11 - TCPClient实验
在上一个章节的UDP通信测试中，尽管通信的实现过程相对简洁，但出现了通信数据丢包的问题。因此，本章节将基于之前建立的WIFI网络连接，构建一个基础的TCPClient连接机制。我们利用网络调试助手工具来发送数据，测试网络通信中接收到的数据能够准确无误地回传。
本节课目标：
在本次实验中，我们将ESP32开发板与WiFi网络连接，并配置实现UDP连接。核心任务是构建稳固的UDP连接机制，确保通过网络调试助手发送数据，并能准确回传接收数据，验证UDP连接的可靠性和有效性。
本节课内容：
- network 与 socket 库的简介
- network库的构造与方法
- socket 库的构造与方法
- 硬件设计
- 软件设计
- 下载验证
一、network 与 socket 库的简介
MicroPython 的 network 库与 socket 库皆为实现网络连接的重要工具，它们各自拥有独特的功能性并共享某些共通特点。
作为 MicroPython 的一个关键第三方库，network 库专门负责处理 WiFi 和网络连接的各项任务。通过此库，用户能够成功接入无线网络，查询当前网络状态，以及实现数据的收发等功能。在 MicroPython 的架构下，network 库扮演着促进设备间网络连接与通信的核心角色。
至于 network 库与 socket 库之间的主要差异，则体现在它们的应用场景与功能侧重上。具体而言，network 库侧重于设备的 WiFi 和基础网络连接功能的实现，而 socket 库则聚焦于高级网络协议的连接建立与数据传输过程。因此，在实际进行网络连接功能的设计与实施时，需根据具体需求及所依赖的硬件平台，谨慎选择并合理运用相应的库资源。
下面是MicroPython库的network 与 socket 库的链接。
network — 网络配置 — MicroPython latest documentation
socket – 套接字模块 — MicroPython latest documentation
类 WLAN – 控制内置 WiFi 接口 — MicroPython 最新文档
二、network.WLAN类的构造与方法
1. network.WLAN类的构造
构造对象方法如下：
class network.WLAN(interface_id)
使用示例：wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| interface_id | 支持接口
|
返回值：WLAN网络接口对象
2. network.WLAN类的方法
（1）激活或停用网络接口
其方法原型如下：
WLAN.active(is_active[ ])
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| is_active |
|
返回值：无
（2）连接网络
其方法原型如下：
WLAN.connect(ssid=None, password=None)
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| ssid | WiFi账号 |
| password | WiFi密码 |
返回值：Ture：连接成功；Fail：连接失败。
（3）关闭网络
其方法原型如下：
WLAN.disconnet()
返回值：无
（4）获取或者设置网络参数
其方法原型如下：
WLAN.ifconfig((ip, subnet, gateway, dns)[])
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| ip | IP地址 |
| subnet | 子网掩码 |
| gateway | 网关 |
| dns | DNS服务器 |
返回值：若此函数为无参数传入，则返回连接网络的信息，反次，为设置网络参数。
以上是 network.WLAN 类常用的方法，还有其他方法可参考 MicroPython 的在线文档。
三、socket 库的构造与方法
1. socket类的构造
构造对象方法如下：
class socket.socket(af=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=IPPROTO_TCP, /)
使用示例：socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| af | 地址族
|
| type | socket类型
|
| proto | 网络协议
|
返回值：socket对象
2. socket类的方法
（1）关闭socket接口
其方法原型如下：
socket.close()
返回值：无
（2）socket绑定到地址
其方法原型如下：
socket.bind(address)
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| address | IP地址（字符串形式输入，如‘192.168.1.100’） |
返回值：无
（3）监听连接
用作于 TCPServer 连接。
其方法原型如下：
socket.listen(backlog[])
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| backlog | 监听连接数量 |
返回值：无
（4）接受连接
用作于 TCPServer 连接。注：在此之前，需监听连接
其方法原型如下：
socket.accept()
返回值：conn：新的套接字对象，用来收发消息；address：连接到服务器的客户端地址。
（5）连接远程IP地址
其方法原型如下：
socket.connect(address)
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| address | IP地址（字符串形式输入，如‘192.168.1.100’） |
返回值：无
（6）发送数据，返回发送的字节数
其方法原型如下：
socket.send(bytes)
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| bytes | 需发送的字节数据 |
返回值：发送的数据字节数。
（7）接收数据，返回值是一个字节对象
其方法原型如下：
socket.recv(bufsize)
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| bufsize | 接收数据的存储区 |
返回值：接收数据字节对象。
（8）接收数据，返回值是一个字节对象
其方法原型如下：
socket.recvfrom(bufsize)
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| bufsize | 接收数据的存储区 |
返回值：bytes：接收数据字节对象；addressa：套接字发送的地址数据。
（9）UDP发送数据，一般用于UDP连接
其方法原型如下：
socket.sendto(bytes, address)
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
| bytes | 发送的数据 |
| address | 发送至哪个远程IP地址 |
返回值：发送的数据字节数。
以上方法列出了本书中常用的套接字方法，对于剩余的套接字方法，请参考MicroPython最新的在线文档。
四、硬件设计
1. 例程功能
在本次实验中，我们将ESP32开发板与WiFi网络连接，并配置实现UDP连接。核心任务是构建稳固的UDP连接机制，确保通过网络调试助手发送数据，并能准确回传接收数据，验证UDP连接的可靠性和有效性。
2. 硬件资源
- WIFI ：ESP32内部自带WIFI模块
四、软件设计
1. 程序流程图
2. 程序
import network
import socket# 网络信息
SSID = 'OrayBox-zsf' # WIFI名称
PASSWORD = '123456789' # WIFI密码
Server_IP = '10.168.1.164' # 服务器IP地址wlan = None # 定义一个无线网络
pos = 0 # 状态机，用于状态切换def connect():"""连接 WIFI 路由器"""global wlanwlan = network.WLAN(network.STA_IF)wlan.active(True)if not wlan.isconnected():print('connecting to network...')wlan.connect(SSID, PASSWORD)while not wlan.isconnected():passprint('network config:', wlan.ifconfig()) # 打印网络参数def goto(label):"""切换状态:param label: 状态号"""global pospos = label"""
------------------------------------------------------------------------------------下面为主函数
------------------------------------------------------------------------------------
"""
# 1、连接 WIFI 路由器
connect()while True:# 循环while pos == 0:# 状态 0 ： 建立socket，连接服务器# 2、获取本地 IP 地址，并打印ip = wlan.ifconfig()[0]print('network config:', ip)# 3、创建 TCP 套接字TCPClient = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 创建 TCPClient 对象，IPV4 \ TCP 类型# 4、连接服务器，如果成功就发送实验信息，否则关闭连接套接字try:TCPClient.connect((Server_IP, 8080)) # 连接服务器，即网络调试助手except BaseException:# 故障处理程序TCPClient.close() # 关闭套接字print(' 关闭套接字 ')goto(0) # 状态还是为 0，连接服务器breakelse:TCPClient.send('************** ESP32 客户端 '.encode() + str(ip).encode() + ' ****************\r\n'.encode())goto(1) # 进入状态 1：服务器连接成功，与服务器通信while pos == 1:# 状态 1 ： 发送接收到的服务器数据try:# 接收到服务器的数据data = TCPClient.recv(1024)print(data.decode())except BaseException:# 故障时，关闭连接，重新建立连接TCPClient.close()goto(0)breakelse:# 空数据时，关闭连接，重新建立连接if (len(data) == 0):print('接收到空的数据')TCPClient.close()goto(0)breakelse:# 非空数据回显TCPClient.send(data)
五、下载验证
将ESP32开发板与电脑通过WIFI路由器，连接在同一WiFi网络中，配置电脑上的网络调试助手TCP Server参数，如下图所示，并打开网络。
注意：ESP32程序中TCP发送目标IP和端口信息，按网络调试助手输入，如下图所示。
运行ESP32程序，网络调试助手会接收到ESP32的TCP信息，如下图所示。
与ESP32通过TCP协议相互通信。【在TCP协议下的通信网络不佳时，会出现传输延迟。与UDP协议相比，TCP协议数据传输时丢包率更低。】
