一、什么是Arduino 以太网扩展板？

Arduino 以太网扩展板，是 Arduino 生态系统中一个至关重要的组成部分。它为 Arduino 开发板提供了连接以太网网络的能力，从而实现了设备与互联网之间的数据传输和通信。

从功能的角度来看，Arduino 以太网扩展板通常配备了以太网接口芯片以及相关的电路和组件。这些组件协同工作，使得 Arduino 能够接入以太网网络，就如同为 Arduino 赋予了一双能够跨越数字鸿沟、与广阔网络世界相连接的翅膀。

例如，W5100 以太网扩展板就是常见的一种。它支持硬件 TCP/IP 协议栈，能够同时处理多个连接，为各种应用场景提供了强大的网络支持。

二、Arduino 以太网扩展板有什么有用？

你是否想过让你的 Arduino 开发板连接互联网，实现远程控制或数据交互？Arduino 以太网扩展板（Ethernet Shield）正是为此而生的神器。它基于 W5100 网络芯片，能让 Arduino 轻松接入有线网络，支持 10/100Mbps 速率，内置的 SD 卡插槽还能存储数据或托管网页。无论是搭建简易 Web 服务器、远程控制设备，还是获取网络数据驱动硬件，这块扩展板都能帮你实现。本文将通过清晰的步骤和实战案例，带你快速掌握它的核心用法。

三、硬件准备与基础连接

1. 所需设备

• Arduino 主板（推荐 Uno Rev.3 或更新版本，旧版可能因引脚数量不兼容）
• 以太网扩展板（通用型可在某宝购买，注意核对引脚适配性）
• 网线、路由器（或直接联网设备）
• 辅助元件（如 LED、按钮、电阻等，用于实战案例）

2. 物理连接

• 安装扩展板：将扩展板的排针垂直插入 Arduino 主板的对应接口（注意对齐引脚，确保接触良好）。
• 网络连接：用网线将扩展板的 RJ45 接口连接到路由器或交换机，确保网络畅通。

四、快速入门：获取设备 IP 地址

1. 软件准备

• 安装 Arduino IDE（建议 1.0 + 版本，内置 DHCP 支持简化配置）。
• 确保已安装 Ethernet 库（IDE 默认包含，无需额外安装）。
• 
  

2. 通过 DHCP 自动获取 IP

• 打开示例代码：文件 → 示例 → Ethernet → DhcpAddressPrinter。
• 配置 MAC 地址：新版扩展板的 MAC 地址通常在板载标签上（格式如00:AA:BB:CC:DD:EE），若无标签则需手动生成唯一 6 字节序列（如{0x00, 0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDA, 0x02}）。
• 上传代码并查看 IP：连接 Arduino 到电脑，打开串口监视器（波特率 9600），复位后即可看到分配的 IP 地址（如192.168.1.100）。

五、核心功能解析：从服务器到客户端

1. 搭建简易 Web 服务器（服务器模式）

案例 1：按钮控制网页背景色

• 电路连接：按钮一端接 D2 引脚，另一端接 5V，并联 10KΩ 电阻到 GND（下拉电阻稳定输入）。
• 代码逻辑：引入SPI.h和Ethernet.h库，定义 MAC 和设备 IP。初始化EthernetServer对象（默认端口 80，HTTP 标准端口）。在loop()中监听客户端连接，解析 HTTP 请求末尾的空行，根据按钮状态返回不同 HTML 内容（如白色或黑色背景）。
• 访问方式：在浏览器输入设备 IP，按下按钮并刷新，背景色将动态切换。

案例 2：URL 指令控制 LED

• 电路连接：LED 正极接 D2，负极串联 220Ω 电阻后接地。
• 代码亮点：解析 URL 中的参数（如http://IP/$1表示开灯，$2表示关灯），通过字符串匹配触发digitalWrite()函数。
• 交互演示：输入不同 URL 路径，观察 LED 状态变化，实现网页对硬件的远程控制。

2. 网络数据获取（客户端模式）

案例：监听微博最新博文点亮 LED

功能目标

当指定微博用户（例如 “央视新闻”）发布包含关键词（如 “暴雨预警”）的新博文时，Arduino 外接的 LED 自动点亮，实现本地化网络数据与硬件的联动。

2.1、准备工作：微博开放平台配置

1. 注册开发者账号访问 微博开放平台，用微博账号登录，完成开发者认证（个人认证即可）。创建新应用：进入 “管理中心”→“创建应用”，选择 “移动应用” 或 “网站应用”（此处以 “网站应用” 为例），填写基本信息后提交审核（审核通常 10 分钟内完成）。
2. 获取 API 凭证在应用详情页获取：App Key（API Key）App Secret（API Secret）生成Access Token：通过 “OAuth2.0 授权” 流程获取（参考微博开放平台的授权文档），或使用在线工具直接生成（需确保账号已授权应用）。

2.2、硬件连接

• 电路不变：LED 正极接 Arduino 数字引脚 2（D2），负极串联 220Ω 电阻后接地（共阴接法）。
• 网络连接：Arduino 通过以太网扩展板连接有线网络（确保能访问公网）。

2.3、代码实现（核心修改部分）

2.3.1. 引入库与配置参数

#include <SPI.h>  
#include <Ethernet.h>  
#include <ArduinoJson.h>  // 用于解析JSON数据（需通过IDE库管理器安装）  

// 以太网配置（需替换为你的实际参数）  
byte mac[] = {0x00, 0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDE, 0x02};  
IPAddress ip(192, 168, 1, 100);  // 静态IP或通过DHCP获取  

// 微博API配置（替换为你的应用凭证）  
const char* weibo_api = "api.weibo.com";  
const char* api_path = "/2/statuses/user_timeline.json";  
const char* access_token = "你的Access Token";  
const char* screen_name = "央视新闻";  // 目标微博账号  
const char* keyword = "暴雨预警";  // 监听关键词  

EthernetClient client;  

2.3.2. 发送 HTTP 请求获取微博数据

void getWeiboData() {  
  if (client.connect(weibo_api, 80)) {  // 连接微博API服务器  
    // 构造请求URL（参考微博API文档：https://open.weibo.com/wiki/2/statuses/user_timeline）  
    String url = String(api_path) + "?access_token=" + access_token +  
                 "&screen_name=" + screen_name + "&count=1";  // 只获取最新1条博文  
    client.println("GET " + url + " HTTP/1.1");  
    client.println("Host: " + String(weibo_api));  
    client.println("Connection: close");  
    client.println();  

    // 读取响应数据  
    String response = "";  
    while (client.available()) {  
      response += char(client.read());  
    }  
    client.stop();  

    // 解析JSON数据，提取博文内容  
    parseWeiboContent(response);  
  }  
}  

2.3.3. 解析 JSON 并匹配关键词

void parseWeiboContent(String json) {  
  // 提取JSON中"statuses"数组内的"text"字段  
  const size_t bufferSize = 1024;  
  DynamicJsonDocument doc(bufferSize);  
  deserializeJson(doc, json.c_str());  

  if (doc["statuses"].is<JsonArray>()) {  
    JsonArray statuses = doc["statuses"];  
    if (statuses.size() > 0) {  
      String text = statuses[0]["text"].as<String>();  
      Serial.println("最新博文：" + text);  

      // 关键词匹配（不区分大小写，可优化为正则表达式）  
      if (text.indexOf(keyword) != -1) {  
        digitalWrite(2, HIGH);  // 点亮LED  
        delay(5000);  // 保持5秒  
        digitalWrite(2, LOW);   // 熄灭LED  
      }  
    }  
  }  
}  

2.3.4. 主循环逻辑

void setup() {  
  pinMode(2, OUTPUT);  
  Serial.begin(9600);  
  Ethernet.begin(mac, ip);  // 初始化以太网（静态IP模式，如需DHCP可改用Ethernet.begin(mac)）  
}  

void loop() {  
  getWeiboData();  
  delay(60000);  // 每分钟检查一次新博文（避免超过API请求频率限制）  
}  

2.4、关键调整说明

• API 替换：微博 API 返回 JSON 格式数据，需使用ArduinoJson库解析（原 Twitter 案例使用 XML，此处改为 JSON）。微博用户时间线 API 文档：https://open.weibo.com/wiki/2/statuses/user_timeline，支持通过screen_name指定目标账号，count=1仅获取最新 1 条博文以减少流量。
• 频率限制：微博开放平台免费开发者账号的 API 调用频率为每秒 1 次，每天 1 万次，代码中添加delay(60000)（每分钟请求一次）可避免超限。
• 关键词匹配：案例使用indexOf进行简单字符串匹配，实际项目中可优化为正则表达式（需引入Regexp库），或支持中文分词（如 “暴雨”“预警” 分开匹配）。

六、进阶技巧与注意事项

1. 网络配置小贴士

• 静态 IP 设置：若 DHCP 分配不稳定，可在代码中手动指定 IP（通过Ethernet.begin(mac, ip)），确保与局域网网段一致。
• 多设备共存：使用多个扩展板时，务必为每个设备分配唯一的 MAC 地址，避免 IP 冲突。

2. 硬件扩展潜力

• SD 卡存储：利用扩展板的 SD 卡槽，可存储网页文件或日志数据（需额外引入SD.h库，参考官方文档）。
• PoE 模块支持：加装 Power over Ethernet 模块后，可通过网线同时供电和传输数据，简化设备部署。

3. 常见问题排查

• 连接失败：检查网线是否松动、路由器是否开启 DHCP、代码中的 MAC/IP 是否正确。
• 数据解析错误：HTTP 请求需严格遵循格式（如响应头需包含Content-Type），字符串匹配时注意大小写和特殊字符。

七、应用场景拓展

• 智能家居：搭建 Web 服务器，通过网页控制灯光、窗帘等设备，实时显示传感器数据（如温度、湿度）。
• 物联网监控：作为客户端获取云端 API 数据（如天气、新闻），驱动硬件做出响应（如根据天气变化自动开关窗）。
• 教育实践：适合学生学习网络编程、HTTP 协议和硬件交互，通过可视化网页界面降低编程门槛。

八、总结

Arduino 以太网扩展板是连接物理世界与互联网的桥梁，其简单易用的特性让开发者无需深入网络底层即可实现丰富功能。从基础的 Web 服务器到数据获取客户端，再到扩展的 SD 卡和 PoE 支持，它为物联网项目提供了无限可能。通过本文的实战案例，你已掌握核心用法，接下来不妨发挥创意，让你的 Arduino 项目 “联网” 升级吧！

动手提示：从修改案例代码开始，尝试替换不同的硬件组件（如继电器、传感器），或接入其他网络服务（如 REST API），探索更多有趣的应用场景！