超便利！教你用ESP32开发板DIY掌上网页服务器！

Posted 2022-02-04 铁熊玩创客

本文作者：默。默是铁熊的创客好友，经常与铁熊分享创意项目。

前段时间有个老师对我说：每到开学季，学校就要印刷学生的录取名单并进行张贴，为此学校每年都要耗费大量的人力物力。学校里面教学活动很多，传统的通知都是通过张贴海报之类的方式进行公布，但是在信息化高速发展的今天，许多消息的发布已经不需要传统的纸质媒介了，我们可以通过网站在线查询。然而一个网站的开发是十分复杂的，涉及到的知识很多，大部分人不可能有这么多的时间和精力去学习网站开发。

考虑到这些难点，结合我与那位老师交流以及解决该问题的过程，本教程将教你利用 ESP32 开发板搭建一个实用的网络服务器。该方案利用 ESP32 开发板托管网页，通过数据库查询信息，然后通过网页进行显示。同时也可以对网页进行可视化编辑，让没有任何基础的人都能够轻松地设计一个实用网页 ，而你需要做的仅仅是提供你要呈现的数据 。

下面让我们先来看看这个项目的演示视频，该演示项目中我们托管了4个不同服务的网页：

M5 Server X名称的由来

M5 是指基于 ESP32 的 M5 Core2 开发板，Server 代表它是一个网络服务器，而 X 代表了无限可能，故名 M5 Server X，运用 M5 Server X 我们能够将任何数据或者服务通过网页的形式呈现，而无需任何前端或者后端开发的知识。

预期目标及功能

• 通过访问 ESP32 的 IP 地址查看网页；

• 设置自定义域名访问；

• 服务后台管理功能；

• 可视化网页修改；

• 数据库数据处理；

• SD 卡配置文件加载。

所用硬件

• M5 Core2

M5 Core2 特点

• 基于 ESP32 开发，支持 WiFi、蓝牙；

• 16M 闪存，8M PSRAM；

• 内置扬声器，电源指示灯，震动马达，RTC，I2S 功放，电容式触摸屏，电源键，复位键；

• TF 卡插槽（支持最大 16GB）；

• 内置锂电池，配备电源管理芯片；

• 独立小板内置 6 轴 IMU，PDM 麦克风；

• M-Bus 总线插座。

程序设计

下面开始详细讲解程序设计过程。

开发环境

我们使用 Arduino IDE 软件来编写本项目的程序，开发板选择 M5Stack-Core2。至于如何在 Arduino 中配置 ESP32 的开发环境，不在本文的介绍范围，请自行查阅相关资料。

程序思路

为了达到我们的预期目标，我们先绘制功能的思维导图，再根据思维导图逐步实现 M5 Server X 的程序设计。

下面我们来具体讨论 M5 Server X 各个子功能是如何实现的。

如何显示网页

我们想要访问一个网页必须要知道网络的路径，那么 M5 Server X 如何获取我们访问的路径参数，以及发送对应的网页呈现给我们呢，下面是一个简单的例子，我们上传该程序 。

#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h> //引入相应库

const char *ssid = "********";
const char *password = "********";

WebServer server(80); //声明WebServer对象

void handleArg1() //回调函数

  String arg = server.pathArg(0);
  server.send(200, "text/plain", "This is the link/,The parameters are:" + arg);


void handleArg2() //回调函数

  String arg0 = server.pathArg(0);
  String arg1 = server.pathArg(1);
  server.send(200, "text/plain", "This is the link//,The parameters are:" + arg0 + " & " + arg1);


void setup() 
  Serial.begin(115200);
  Serial.println();

  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.setSleep(false);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
  
    delay(500);
    Serial.print(".");
  
  Serial.println("Connected");
  Serial.print("IP Address:");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  server.on("/", handleArg1);        //注册链接与回调函数
  server.on("//", handleArg2); //注册链接与回调函数

  server.begin(); //启动服务器
  Serial.println("Web server started");


void loop() 
  server.handleClient(); //处理来自客户端的请求

上传完程序，打开串口监视器。如下图所示，我们观察到路由器给 M5 Core2 分配的 IP 地址是 192.168.1.28，记住该地址。

我们通过浏览器访问：192.168.1.28/arduino/png，发现浏览器返回数据如下：

‍‍‍‍‍‍在这里我们有两个路径参数，分别是 arduino 与 png，你也可以试一下只有一个路径参数的情况 。在这个例子当中，我们路径参数以文本的形式给我们呈现，那么如何访问某一个特定的路径发送一个html文件呢，在这里只需要判断的路径参数是否是我们定义的路径就行了，例子如下： ‍ ‍ ‍ ‍ ‍ ‍

const char HTML1[] PROGMEM = R"rawliteral(
//HTML源代码
)rawliteral";

const char HTML2[] PROGMEM = R"rawliteral(
//HTML源代码
)rawliteral";

const char HTML3[] PROGMEM = R"rawliteral(
//HTML源代码
)rawliteral";

void handleArg1() //回调函数

  String arg = server.pathArg(0); 
  if (String(arg).equals(String(""))) 
    // 访问路径为空（根目录）
    server.send(200, "text/html", HTML1);
   else if (String(arg).equals(String("m5"))) 
    // 自定义路径"m5"
    server.send(200, "text/html", HTML2);
   else 
    // 无效路径（未定义）
    server.send(200, "text/html", HTML3);
  

在这个例子中，我们考虑了3种路径情况，分别是访问路径为空（根目录），自定义路径（m5）与无效路径（未定义）。当我们访问对应的路径时，M5 Server X 能够给浏览器返回的不同的 html 文本，浏览器将自动渲染该页面。

我们将网页内容定义在 HTML 字符串中。如何设计网页内容呢？我们可以在浏览器中访问一个喜欢的网页，然后点击鼠标右键选择“查看页面源代码”就能看到该网页的源代码，将页面源代码复制并替换到程序中注释的地方，同时将原 HTML 文件的资源引用的相对路径改为绝对路径，这样我们便能够得到由 M5 Server X 托管的网页。对于二级路径的情况也和一级路径类似，我们通过不同的层级路径就可以使用一个 M5 Core2 托管许多不同类型的网页。

这里推荐几个实用的网页模板网站：

• 17 素材网（https://www.17sucai.com/）

• highcharts 图表网（https://www.highcharts.com.cn/）

其中 17 素材网拥有大量的 html 网页特效、网站模板、素材等。提供在线预览功能，我们可以很方便的找到心仪的网页模板；highcharts 图表网拥有丰富的交互式图表，例如带交互特效的折线图、面积图、柱形图、散点图等，能够让我们以动态的方式直观地观察数据变换情况，是数据分析的不二选择。

如何可视化修改网页

通过查看网页源代码的方式，我们已经获取到了网页的模板，但是我们并没有 Web 开发的任何基础，似乎无从下手呀？有没有一种可视化、所见即所得的方式让我们修改网页呢？答案是肯定的，这里我介绍3个可视化网页修改的编辑器。

• 菜鸟教程在线 HTML 编辑器（https://www.runoob.com/try/try.php?filename=tryhtml_headers）

• W3School 网页编辑器（https://www.w3school.com.cn/tiy/t.asp?f=eg_html_basic）

• HTML 编辑器（https://www.redcoolmedia.net/onlineeditor/samples/plugins/wysiwygarea/htmleditor.php?filenamex=/tmp/FZRNWIKZ）

其中菜鸟教程在线 HTML 编辑器与 W3School 网页编辑器均可以实时修改网页源代码并预览其各种网页特效，HTML 编辑器能够像 Word 一样编辑 HTML，十分便利，唯一的缺点就是不能渲染动态的 js 特效，适合静态网页的可视化修改。下面以 W3School 网页编辑器为例，简述如何获得网页模板并进行可视化编辑。

1. 通过 17 素材网查询关键词寻找合适的网页素材（例如我们需要一个登陆页面）；

2. 选择需要的网页素材；

3. 点击查看预览效果；

4. 右键单击，选择查看网页源代码并全选复制（所有网页均可使用此方法）；

5. 粘贴网页源代码到 W3School 网页编辑器，点击运行代码（网页未正确渲染）；

6. 将网页引用样式资源由相对路径修改为绝对路径（修改后网页成功渲染）；

7. 观察网页显示文字，在网页源代码中查找并替换对应的字符串，修改完成后重新运行代码；

8. 增加调试代码，使用网页弹窗调试页面（目的是获取表单构造URL）。

M5 Server X 使用的要点是网页样式文件 CSS，JS 和多媒体等文件均放在云端，通过绝对路径的方式进行引用，这样做的目的是 M5 Server X 只需要少量的带宽也能流畅的使用。如何获取输入表单字符串网上有很多教程，这里不再赘述，这里介绍几个实用的网页调试函数：

• window.location.href（获取当前URL路径）

• window.location（跳转到指定URL）

• alert()（网页弹窗）

获取数据库数据

现在我们能够可视化的修改任意网页，如果我们要获取的是一个动态网页呢？例如学生成绩单中，表格的模板是固定的，而变化的仅是姓名分数等信息。对于这种通用模板，变化的数据我们可以通过占位符来表示该数据，例如下图中的 data 占位符：

表中的 data0 ~ data9 都是数据变量 ，我们可以采取键值对的形式，将数据保存到云端或者本地的数据库当中。这里我们采取学号作为标签来保存这些数据，例如000 000,张三,男,六一班,90,80,90,90,90,100其中000作为标签，而000,张三,男,六一班,90,80,90,90,90,100作为值 data0 ~ data9，分别代表了标签值中的具体数据，将上面的表格进行文本替换后得到下面的表格：

这里推荐一个支持批量数据提交的网络数据库 tinywebdb（http://tinywebdb.appinventor.space/）。至于它是什么，这里不赘述，大家可以百度搜索，这里仅介绍如何获取该数据库的标签值。我们注册 tinywebdb 账号并登录后可以看到它提供的 API 接口文档如下：

我们先通过它的数据导入功能导入一条数据：

通过数据浏览功能查看刚导入的数据：

我们根据 tinywebdb 的 API 文档编写一个程序获取数据库的数据：

#include <WiFi.h>
#include <HTTPClient.h>

const char *ssid = "********";
const char *password = "********";

String User = "share"; //数据库用户账号名
String Secret = "everyone"; //数据库用户密钥
String tag = "000"; //标签

void setup() 
 Serial.begin(115200);
 Serial.println();

 WiFi.mode(WIFI_STA);
 WiFi.setSleep(false);
 WiFi.begin(ssid, password);
   
 while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) 
   delay(500);
   Serial.print(".");
 
 Serial.println("Connected");
 Serial.print("IP Address:");
 Serial.println(WiFi.localIP());
   
 if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) 
   HTTPClient http;
   http.begin(String("http://tinywebdb.appinventor.space/api?user=" + User + "&secret=" + Secret + "&action=get&tag=") + String(tag));
   int httpCode = http.GET();
   if (httpCode > 0) 
     String Request_result = http.getString();
     Serial.println(Request_result);
    else 
     Serial.println("Invalid response!");
   
   http.end();
 


void loop() 

打开串口监视器，返回数据如下，当访问有效标签时，返回我们保存的正确数据，当访问未定义的标签时返回 null，我们能都通过判断该值知道我们是否输入正确网页地址，从而返回不同的网页。

数据解析

通过 API 返回数据后，我们需要解析该 JSON 字符串。解析程序如下，这里我们需要引用ArduinoJson.h这个 JSON 字符串解析库。

StaticJsonDocument<64> doc;
  DeserializationError error = deserializeJson(doc, Request_result);
  if (error) 
    Serial.print("deserializeJson() failed: ");
    Serial.println(error.c_str());
    return;
  
  const char* root_000 = doc["000"]; // "000,张三,男,六一班,90,80,90,90,90,100"

得到解析的数据后，再将该数据构造为 json 数组，对构造后的数据进行二次解析便能获取数组的每一项，将数组的每一项数据替换占位符 data 便能得到呈现的有效 html 文件，具体代码见附录程序。

域名解析

我们可以通过串口监视器获取设备的 IP 地址进行访问，但是路由器的分配的 IP 地址是变化的，这点很不方便，那么我们能不能给它设置一个好记的域名，让我们局域网内访问该设备呢？这里可以使用 ESPmDNS 域名解析达到该目的。代码如下：

#include <ESPmDNS.h>

void setup() 
  Serial.begin(115200);
  if (!MDNS.begin("M5Core2")) //自定义域名
    Serial.println("Error setting up MDNS responder!");
  
  MDNS.addService("http", "tcp", 80); //启用DNS服务


void loop() 

通过域名解析，我们只要和设备在同一局域网内，访问 http://m5core2 就能访问 M5 Server X 获取相应的网页服务了。

读取 SD 卡文件

通过前面的讲解，我们已经能够实现访问一个链接并跳转到某一个网页了。那么问题来了，如何快速修改网页呢？因为 M5core2 可以使用 SD 卡，所以我们可以这样做：将网页和账号信息保存到 SD 当中，需要更改网页或者连接网络等信息时，直接修改SD卡中的文件，设备初始化的时候读取 SD 卡，那么就完成了网页的修改，这比我们直接修改程序要简单便捷多了。读取 SD 卡文件的程序如下：

#include "FS.h"
#include <SD.h>
#include <SD_MMC.h>

SPIClass sdSPI(VSPI); //定义SD卡软SPI管脚
#define SD_MISO     38
#define SD_MOSI     23
#define SD_SCLK     18
#define SD_CS       4

String readFile(fs::FS &fs, const char * path)  //读取SD卡指定路径文件
  File file = fs.open(path);
  if (!file) 
    Serial.println("Failed to open file for reading");
  
  String data = "";
  while (file.available()) 
    data = String(data) + String(char(file.read()));
  
  file.close();
  return data;


void setup() 
  Serial.begin(115200);
  sdSPI.begin(SD_SCLK, SD_MISO, SD_MOSI, SD_CS); //初始化SD卡SPI
  if (!SD.begin(SD_CS, sdSPI)) 
    Serial.println("Card Mount Failed");
    return;
  
  Serial.println(readFile(SD, "/admin.txt"));


void loop() 

在程序中我们可以直接输入 TXT 或者 HTML 文件的路径，便可读取该文件中的内容。这里我们读取了 SD 卡根目录下的 admin.txt 文件，该文件作为配置文件用来保存网络信息、数据库信息与服务信息，该文件内容如下，不存在的服务用 null 表示：

  "ssid": "ChinaNet-5678",//连接WiFi名称
  "password": "1234567890",//连接WiFi密码
  "user": "peien",//数据库账号名
  "secret": "52e2c018",//数据库密钥
  "admin": "12345678",//管理密码
  "server1": "score",//服务1
  "server2": "arduino",//服务2
  "server3": "Login",//服务3
  "server4": "Light"//服务4

M5 Server X 网页逻辑

M5 Server X 服务框架如下：

M5 Server X 通过域名或 IP 加服务名访问不同服务主页，例如 http://m5core2/score/000，其中 m5core2 为域名或者 IP，score 为服务名，000 为查询参数，数据库通过键值对存储数据，为了确保数据标签的唯一性，我们采取服务加参数的形式代表某个具体数据。如成绩查询服务当中，000 为实际的学号，那我们就将数据标签设置为 score_000，使用下划线增加标签的可读性，如果我们需要登录账号和密码那就将账号和密码构造为一个标签。例如演示视频案例四当中，我们就将账号和密码作为服务参数进行传递输入，当输入账号 peien、密码 123 时，数据标签被构造为 Login_peien_123。

服务响应逻辑

M5 Server X 服务响应的逻辑如下，访问根目录返回 Home_page.html 页面，该页面我们默认为代码雨，实际你可以设置为所有服务的导航页面，通过标签或者按钮跳转到子服务页面。Log_in.html 为某个子服务的服务主页，当服务开启时有两种情况，当提交参数正确时，通过 replace 函数查找占位符并替换数据，返回 success.html 页面，当提交参数错误时，返回 mistake.html（404）页面，当我们禁用某项服务时，无论提交参数是否正确，都会返回 Not_open.html（服务未开放或者无此服务）页面。

配置文件结构

配置文件下有七个文件，其中 admin.txt、Home_page.html、Not_open.html 为公共文件，不同子服务用不同文件夹（英文文件夹名）区分。每个子服务文件夹下均有 Log_in.html、success.html、mistake.html 三个 HTML 文件。示意图如下，其中子服务文件夹非必需，是否启用该服务由 admin.txt 配置决定。对于没有的服务用 null 表示，当服务名为 null 时设备初始化将跳过该服务不加载该服务文件  。

后台控制面板

M5 Server X 的后台功能主要有登录、服务器管理与设备信息查询，其中如何绘制控制页面与触摸屏的使用在往期《DIY掌上POS机，或许是最小的收银POS机了！》这篇教程中有详细的描述，这里就不再赘述。

试玩

以上就是 M5 Server X 的项目介绍，如果你不想下载 IDE 只想体验该项目，那么你可以访问 https://docs.m5stack.com/zh_CN/download 根据你自己的系统下载 M5Burner 烧录工具进行安装，打开软件按照下面的步骤进行烧录体验，其中 SD 卡网页模板与配置文件请通过本教程附件进行下载，直接解压到的 SD 卡修改网络信息即可体验。

使用说明

1. 烧录固件；

2. 将附件提供的模板解压到 SD 卡；

3. 打开 admin.txt 文件修改网络信息；

4. SD 卡插入 M5Core2 并重启设备；

5. 等待 M5Core2 初始化并进入控制主页；

6. 按演示视频控制设备与查看服务器管理与账号信息显示页面；

7. 访问 http://m5core2/ 进入代码雨主页；

8. 访问 http://m5core2/score 查看学生成绩（学号为000）；

9. 访问 http://m5core2/arduino 通过关键词m5core2进行搜索；

10. 访问 http://m5core2/Login 查看学生成绩（用户名peien密码123）；

11. 访问 http://m5core2/Light 控制灯泡（开关分别代表了两个URL，自行修改为自己的接口）；

12. 分别输入正确信息与错误信息，启用服务与禁用服务，体验 M5 Server X。

总结

有了上面的理论基础，我们便能完成 M5 Server X 的项目制作了，其中具体实现细节由于篇幅限制，这里就不再讨论，大家可以下载程序源代码进行查看，其中必要的程序说明已经注释，对此项目有任何建议或者疑问均可评论区留言。

使用 M5 Server X 你能够轻松打造自己的个人网站，当然你也可以使用普通 ESP32 完成此项目，但可能相对麻烦些，但这样一个 10 多块钱的个人服务器还有什么可嫌弃的呢。如果你想给别人分享你的网页服务，可以使用内网穿透服务，这个大家就自行百度了，在上面的思维导图当中我们提供了本项目用到的网页素材网、可视化编辑平台、自建数据库等链接，大家可以下载附件进行查阅学习。

我是默，我们下期见。

代码下载

关注本公众号“铁熊玩创客”，回复“ M5 Server X ”获取完整代码。

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