ESP8266 TCP klient – przykładowy kod Arduino, MicroPython, TLS, obsługa połączenia

Pytanie

ESP8266 TCP klient ,przykładowy kod

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Poniżej znajdziesz dwa kompletne, gotowe do wgrania przykłady klienta TCP na ESP8266:
  1. klasyczny (nie­-TLS) w Arduino C++ z obsługą błędów i automatycznym wznawianiem połączenia,
  2. wariant TLS (WiFiClientSecure) pozwalający na szyfrowaną komunikację.
• Dodatkowo zamieszczam krótszy przykład w MicroPythonie oraz wyjaśniam, jak uruchomić serwer testowy i zweryfikować działanie.

Kluczowe punkty
• WiFi.begin → oczekiwanie na WL_CONNECTED
• WiFiClient / WiFiClientSecure.connect(host, port)
• client.print()/read() z kontrolą timeoutu
• obsługa rozłączenia i automatyczny reconnect
• test lokalny: nc -lk lub prosty serwer w Pythonie

Szczegółowa analiza problemu

1. Wymagania sprzętowo-programowe

• Płytka z ESP8266 (NodeMCU, Wemos D1 mini, itp.)
• IDE: Arduino 1.8.x / Arduino 2.x lub PlatformIO (pakiet „esp8266 by Espressif” ≥ 3.1.2).
• Biblioteka podstawowa: ESP8266WiFi (instaluje się automatycznie z pakietem płytek).
• (Opcjonalnie) WiFiClientSecure do TLS 1.2 (wymaga ~20 kB RAM).

2. Minimalny schemat działania klienta TCP

1. Inicjalizacja UART (debug).
2. Połączenie z AP Wi-Fi.
3. Utworzenie obiektu WiFiClient (lub Secure).
4. Próba connect(), weryfikacja sukcesu.
5. print()/write() – wysłanie danych.
6. Odbiór: pętla available() z własnym timeoutem.
7. Zamknięcie client.stop(); w razie potrzeby ponowienie.

3. Kod referencyjny – wariant nieszyfrowany

/********************************************************************
 *  ESP8266 – Klient TCP (Arduino C++)                              *
 *  Autor: 2024, przykład open-source                               *
 ********************************************************************/
#include <ESP8266WiFi.h>
// ---------- konfiguracja użytkownika ----------
const char* SSID      = "Twoja_Siec";
const char* PASS      = "Twoje_Haslo";
const char* HOST      = "192.168.1.100";   // lub "example.com"
const uint16_t PORT   = 8888;
const uint32_t RETRY_INTERVAL_MS = 10000;  // 10 s między kolejnymi próbami
const uint32_t REPLY_TIMEOUT_MS  = 5000;   // 5 s na odpowiedź serwera
// ---------------------------------------------
WiFiClient client;
unsigned long lastTry = 0;
void connectWiFi()
{
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) return;
  Serial.printf("Łączenie z %s", SSID);
  WiFi.begin(SSID, PASS);
  uint32_t t0 = millis();
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && millis() - t0 < 20000) {
    delay(500); Serial.print(".");
  }
  Serial.println(WiFi.status()==WL_CONNECTED ? "\nWiFi OK" : "\nWiFi FAIL");
}
void setup()
{
  Serial.begin(115200); delay(50);
  connectWiFi();
}
void loop()
{
  if (millis() - lastTry < RETRY_INTERVAL_MS) return;
  lastTry = millis();
  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) connectWiFi();
  Serial.printf("\n[TCP] Łączenie z %s:%u ... ", HOST, PORT);
  if (!client.connect(HOST, PORT, 3000)) {          // 3-sek. timeout
    Serial.println("BRAK połączenia");
    client.stop();
    return;
  }
  Serial.println("OK");
  // --- wysyłanie pakietu ---
  String payload = "Hello from ESP8266, uptime=" + String(millis());
  client.println(payload);
  Serial.printf("Wysłano: %s\n", payload.c_str());
  // --- odbieranie odpowiedzi ---
  uint32_t t0 = millis();
  while (!client.available() && millis() - t0 < REPLY_TIMEOUT_MS) yield();
  if (!client.available()) {
    Serial.println(">> Timeout odpowiedzi");
  } else {
    Serial.print("Odebrano: ");
    while (client.available()) Serial.write(client.read());
    Serial.println();
  }
  client.stop();          // zwolnienie gniazda
}

4. Kod referencyjny – wariant TLS (HTTPS / MQTTS)

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiClientSecure.h>
const char* SSID  = "Twoja_Siec";
const char* PASS  = "Twoje_Haslo";
const char* HOST  = "api.your-domain.com";
const uint16_t PORT = 443;
// fingerprint lub Root CA (zalecane)
const char* ROOT_CA PROGMEM = R"EOF(
-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIF...
-----END CERTIFICATE-----
)EOF";
WiFiClientSecure secureClient;
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(SSID, PASS);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); }
  Serial.println("\nWiFi connected");
  secureClient.setTrustAnchors(new X509List(ROOT_CA));     // weryfikacja CA
  Serial.printf("TLS handshake z %s:%u\n", HOST, PORT);
  if (!secureClient.connect(HOST, PORT)) {
    Serial.println("TLS connect FAILED");
    return;
  }
  // prosty request HTTP GET
  secureClient.printf("GET /status HTTP/1.1\r\nHost: %s\r\nConnection: close\r\n\r\n", HOST);
  while (secureClient.connected()) {
    String line = secureClient.readStringUntil('\n');
    Serial.println(line);
  }
  secureClient.stop();
}
void loop() {}

Uwagi:
• Do TLS wymagane jest ~50 kB flash i ~20 kB RAM – na ESP-12/-12F zwykle wystarcza.
• Zamiast „fingerprint” (co 90 dni dla Let’s Encrypt) lepiej podać cały łańcuch CA (X509List).

5. MikroPython (firmware 1.20.x)

import network, socket, time
SSID, PASS = "Twoja_Siec", "Twoje_Haslo"
SERVER, PORT = "192.168.1.100", 8888
sta = network.WLAN(network.STA_IF); sta.active(True); sta.connect(SSID, PASS)
while not sta.isconnected(): time.sleep_ms(200)
print("IP:", sta.ifconfig()[0])
s = socket.socket(); s.connect((SERVER, PORT))
s.send(b'Hello from MicroPython\r\n')
data = s.recv(128); print("RX:", data)
s.close()

Aktualne informacje i trendy

• Firmware ESP8266-Arduino 3.1.x wprowadził wsparcie dla FreeRTOS-like tasks (etap eksperymentalny) oraz uproszczoną obsługę WiFiGenericClass::hostByName() z cache DNS.
• Najnowsze core’y domyślnie wymuszają TLS 1.2 przy WiFiClientSecure. Starsze serwery <TLS1.2 wymagają secureClient.setInsecure(); (niezalecane).
• W środowiskach przemysłowych ESP8266 zastępowany jest przez ESP32-C3/S3 (Wi-Fi + BLE + LE) – kod klienta TCP pozostaje identyczny, ale domyślna biblioteka to WiFi.h (nie ESP8266WiFi.h).
• Rosnąca popularność protokołu MQTT zamiast surowego TCP – jeśli planujesz skalowalną infrastrukturę, rozważ bibliotekę PubSubClient lub AsyncMqttClient.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Timeout w client.connect() (3. argument) od wersji 3.0.0 – wcześniej należało używać własnych pętli.
• yield() w pętli odbiorczej oddaje czas CPU dla stosu LWIP i zapobiega watchdog reset (WDT).
• Przy dużych paczkach (>1460 B) stos LWIP dzieli dane na segmenty MSS; jeśli serwer nie czyta wystarczająco szybko, może wystąpić tcp_sndbuf overflow → kontroluj rozmiar wysyłanych ramek lub włącz Nagle alg. (client.setNoDelay(false) – domyślnie).

Aspekty etyczne i prawne

• Zapisywanie danych osobowych (np. logów z sensorów domowych) wymaga zgodności z RODO/GDPR, szczególnie gdy przesyłasz je na zewnętrzny serwer.
• Przy połączeniach szyfrowanych pamiętaj o aktualizacji certyfikatów – przeterminowane certyfikaty ≈ brak łączności.
• W środowiskach produkcyjnych unikaj „setInsecure()”, gdyż naraża to na MITM i narusza podstawowe zasady cyber-bezpieczeństwa.

Praktyczne wskazówki

1. Test lokalny:
   nc -lk 8888 (Linux/macOS) lub ncat -l -k 8888 (Windows) – umożliwia obserwację napływających danych i ręczne odsyłanie odpowiedzi.
2. Recovery po utracie Wi-Fi: w pętli loop() regularnie sprawdzaj WiFi.status(); w razie WL_DISCONNECTED wywołaj WiFi.reconnect() lub WiFi.begin(...).
3. Autoreset WDT: unikaj długich pętli blokujących; jeśli musisz, wywołuj yield() lub delay() < 20 ms.
4. Debug LWIP: Serial.setDebugOutput(true); + WiFi.printDiag(Serial); – przydatne przy problemach z TCP RST/FIN.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• ESP8266 ma tylko jeden interfejs HW TCP i 5 gniazd LWIP; przy wielowątkowych aplikacjach łatwo o wyczerpanie pcb.
• Brak sprzętowego RNG – certyfikat TLS generowany na starcie ma mniejszą entropię niż w ESP32; dla krytycznych aplikacji użyj zewnętrznego TRNG.
• Pamięć RAM (≈ 50 kB) limituje rozmiar bufora TLS; długie certyfikaty ECDSA-P384 mogą się nie zmieścić.

Sugestie dalszych badań

• AsyncTCP (biblioteka ESPAsyncTCP) – w pełni nieblokująca obsługa klienta i serwera.
• Protokół MQTT v5 z bezpiecznym mosquitto i AsyncMqttClient.
• OTA (Over-The-Air) aktualizacja firmware przez TCP/TLS (ArduinoOTA).
• Migracja do ESP32-C3 (RISC-V, Wi-Fi + BLE) zachowując zgodność kodu.

Krótkie podsumowanie

Przedstawione przykłady pokazują pełny cykl pracy klienta TCP na ESP8266 – od zestawienia Wi-Fi, poprzez wysyłkę danych, aż po obsługę odpowiedzi i rozłączenie. Wersja nieszyfrowana jest lekka i użyteczna w sieci LAN; wersja TLS zapewnia bezpieczeństwo w Internecie. Do szybkiego testu wystarczy netcat, a w produkcji warto rozważyć protokół MQTT. Dbaj o aktualne certyfikaty i unikaj blokujących pętli, aby watchdog nie resetował urządzenia.