Wi-FiマイコンXIAO ESP32S3のWebサーバ動作

Wi-FiマイコンXIAO ESP32S3はArduinoIDEでの開発が便利です。
ボードとしてXIAO ESP32S3を選んでおくと，XIAO ESP32S3がWi-Fi接続のWebサーバ動作をするスケッチ例が既に使えるようになっています。
ここでは，温度センサの値を発信するXIAO ESP32S3がWebサーバとして働くようにします。温度センサはBMP280を使用します。
このWebサーバから温度データをもらうためには，PCなどからWebブラウザでアクセスします。

　　　　"マイコンのサーバ"と"PCのWebブラウザ"のふるまい
　　　　閲覧するのはスマホやタブレットのWebブラウザでもよい

３．１　ArduinoIDE

(1)Arduino IDEのメニューバーから[ファイルFile] -> [環境設定(Preferences)]
Additional board manager URLsに
https://files.seeedstudio.com/arduino/package_seeeduino_boards_index.json
および
https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_index.json
を設定してOK
(2)ツール[Tools] > ボード[Board] > Boards Manager
検索boxに「ESP」を入力すると複数のボード候補が出てくるので
esp32 by Espressif Systems
をinstall
(3)ツール[Tools] > ボード[Board]でESP32を探すとXIAO ESP32S3が見つかるので，これを選ぶ。

３．２　XIAO ESP32S3

XIAO ESP32S3の説明書を読んでプログラムの転送方法を確認します。
（USBケーブルでつないで書き込むだけでした。）

温度センサBMP280は温度をデジタル値に変換しているので，そのデータをXIAO ESP32S3が読み出します。
XIAO ESP32S3と温度センサBMP280はI2C接続ですので，電源線，GND線の他はSCLとSDAの2本のみで通信できます。

CSBをVCCにつなぐとBMP280はI2C接続になります。（データシートによれば確実にVCCにつなぐべきとなっています）
SDO(シルク印刷は間違えていてSDDとなっている)をVCCにつなぐとBMP280のI2Cアドレスは77になります。GNDにつなぐとBMP280のI2Cアドレスは76になります。Groveライブラリのデフォルトは77なのでVCCにつないでいます。

なおBMP280ではSDA,SCLをpullupせずに動作しています。

　　　XIAO ESP32S3と温度センサBMP280の配線

ブレッドボードには載せないので，XIAO ESP32S3のピンを上向きに付けています。
　　　XIAO ESP32S3と温度センサBMP280

クライアント（例えばPCのwebブラウザ）からのリクエストで，サーバであるXIAO ESP32S3は，温度センサBMP280の値を取得し，クライアントに返します。
送信ではHTTP通信の手順に従います。

setupでは，自分が接続すべきWi-FiアクセスポイントのSSIDとパスワードを設定して，LANの一員になろうと試みます。
成功すると，LAN内のDHCPサーバからIPアドレス（一次的な）をもらいます。
またmDNSプロトコルで，自分のホスト名を有効にします。
LAN内機器についてDNSサーバはホスト名の解決ができないので，WebブラウザはIPアドレスでアクセスしてくるのですが，mDNSのおかげでホスト名＋".local"(ブラウザが賢いのでホスト名だけでもOK)としてアクセスすることができます。
ここでは，"http://esp32a.local/"でアクセスできます。IPアドレスはDHCPサーバによりマイコン起動時に自動で割り当てられるので，いつも同じIPアドレスになっているとは限らないため，サーバ名（ホスト名）でアクセス可能になるmDNSの仕組みはありがたいです。
アクセスがあると，温度センサBMP280から，温度と気圧を取得し，標高を計算し，"ホスト名：レスポンス回数"，"標高"，"温度"，"気圧"の文字列をスペース区切りで返すようにしています。

次のコードは，IDEの既存スケッチ例"HelloServer.ino"を元に作ったものです。
ライブラリ"Grove_-_Barometer_Sensor_BMP280"を予め追加しておいてください。

#include <WiFi.h>
#include <WiFiClient.h>
#include <WebServer.h>
#include <ESPmDNS.h>
#include <Seeed_BMP280PP.h>

#define STASSID "REPLACE_WITH_YOUR_SSID"
#define STAPSK "REPLACE_WITH_YOUR_PASSWORD"

const char* ssid = STASSID;
const char* password = STAPSK;
const char* servername = "esp32a";
int count = 0;

WebServer server(80);

const int led = LED_BUILTIN;
int ledonoff = 0;
BMP280PP bmp280;

void handleRoot() {
digitalWrite(led, ledonoff = 1 - ledonoff);
float temperature = bmp280.getTemperature();
float pressure = bmp280.getPressure();
float altitude = bmp280.calcAltitude(pressure);
char chrs[128];
sprintf(chrs, "%s:%d %.1f %.1f %.1f", servername, count++, altitude, temperature, pressure);
String message = String(chrs);

server.send(200, "text/plain", message);
}

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

Serial.print("\n\n\n");

WiFi.mode(WIFI_STA);
WiFi.begin(ssid, password);

// Wait for connection
int connectcount = 0;
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    if (10 <= connectcount++) ESP.restart();
    Serial.print(".");
    delay(500);
}
Serial.println("");
Serial.print("Connected to ");
Serial.println(ssid);
Serial.print("IP address: ");
Serial.println(WiFi.localIP());

if (MDNS.begin(servername)) {
    Serial.println("MDNS responder started");
    Serial.print("server name: ");
    Serial.println(servername);
}

server.on("/", handleRoot);

server.begin();
Serial.println("HTTP server started");

if (!bmp280.init()) {
    Serial.println("Device bmp280 not connected or broken");
} else {
    Serial.println("Device bmp280 started");
}

pinMode(led, OUTPUT);
digitalWrite(led, ledonoff); //turn LED on

}

void loop(void) {
server.handleClient();
delay(2);//allow the cpu to switch to other tasks
}

補足
「server.on("/", handleRoot);」は，ブラウザから「http://サーバ名/」というアクセスがあったら，handleRoot()を実行してね，という設定です。
通常，ブラウザには「http://サーバ名」と入力しますが，ブラウザはその後ろに「/」を加えて「http://サーバ名/」のように送信します。

BMP280のオリジナルライブラリでは，BMP280操作のクラス名はBMP280です。
BMP280の初期設定を手直ししたかったので，クラスBMP280の継承クラスBMP280PPを作って，このクラスを使用しています。
#include <Seeed_BMP280PP.h>
BMP280PP bmp280;
の2行が継承クラスBMP280PPを使っているのですが，オリジナルライブラリを使用する場合はこの2行を
#include <Seeed_BMP280.h>
BMP280 bmp280;
のように戻してください。

次の2つのファイルを作りましたがそれらは，Seeed_BMP280.h，Seeed_BMP280.cppと同じフォルダ（Arduino\libraries\Grove_-_Barometer_Sensor_BMP280）内に保存されています。

BMP280PP.h

#include <Seeed_BMP280.h>

class BMP280PP : public BMP280
{
public:
bool init(void);
private:
void writeRegister(uint8_t reg, uint8_t val);
};

#include "Seeed_BMP280PP.h"

bool BMP280PP::init(void)
{

if (!BMP280::init()) return false;
//changeig Temperature oversampling to index=4
//(oversampling x8)
//100 111 11
writeRegister(BMP280_REG_CONTROL, 0x9F);
//adding, IIR filter coeficient = 8 (index=3)
//000 011 00
writeRegister(BMP280_REG_CONFIG, 0xC);
return true;
}

void BMP280PP::writeRegister(uint8_t reg, uint8_t val)
{
Wire.beginTransmission(BMP280_ADDRESS); // start transmission to device
Wire.write(reg);       // send register address
Wire.write(val);         // send value to write
Wire.endTransmission();     // end transmission
}

プログラムがXIAO ESP32S3に転送された直後に，ArduinoIDEのシリアルモニタには次のように表示されます。（XIAO ESP32S3をリセットした直後も同じように表示されます。文字化けするときは，115200baudであることを確認してください）
ここでXIAO ESP32S3に割り当てられたIPアドレスは192.168.1.16であり，サーバー名（ホスト名）はesp32aであることがわかります。

まず最初にgoogle chromeからIPアドレスでアクセスしてみました。
正確には"http://192.168.1.16/"のように書きます。
169.9が標高，35.3が気温，98982.0が気圧です。

次にサーバー名でアクセスしてみました。
正確には"http://esp32a.local/"のように書きます。
167.0が標高，35.2が気温，98981.0が気圧です。

ただし，標高は海面気圧が1013.25hPaとして，ライブラリ内で気圧と気温から計算されています。

2つのXIAO ESP32S3（それぞれ温度センサBMP280を持っている）に，同じLAN内にあるWinPCのExcelからアクセスします。
2つのXIAO ESP32S3には，プログラムコード上で
#define SERVERNAME "esp32a"
と
#define SERVERNAME "esp32b"
のように別々のサーバ名（ホスト名）を与え，起動しておきます。
Excelから，mDNSの恩恵で，2つのURLをホスト名を使ってアクセスします。
ExcelでVBAのプログラムを走らせ，Start，Stopボタンで動作を制御します。

なおVBAでブラウザと同じHTTPアクセスをするためには，Microsoft XMLライブラリを使います。
VBAの環境を開いて，メニューから"ツール"→"参照設定"を選ぶと，"参照設定"ダイアログが開くので，ライブラリファイルの中から"Microsoft XML, v6.0"を探して，チェックを入れてOKで組み込まれます。
Microsoft XMLライブラリからXMLHTTP60のオブジェクトを使って，関数requestHTTP内でHTTPアクセスします。
2つのXIAO ESP32S3からは，それぞれ"ホスト名"，"標高"，"温度"，"気圧"がスペース区切りで送られてくるので，それを指定のセルに表示します。

VBAのプログラムは次のようになりました。

Dim hasRequestToStop As Boolean

Sub go()
hasRequestToStop = False
main
End Sub

Sub stopbtn()
hasRequestToStop = True
End Sub

Function requestHTTP(url As String) As String

    Dim httpReq As XMLHTTP60
    Set httpReq = New XMLHTTP60

    Debug.Print httpReq.readyState

    httpReq.Open "GET", "http://" & url
    httpReq.setRequestHeader "Pragma", "no-cache"
    httpReq.setRequestHeader "Cache-Control", "no-cache"
    httpReq.setRequestHeader "If-Modified-Since", "Thu, 01 Jun 1970 00:00:00 GMT"
    httpReq.Send

    Do While httpReq.readyState < 4
        DoEvents
    Loop

    Debug.Print httpReq.responseText
    requestHTTP = httpReq.responseText

    Set httpReq = Nothing

End Function

Function extractBody(text As String) As String
    Dim point As Integer
    text = Replace(text, vbCr, "")
    text = Replace(text, vbLf, "")
    text = StrConv(text, vbLowerCase)
    point = InStr(text, "<html>")
    If point <> 0 Then text = Right(text, Len(text) - (point + 5))
    point = InStr(text, "</html>")
    If point <> 0 Then text = Left(text, point - 1)
    extractBody = text
End Function

Sub mainwork()
    Dim res1 As String
    Dim res2 As String
    Dim parts() As String

    res1 = requestHTTP(Range("A3"))
    res2 = requestHTTP(Range("A4"))
    res1 = extractBody(res1)
    res2 = extractBody(res2)
    parts = Split(res1, " ")
    If 4 <= UBound(parts) - LBound(parts) + 1 Then
        Cells(3, 2).Value = parts(0)
        Cells(3, 3).Value = parts(1)
        Cells(3, 4).Value = parts(2)
        Cells(3, 5).Value = parts(3)
    End If
    parts = Split(res2, " ")
    If 4 <= UBound(parts) - LBound(parts) + 1 Then
        Cells(4, 2).Value = parts(0)
        Cells(4, 3).Value = parts(1)
        Cells(4, 4).Value = parts(2)
        Cells(4, 5).Value = parts(3)
    End If
End Sub

Sub main()
    Do
        mainwork
        Application.Wait Now + TimeValue("00:00:01")
        If hasRequestToStop = True Then
            Exit Do
            DoEvents
        End If
        DoEvents
    Loop
End Sub

補足
httpReq.setRequestHeader "Pragma", "no-cache"
httpReq.setRequestHeader "Cache-Control", "no-cache"
httpReq.setRequestHeader "If-Modified-Since", "Thu, 01 Jun 1970 00:00:00 GMT"
の3行は，キャッシュに残っているデータは捨てて，必ず新しいデータを受け取るようにしなさいの意味です。
これがないと，キャッシュ内のデータを受け取るだけになってしまい，古いデータが表示されたままになってしまいます。

VBAが動作しているExcelの画面内で次のようにアクセス結果を表示します。
約1秒ごとにアクセスを繰り返します。
センサBMP280の個体差が測定温度と測定気圧に現れています。温度で±0.3度程度，気圧では±100Paの違いが現れます。

Wi-FiマイコンXIAO ESP32S3をWebサーバとして動作させ，XIAO ESP32S3に接続された温度センサBMP280の値を，クライアントがリクエストしたタイミングでデータを送信するようにしました。
また複数のXIAO ESP32S3サーバからデータを得るためにVBAを使ってExcelに表示する例を示しました。

補足
Excelの画面では見た目が悪いので，Powerpointで作ることもできます。Excelのセルに表示するのではなく，Powerpointの表に表示することなどが考えられます。ただし，表示場所を指示するのが面倒なのと，ExcelVBAとPowerpointVBAに多少違いがあるので，注意が必要です。

Wi-FiマイコンXIAO ESP32S3のWebサーバ動作 温度センサBMP280ブレイクアウトボード使用

Wi-FiマイコンXIAO ESP32S3のWebサーバ動作
温度センサBMP280ブレイクアウトボード使用