, PWM
class AzElPlatform:

    def __init__(self,azrotor, elrotor):
        self.azport = PWM(Pin(azrotor))
        self.elport = PWM(Pin(elrotor))

        self.azport.freq(50)
        self.elport.freq(50)

    def setDirection(self,az,el): # Angle in degrees
        # Check parameters: 0-359 and 0-90 allowed
        if not az in range(0,360): return
        if not el in range(0,91): return
        if az>180:
            az = az-180
            el = 180-el # Bend elevation backwards for left half
        # Experimentally established values for
        # Calculation of duty cycles corresponding
        # to rotor angles
        dutyAz = 7800 - az * 6600/180
        #dutyAz = ((180-az)/180*6600) + 1200
        dutyEl = el * 7000/180 + 1200

        self.azport.duty_u16(int(dutyAz))
        self.elport.duty_u16(int(dutyEl))

Demonstrasjonsvideo

Her følger en video hvor denne Python-klassen blir demonstrert med følgende testprogram:

from AzElPlatform import AzElPlatform
import time
azel = AzElPlatform(16,17) # GPIO-porter for Az og El
el = 20
for az in range(90,271,10):
    azel.setDirection(az,el)
    time.sleep(0.5)

Denne programkoden beveger plattformen fra 90 til 270 grader i horisontalplanet, og må derfor skifte mellom innstilling nr.1 og 2 fra diskusjonen ovenfor. Legg derfor merke til på videoen hvordan Elevation-rotoren snur seg rundt samtidig som Azimuth-rotoren vrir seg en halv omdreining. Videoen demonstrerer altså hvordan vi dekker hele himmelkuppelen med to rotorer med rekkevidde 180 grader.

 438 total views

Her har jeg laget et verktøy for betjening og konfigurasjon av en enkel Internetradio basert på mikrokontolleren Raspberry Pico (tidligere presentert i denne artikkelen). Det hele blir presentert i denne videoen. Ta kontakt med meg om du ønsker å se programkoden (MikroPython)

 482 total views

En mikrokontroller med WLAN-kretser kan betjenes via nettet, og trenger derfor mindre knapper og lamper for betjening og konfigurasjon. Det mest nærliggende er å lage et web-grensesnitt, selv om andre protokoller også kan brukes. Men det å kople seg til et nytt WLAN-nettverk uten å legge navn og passord inn i programkoden krever noen knep som jeg skal beskrive her. Programmeringsspråket som brukes er MicroPython.

Anders Fongen, juni 2023

Innledning

Problemstillingen er som følger: Du har programmert en slik mikrokontroller til å bruke WLAN-forbindelsen for brukerbetjening, hente data fra Internet, eller kommunisere med andre maskiner. WLAN-adapteret må programmeres til å kople seg til et trådløst nettverk innen rekkevidde, og må kjenne navnet og passordet til det.

Det enkleste er å skrive nettverksnavnet (SSID) og passordet inn som verdier i programkoden, Men om du gir fra deg programkoden til andre er disse opplysningene til liten hjelp. Dessuten er det sjelden lurt å skrive passord direkte inn i programkoden.

Denne artikkelen løser dette problemet: Hvordan konfiguere en slik mikrokontroller for å kople seg til det stedlige trådløse nettverket?

For en raskere innføring, gå til slutten av artikkelen for å se et demonstrasjonsvideo.

Overordnet metode

1. Kontrolleren har en liste over kjente nettverk, med navn og passord, lagret på en fil. Når kontrolleren starter, vil den gå gjennom listen og forsøke å kople seg til ett av nettverkene på denne listen.
2. Dersom intet nettverk lar seg kople til (kanskje fordi listen er tom) vil kontrolleren sette opp sitt eget WLAN-nettverk med kjent navn og passord. Andre maskiner kan nå kople seg til dette nettverket.
3. I tilfelle punkt 2, vil kontrolleren også starte opp en web-tjener for å bli konfigurert gjennom en web-leser. Eieren kan så skrive inn navn og passord på WLAN-nettverk som kontrolleren skal kunne kople seg til.
4. Denne listen av kjente nettverk bli så lagret til en fil og blir hentet frem neste gang kontrolleren startes (punkt 1).

I resten av denne artikkelen vil jeg gå gjennom enkeltdelene i programmet som bruker denne metoden. Den fulle programkoden kan lastes ned og kjøres i kontrolleren for demonstrasjonsformål, men du vil trolig ønske å gjøre dine egne endringer.

Metoden del for del

I de følgende avsnittene vises ikke programmet i sin helhet, men kun de enkeltsetningene som knytter seg til hver enkelt delfunksjon. Du må selv finne ut hvordan disse delene settes sammen, men du kan også laste inn den komplette programkoden og studere den.

Starte WLAN-adaperet og observere eksisterende WLAN

import network
net = network.WLAN(network.STA_IF)
net.deinit() # Found to be useful
net.active(True)
observed_networks = net.scan()

Denne koden setter WLAN-adapteret i “station”-modus, som lar den kople seg til eksisterende nettverk. Den siste setningen scanner omgivelsene og bygger opp en liste med nettverk innen rekkevidde. Denne listen inneholder navn, mac-addresse, beskyttelse, signalstyrke, radiokanal m.m. for hvert av dem.

Lage en liste over aktuelle WLAN

Programkoden vil så finne ut hvilke av de observerte nettverkene den har navn og passord til (kalt kjente nettverk), og sortere dem etter synkende signalstyrke, slik at den siden kan velge det nettverket med best radiosignal. Listen over kjente nettverk ligger på såkalt JSON-format, og leses inn i en dictionary-variabel med disse setningene:

import json
def load_json(filename):
    f = open(filename,"r")
    d = json.load(f)
    f.close()
    return d

Listen over nettverk som både er observert og kjent, sortert etter synkende signalstyrke, lages med disse programsetningene:

# Merge the list of observed network and known networks,
# the resulting list will contain the known networks which
# are observed at the moment, sorted by descending rssi
def merge(known_list,observed_list):
    new_list = list()
    for (ssid,pw) in known_list:
        for obs in observed_list:
            if ssid == obs[0].decode(): # Network name
                rssi = obs[3] # Signal strength (RSSI)
                new_list.append((rssi,ssid,pw))
                break # Out of inner for loop
    new_list.sort(reverse=True)
    return new_list

Tilkoplingsprosedyre

Resultatet av funksjonen merge() er en liste over nettverk som det er aktuelt å kople seg til. Programmet vil forsøke det sterkeste nettverket først. Programkoden ser slik ut:

import network, time
# Merge the two lists
interesting_networks = merge(known_networks,observed_networks)
for (rssi,ssid,pw) in interesting_networks:
    net.deinit() # Form of reset
    net.active(True)
    attempts = 1
    net.connect(ssid,pw)
    status = net.status()
    if status in [network.STAT_NO_AP_FOUND, \
                  network.STAT_WRONG_PASSWORD]:
        print("Rejected from ", ssid, "reason=",status)
        break
    else:
        while status != network.STAT_GOT_IP:
            time.sleep_ms(500)
            attempts += 1
            if attempts > 20: # More than 10 seconds?
                print("Give up ", ssid, "reason=",status)
                break # Out of while loop
            status = net.status()
        if status == network.STAT_GOT_IP:
            print("Successful connection to ",ssid)
            return True # Successful connect
    # else iterate in the for loop            
return False

import network
def make_ap(ssid="RPico-config",pw="123456789"):
    net = network.WLAN(network.AP_IF)
    net.deinit() # Form of reset
    net.config(essid=ssid,password=pw)
    net.active(True)
    while not self.sta_if.active():
        time.sleep_ms(500)
    # Access point now active
    print("Access point active")

def start_web_server(self,port=80):
    sock = socket.socket()
    sock.bind(('0.0.0.0',port))
    sock.listen() # Accepting at most one pending connection
    print('listening on port', port)
    # Now enter main loop. Accept connections and process http requests
    while True:
        try:
            print("Waiting for incoming connection")
            client_socket, cl_addr = sock.accept()
            print('Client connection from', cl_addr)

            client_socket.settimeout(1) # Set socket timeout 1 sec
            request = ''
            try:
                while True:
                    buf = client_socket.recv(1024).decode()
                    request = request + buf
            except OSError:
                pass
            if request.startswith("GET / "):
                response = self.get_response()
                response_code = "200 OK"
            elif request.startswith("POST / "):
                print(request) # Just for debugging
                # Find where the html body starts (two newline chars
                ix = request.find('\r\n\r\n')
                if ix==-1: return # Garbage, quit
                post_parameters = self._parse_parameters(request[ix+4:])
                # Send the post parameters to a HANDLER, which returns
                # a response message
                response = self.post_handler(post_parameters)
                response_code = "200 OK"
            else:
                response_code = "404 Not Found"
                response = '<h1>404 Not Found</h1>'
        except Exception as e:
            response_code = "500 Internal Server Error"
            response = "<h1>500 Internal Server Error</h1>" 
        finally:
            client_socket.send('HTTP/1.0 %s \r\nContent-type:
                                text/html\r\n\r\n'%response_code)
            client_socket.send(response)
            client_socket.close()

HTTP-protokollen er et kapittel for seg, i korthet starter en forespørsel med ordet GET eller POST, etterfulgt av et stinavn til den ressursen som adresseres. I dette tilfellet tillater vi kun adressen “/”, alt annet ignoreres. På de påfølgende linjene i forespørselen kommer mer opplysninger om web-tjeneren og hva den ønsker. De skal vi også se bort fra. Denne delen av forespørselen slutter med en blank linje, uttrykt som '\r\n\r\n'. Etter dette kan det komme opplysninger knyttet til selve web-tjenesten, f.eks. data som legges inn i et skjema, men dette begrenser seg til POST-forespørsel.

Programkoden over viser hvordan den ved en POST-forespørsel trekker ut dataene som knytter seg til web-tjenesten, og leverer dem til en annen funksjon for behandling.

En web-tjener vil behandle forespørselen og sende en respons til web-leseren ved å skrive dataene til en socket. Dette er hva som vises på web-leserens skjerm etter at forespørselen er behandlet, og vil normalt være et resultat av noe databehandling. I dette tilfellet gir GET-operasjonen en respons som er gitt i variabelen get_response, og POST-operasjonen det som returneres fra metoden post_handler(..). Det vil fremgå av den komplette programkoden at get_response inneholder et HTML-skjema som lar brukeren skrive inn data for de kjente WLAN-nettverkene, og post_handler(..) vil produsere en form for bekreftelse på at dataene er blitt lagret på en fil.

Når brukeren fyller inn det skjemaet som blir vist og sender det med SAVE-knappen vil innholdet sendes til web-tjeneren i form av en POST-operasjon, og dataene vil hentes ut av datastrømmen med funksjonen parse_parameters(). Koden til denne funksjonen, og hjelpefunksjonen unescape() er vist nedenfor:

# Parse a http query string and return named values as a dictionary
def parse_parameters(par_string):
    params = dict()
    for element in par_string.split('&'):
        nv = element.split('=')
        # Unescape %hex coded characters
        unesc = unescape(nv[1])
        params[nv[0]] = unesc
    return params

# Replace e.g. %2f with /
def unescape(s):
    b = bytes(s,'utf-8')
    ix = 0
    ix = b.find(b'%',ix)
    while (ix != -1):
        hx = b[ix+1:ix+3]
        bt = bytes.fromhex(hx)
        b = b.replace(b[ix:ix+3],bt)
        ix = b.find(b'%',ix+1)
    return b.decode()

Jeg tror ikke det er nødvendig med en full beskrivelse av hvordan data fra HTML-skjemaer blir overført, men forsøk gjerne å sette inn noen print-setninger for å studere koden mens den kjører.

Slik programkoden er skrevet vil dataene fra det utfylte skjemaet lagres på en fil i JSON-format. Siden, når mikrokontrolleren starter på nytt, vil den lese innholdet av denne filen og bygge opp en tabell over kjente nettverk som brukes slik det ble beskrevet innledningsvis i denne artikkelen.

Hvilken adresse skal brukes for å kople seg til konfigurasjonstjeneren?

Når din maskin kopler seg til kontrollerens WLAN, bruk disse adressene:

• Nettverkets navn er “RPico-config” og passordet er “123456789”. Med mindre du skriver noe annet inn i programkoden.
• Maskinen din får tildelt en IP-adresse ved tilkoplingen, den kan du se i Windows med ipconfig-kommandoen (se bildet nedenfor). Se etter IPv4-adressen som er tildelt ditt trådløse adapter. Noter også IPv4-adressen til “Default Gateway”. Den er sannsynligvis 192.168.4.1, så eksemplet som følger vil vise denne adressen.
• I web-leseren får du nå kontakt med konfigurasjonstjeneren med URL’en http://192.168.4.1/

Single-threaded server

Slik denne programkoden er laget ser du lett at den tar i mot en forbindelse og forespørsel med sock.accept(), og behandler denne forespørselen helt og fullt før neste forbindelse blir akseptert. Dette prinsippet kalles single-threading, og medfører at web-tjeneren gir dårlig ytelse når flere web-lesere bruker tjeneren samtidig. Det har liten betydning i dette tilfellet, fordi det WLAN’et som skapes av mikrokontrolleren kun tillater et par samtidige forbindelser.

Noen kommentarer til det fulle programmet

I denne artikkelen har jeg vist forenklede utdrag av et fullt program, som kan lastes ned herfra. Det kan kjøres slik som beskrevet, men koplingen til et anvenderprogram som vil bruke WLAN-adapteret for sin kommunikasjon må settes inn i programmets linje 210.

Ved å studere programmet i sin helhet kan du få bedre inntrykk av hvordan de enkeltdelene som tidligere er beskrevet, blir knyttet sammen i en samlet kontrollflyt. Dessuten er programmet utformet objekt-orientert, som er en nyttig programmeringsteknikk å beherske.

Programkoden er laget for Raspberry Pico W. Dersom du vil bruke den på en ESP32 krever 5 små endringer i koden, disse er angitt i kommentarsetninger. Søk etter “ESP32” og du finner dem. Send meg en melding om du ikke får det til.

Dersom det er aktuelt å konfigurere andre programparametre, f.eks. nettadresser til bestemte tjenester i Internet, kan de gis verdier med et tilsvarende web-grensesnitt. Jeg anbefaler ikke å bruke denne konfigurasjonskoden til andre formål enn for WLAN-opplysninger. Lag heller en separat web-tjener for de andre parametrene, laget på tilsvarende vis. Python-klassen web-config kan brukes til dette uten endringer.

Heller bruke ferdige biblioteker?

Det finnes ferdige Python-moduler på nettet som gjør deler av denne jobben for oss. Når jeg har valgt å presentere en metode som bare bruker de grunnleggende standardbibliotekene i Python, er det for (1) at denne prosessen skal skape læring, ikke bare en løsning, og (2) standardbiblioteker er skrevet for mange slags anvendelser og tar mye mer plass i minnet enn en skreddesydd løsning slik som denne.

Demonstrasjonsvideo

Full programlisting

Den fulle programlistingen for dette eksperimentet kan lastes ned fra denne linken.