Arduino 보드와 PC(C# 사용)간에 UDP 통신을 사용하여 LED 제어하기

1. 개념

https://powerdeng.tistory.com/227

TCP와 UDP

 

2. 개요

Wi-Fi 공유기에 IoT 보드와 PC( C#으로 UDP 서버 역할)가 연결되면 같은 공유기에 연결된 것들끼리는 UDP 통신이 가능하다. 따라서 이를 이용하여 보드에서 PC로 LED 상태 정보를 보내고, PC에서 보드로는 LED 제어 정보를 보내어 LED를 제어 및 상태를 파악하는 프로젝트를 진행하려고 한다.

<참고 자료>

보드 정보: WeMos D1 R1

https://www.devicemart.co.kr/goods/view?no=1312096

아두이노 우노 IoT 보드 WeMos D1 R1 [SZH-EK080]

 

3. 진행 과정

1번. IoT보드가 UDP 통신이 가능한 클라이언트로 만든다.

2번. C#으로 서버 역할을 할 UDP 클라이언트를 만든다.

3번. 1번과 2번이 서로 연결되는지 확인한다.

 

4. IoT보드가 UDP 통신이 가능한 클라이언트 만들기

1) 개발 환경 설정

아래 링크의 개발 환경 설정과 동일하다.

https://powerdeng.tistory.com/231

Arduino 보드와 PC(C# 사용)간에 UDP 통신을 사용하여 메시지 주고 받기

 

2) 코드 작성

여기서 작성한 코드는 아래 경로의 UDP 코드를 기본으로 작성했다.

File -> Examples -> ESP8266WiFi -> Udp

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiUdp.h>

// 사물인터넷보드가 와이파이 공유기와 연결하기 위한 ID, PW를 입력해야 한다.
#ifndef STASSID
#define STASSID "미래기술"
#define STAPSK "hynux17830"
#endif

// LED 정의
#define LED1 D8
#define LED2 D7
#define LED3 D6
#define LED4 D5

// IoT보드에서 사용할 포트번호
unsigned int localPort = 60000;  // local port to listen on

// 송수신 데이터의 버퍼를 생성한다.
char packetBuffer[UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE + 1];      // buffer to hold incoming packet,
// UDP 통신을 위한 클래스
WiFiUDP Udp;

unsigned long t = 0;

void setup() {
  pinMode(LED1, OUTPUT);
  pinMode(LED2, OUTPUT);
  pinMode(LED3, OUTPUT);
  pinMode(LED4, OUTPUT);

  // 와이파이 공유기와 접속하기 위한 절차가 진행된다.
  Serial.begin(9600);
  Serial.print("TEST ");
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(STASSID, STAPSK);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    Serial.print('.');
    delay(500);
  }
  Serial.print("Connected! IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  Serial.printf("UDP server on port %d\n", localPort);

  // 상단에 지정된 포트를 UDP 통신에 개구멍으로 쓴다.
  Udp.begin(localPort);
}

void loop() {
  // 수신된 데이터의 길이를 받는다.
  int packetSize = Udp.parsePacket();
  if (packetSize) {
    // UDP 통신으로 데이터를 수신한다.
    int n = Udp.read(packetBuffer, UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE);
    packetBuffer[n] = 0;
    // 받아온 데이터를 출력한다.
    Serial.println(packetBuffer);

    // LED 제어 예시
    // 10(LED1 OFF), 11(LED1 ON)
    // 30(LED3 OFF), 31(LED3 ON)

    char led_num = packetBuffer[0];
    char led_state = packetBuffer[1];

    if(led_num == '1')  {
      if(led_state == '0')  digitalWrite(LED1, LOW);
      else if(led_state == '1') digitalWrite(LED1, HIGH);
    }else if(led_num == '2')  {
      if(led_state == '0')  digitalWrite(LED2, LOW);
      else if(led_state == '1') digitalWrite(LED2, HIGH);
    }else if(led_num == '3')  {
      if(led_state == '0')  digitalWrite(LED3, LOW);
      else if(led_state == '1') digitalWrite(LED3, HIGH);
    }else if(led_num == '4')  {
      if(led_state == '0')  digitalWrite(LED4, LOW);
      else if(led_state == '1') digitalWrite(LED4, HIGH);
    }
  }

  // 1초에 한 번마다 UDP 통신으로 C# UDP 클라이언트에 메시지를 전송한다.
  if (millis() - t > 1000) {
    t = millis();
    // UDP 전송데이터의 시작(목적지의 주소가 필요하다)
    Udp.beginPacket("192.168.2.197", 60001);

    // 반환데이터 규칙
    //0000 = >모든 LED가 꺼져있다
    //1111 => 모든 LED가 켜져있다!
    //1100 => 1,2번 LED는 켜져있고 3,4번 LED는 꺼져있다!
    //0011 => 1,2번 LED는 꺼져있고 3,4번 LED는 켜져있다!

    bool led1_state = digitalRead(LED1);
    bool led2_state = digitalRead(LED2);
    bool led3_state = digitalRead(LED3);
    bool led4_state = digitalRead(LED4);

    if(led1_state == true)  Udp.write('1');
    else  Udp.write('0');

    if(led2_state == true)  Udp.write('1');
    else  Udp.write('0');

    if(led3_state == true)  Udp.write('1');
    else  Udp.write('0');

    if(led4_state == true)  Udp.write('1');
    else  Udp.write('0');

    // UDP 전송데이터의 끝
    Udp.endPacket();
  }
}

/*
  test (shell/netcat):
  --------------------
    nc -u 192.168.esp.address 8888
*/

 

5. C#으로 서버 역할을 할 UDP 클라이언트 만들기

1) 개발 환경 설정

아래 링크의 개발 환경 설정과 동일하다.

https://powerdeng.tistory.com/231

Arduino 보드와 PC(C# 사용)간에 UDP 통신을 사용하여 메시지 주고 받기

 

2) 코드 작성

여기서 작성한 코드는 아래 경로의 예시를 기본으로 작성했다.

https://learn.microsoft.com/ko-kr/dotnet/api/system.net.sockets.udpclient?view=net-5.0

UdpClient 클래스 (System.Net.Sockets)

 

<UI>

 

<코드>

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;

namespace UDP_IoT_WinForm
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        UdpClient udpClient = new UdpClient(60001);

        Thread t;

        bool is_udp_run = false;

        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        void powerdeng_udp()
        {
            try
            {
                //udp로 연결될 대상이 있는데 그 대상이 누구든지 그냥 받아 들이겠다.
                IPEndPoint RemoteIpEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);

                while (is_udp_run)
                {
                    // Blocks until a message returns on this socket from a remote host.
                    Byte[] receiveBytes = udpClient.Receive(ref RemoteIpEndPoint);
                    string returnData = Encoding.UTF8.GetString(receiveBytes);
                    
                    richTextBox1.Text += returnData + "@" + RemoteIpEndPoint.Address.ToString() + ":" + RemoteIpEndPoint.Port.ToString() +"\n";

                    // 1번 LED 상태
                    if (returnData[0] == '0')
                    {
                        button3.BackColor = Color.White;
                        button4.BackColor = Color.Red;
                    }
                    else if(returnData[0] == '1')
                    {
                        button3.BackColor = Color.Green;
                        button4.BackColor = Color.White;
                    }

                    // 2번 LED 상태
                    if (returnData[1] == '0')
                    {
                        button5.BackColor = Color.White;
                        button6.BackColor = Color.Red;
                    }
                    else if (returnData[1] == '1')
                    {
                        button5.BackColor = Color.Green;
                        button6.BackColor = Color.White;
                    }

                    // 3번 LED 상태
                    if (returnData[2] == '0')
                    {
                        button7.BackColor = Color.White;
                        button8.BackColor = Color.Red;
                    }
                    else if (returnData[2] == '1')
                    {
                        button7.BackColor = Color.Green;
                        button8.BackColor = Color.White;
                    }

                    // 4번 LED 상태
                    if (returnData[3] == '0')
                    {
                        button9.BackColor = Color.White;
                        button10.BackColor = Color.Red;
                    }
                    else if (returnData[3] == '1')
                    {
                        button9.BackColor = Color.Green;
                        button10.BackColor = Color.White;
                    }

                }
                //udpClient.Close();

            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine(e.ToString());
            }
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            is_udp_run = true;
            t = new Thread(new ThreadStart(powerdeng_udp));
            t.Start();
        }

        private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            is_udp_run = false;
            if(t != null && t.IsAlive)  t.Abort();
        }

        private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes("11");
            udpClient.Connect("192.168.2.195", 60000);
            udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length);
        }

        private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes("10");
            udpClient.Connect("192.168.2.195", 60000);
            udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length);
        }

        private void button5_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes("21");
            udpClient.Connect("192.168.2.195", 60000);
            udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length);
        }

        private void button6_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes("20");
            udpClient.Connect("192.168.2.195", 60000);
            udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length);
        }

        private void button7_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes("31");
            udpClient.Connect("192.168.2.195", 60000);
            udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length);
        }

        private void button8_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes("30");
            udpClient.Connect("192.168.2.195", 60000);
            udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length);
        }

        private void button9_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes("41");
            udpClient.Connect("192.168.2.195", 60000);
            udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length);
        }

        private void button10_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes("40");
            udpClient.Connect("192.168.2.195", 60000);
            udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length);
        }
    }
}

 

6. IoT 보드와 PC연결 확인 및 최종 테스트

 

PC에서 버튼을 누르면 IoT보드에 연결된 LED가 제어되며, IoT보드에서는 LED 상태정보를 PC로 보내 버튼의 색깔이 잘 변경되는 것을 확인할 수 있다.

---

<참고 자료>

https://www.youtube.com/watch?v=mHTFR4CnHxA