Usando um Shield Ethernet no Arduino

Uma das formas mais importantes de comunicação disponíveis com o Arduino é o padrão Ethernet. Trata-se de um protocolo de comunicação em redes que permite que dispositivos variados, como PCs, smartphones, roteadores, arduinos, etc., se comuniquem por meio do envio e recebimento de pacotes (frames / quadros, para ser mais exato), que são fluxos de dados organizados.

Cada dispositivo em uma rede possui seu próprio endereço IP, que é um endereço numérico que permite identificar cada dispositivo e dessa forma, se comunicarem entre si usando diferentes protocolos (padrões de software).

Shield Ethernet

No Arduino é bastante simples realizar essa comunicação via padrão Ethernet, com o uso de um Shield Ethernet e sua biblioteca correspondente. A imagem a seguir mostra um shield ethernet típico:

O Shield Ethernet na plataforma Arduino utiliza o chip WIZnet W5100 Ethernet, que fornece a pilha de rede TCP/IP, habilitando o dispositivo a se comunicar através de uma rede comum, tanto local quanto via Internet.

Esse shield possui um conector para cabo de rede RJ45, e sua taxa de transferência máxima é de 100 Mbps, podendo operar também em 10 Mbps (10/100).

Além disso, ele traz um slot para cartão microSD, que permite ler e armazenar dados no próprio shield (obviamente inserindo um cartão SD e executando a biblioteca SD).

Um shield ethernet realiza, basicamente, o papel que uma placa de rede executa em um computador comum. Antes de mostrarmos como funciona e como configurar esse shield, vamos discutir alguns termos relacionados a redes de computadores, que serão importantes no entendimento do processo de comunicação do Arduino.

Conceitos básicos de Redes

• Ethernet: Tecnologia de rede que permite a dispositivos enviarem dados entre si por meio de uma rede com fios, por meio de um endereço físico (identificação de hardware).
• Endereço MAC: Media Access Control / Controle de Acesso ao Meio, trata-se de um identificador (endereço) único que é atribuído aos dispositivos de rede, de modo que cada dispositivo seja identificado de forma única e possam assim se comunicar com outros dispositivos. Cada shield Ethernet para Arduino possui seu próprio endereço MAC, que nunca se repete.
• Protocolo de Rede: Um protocolo é uma linguagem de comunicação padronizada que permite que dispositivos troquem informações entre si (“conversem”). Para que essa comunicação seja possível, os dispositivos devem usar o mesmo protocolo, como se fosse a mesma “linguagem”. Um protocolo muito comum é o protocolo HTTP, que permite configurar um servidor Web (que podemos fazer com Arduino!).
• TCP/IP: Trata-se de uma pilha ou suíte de protocolos específica, ou seja, um grupo de protocolos que trabalham em conjunto para fornecer conectividade de rede a dispositivos. TCP significa “Protocolo de Controle de Transmissão”, e IP significa “Protocolo de Internet”, e esses dois são os protocolos mais importantes da pilha, que na verdade contém mais de 50 protocolos diferentes, cada um com uma função bem definida.
• Endereço IP: O IP é um endereço lógico, ou seja, não associado fisicamente a um dispositivo, mas que permite que os dispositivos de identifiquem em uma rede como a Internet.
• Gateway: Um gateway, também chamado de Gateway Padrão, é basicamente o endereço IP da porta de um roteador conectada à rede interna, a qual permite o roteamento (encaminhamento) dos pacotes para uma outra rede, geralmente a Internet.

Shield Ethernet encaixado no Arduino

A Biblioteca Ethernet

A biblioteca Ethernet, necessária para que seja possível utilizar o shield correspondente, é distribuída juntamente com o IDE do Arduino e permite a comunicação do Arduino com uma rede.

A tabela a seguir fornece uma descrição simplificada de algumas das funções mais comuns da biblioteca Ethernet, pertencentes às classes Ethernet, EthernetClient, EthernetServer e EthernetUDP:

Ethernet.begin(mac)
Ethernet.begin(mac, ip)
Ethernet.begin(mac, ip, gateway)
Ethernet.begin(mac, ip, gateway,subnet)

Server(port)

Server.begin()

Server.write()

Server.available()

Server.print()

Server.println()

Client(ip. porta)

Client.connect()

Client.connected()

Client.write()

Client.print()

Client.println()

Client.available()

Client.read()

Client.flush()

Client.stop()

EthernetUDP.begin(port)

EthernetUDP.read(packetBuffer,
MaxSize)

EthernetUDP.write(mensagem)

EthernetUDP.beginPacket(ip. port)

EthernetUDP.endPacket()

EthernetUDP.parsePacket()

Ethernet.available()

Nas próximas partes desse tutorial, vamos mostrar como utilizar o shield Ethernet e as bibliotecas listadas acima para criar diversas aplicações de rede com o Arduino, como por exemplo um servidor Web e um cliente de rede local.

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