Arduino UNO R4 WiFi TCP 通信示例文档

1. 简介

本示例演示如何使用 Arduino UNO R4 WiFi 通过 TCP 协议进行网络通信。TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的传输层协议，保证数据完整有序地到达目的地，适合需要高可靠性的数据传输场景。

Arduino UNO R4 WiFi 采用双核架构——Renesas RA4M1（48 MHz Arm Cortex-M4） 负责运行主程序和外设控制，ESP32-S3 模块独立处理 WiFi 通信，网络通信不占用主控资源。

2. TCP vs UDP：如何选择？

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接（需建立连接）	无连接
可靠性	可靠传输，保证数据到达	不保证到达
数据顺序	按序到达	可能乱序
适用场景	需要可靠通信的控制指令、状态上报	实时数据流、广播信息

提示：对于需要确认指令执行结果的控制场景，推荐使用 TCP；对于传感器数据上报这类实时性要求高但允许偶尔丢包的场景，UDP 更轻量高效。

3. 硬件准备

部件	说明
Arduino UNO R4 WiFi	主控板
LM35 / 传感器（可选）	数据采集
USB Type-C 数据线	供电和程序下载
WiFi 网络	2.4GHz 无线网络
PC 端 TCP 服务端软件	测试用（如 `ezTerm`、`netcat`、`Putty`）

4. 软件准备

4.1 安装开发板支持包

打开 Arduino IDE
点击 工具 → 开发板 → 开发板管理器
搜索 "Arduino UNO R4 WiFi"，点击安装

4.2 核心库

UNO R4 WiFi 使用 WiFiS3 库（与旧版 UNO WiFi 的 WiFiNINA 不同，请注意区分）：

cpp

#include <WiFiS3.h>

5. 示例 1：TCP 客户端（向服务器发送数据）

以下代码实现 Arduino 作为 TCP 客户端，连接到 PC 端的 TCP 服务器，并发送数据。

5.1 完整代码

cpp

#include <WiFiS3.h>

// ========== WiFi 配置 ==========
const char* WIFI_SSID = "你的WiFi名称";      // 修改为实际 WiFi SSID
const char* WIFI_PASSWORD = "你的WiFi密码";   // 修改为实际 WiFi 密码

// ========== TCP 服务器配置 ==========
const char* TCP_SERVER_ADDR = "192.168.1.100";  // 修改为服务器 IP 地址
const int TCP_SERVER_PORT = 1470;               // 修改为服务器端口

WiFiClient tcpClient;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) delay(10);
  
  Serial.println("=== Arduino UNO R4 WiFi TCP Client ===");

  // 检查 WiFi 模块状态
  if (WiFi.status() == WL_NO_MODULE) {
    Serial.println("WiFi 模块通信失败！");
    while (true);
  }

  // 检查固件版本
  String fv = WiFi.firmwareVersion();
  if (fv < WIFI_FIRMWARE_LATEST_VERSION) {
    Serial.println("请升级 WiFi 固件");
  }

  // ----- 连接 WiFi -----
  Serial.print("正在连接 WiFi: ");
  Serial.println(WIFI_SSID);
  
  while (WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD) != WL_CONNECTED) {
    delay(10000);
  }
  
  Serial.print("WiFi 连接成功! IP 地址: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  // ----- 连接 TCP 服务器 -----
  Serial.print("正在连接 TCP 服务器: ");
  Serial.print(TCP_SERVER_ADDR);
  Serial.print(":");
  Serial.println(TCP_SERVER_PORT);
  
  if (tcpClient.connect(TCP_SERVER_ADDR, TCP_SERVER_PORT)) {
    Serial.println("TCP 服务器连接成功！");
    tcpClient.println("Hello from Arduino UNO R4 WiFi!");
  } else {
    Serial.println("TCP 服务器连接失败！");
  }
}

void loop() {
  // ----- 接收服务器数据并打印到串口 -----
  if (tcpClient.available()) {
    char c = tcpClient.read();
    Serial.print(c);
  }

  // ----- 检查连接状态，断开则尝试重连 -----
  if (!tcpClient.connected()) {
    Serial.println("连接已断开，尝试重连...");
    tcpClient.stop();
    
    if (tcpClient.connect(TCP_SERVER_ADDR, TCP_SERVER_PORT)) {
      Serial.println("重新连接成功！");
      tcpClient.println("Reconnected!");
    } else {
      Serial.println("重新连接失败，等待 1 秒后重试...");
      delay(1000);
    }
  }
}

5.2 PC 端 TCP 服务器测试

方法一：使用 `netcat`（Linux/macOS）

bash

# 在终端中监听端口 1470
nc -l 1470

方法二：使用 Windows 端 TCP 服务器软件

下载并运行 ezTerm 或其他 TCP 服务器软件
配置为 TCP Server 模式，监听端口 1470
点击 Listen 按钮

方法三：使用 Python 快速启动 TCP 服务器

python

# server.py
import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('0.0.0.0', 1470))
server.listen(1)
print("监听端口 1470...")

conn, addr = server.accept()
print(f"客户端已连接: {addr}")

while True:
    data = conn.recv(1024)
    if not data:
        break
    print(f"收到: {data.decode()}")
    conn.send(b"ACK: " + data)

6. 示例 2：双向通信（串口 ↔ TCP 透传）

以下代码将 Arduino 的串口数据转发到 TCP 服务器，并将 TCP 服务器返回的数据转发到串口，实现双向透传。

cpp

#include <WiFiS3.h>

// ========== WiFi 配置 ==========
const char* WIFI_SSID = "你的WiFi名称";
const char* WIFI_PASSWORD = "你的WiFi密码";

// ========== TCP 服务器配置 ==========
const char* TCP_SERVER_ADDR = "192.168.1.100";
const int TCP_SERVER_PORT = 1470;

WiFiClient tcpClient;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) delay(10);
  
  Serial.println("=== Serial ↔ TCP Bridge ===");

  // 连接 WiFi
  while (WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD) != WL_CONNECTED) {
    Serial.print(".");
    delay(10000);
  }
  Serial.println("\nWiFi 已连接！IP: " + WiFi.localIP().toString());

  // 连接 TCP 服务器
  if (tcpClient.connect(TCP_SERVER_ADDR, TCP_SERVER_PORT)) {
    Serial.println("TCP 服务器已连接");
  } else {
    Serial.println("TCP 服务器连接失败");
  }
}

void loop() {
  if (tcpClient.connected()) {
    // ----- TCP → 串口 -----
    if (tcpClient.available()) {
      char c = tcpClient.read();
      Serial.write(c);      // 转发到串口
    }
    
    // ----- 串口 → TCP -----
    if (Serial.available()) {
      char c = Serial.read();
      tcpClient.write(c);   // 转发到 TCP 服务器
    }
  } else {
    // 断线重连
    Serial.println("TCP 连接断开，尝试重连...");
    tcpClient.stop();
    delay(1000);
    if (tcpClient.connect(TCP_SERVER_ADDR, TCP_SERVER_PORT)) {
      Serial.println("重新连接成功！");
    }
  }
}

7. 示例 3：两个 UNO R4 WiFi 之间通过 TCP 通信

架构说明

┌──────────────────┐          TCP 连接         ┌──────────────────┐
│   UNO R4 WiFi    │  ──────────────────────► │   UNO R4 WiFi    │
│   (TCP Server)   │  192.168.1.101:1470    │   (TCP Client)   │
│  传感器采集       │  发送传感器数据           │  接收并处理       │
└──────────────────┘                          └──────────────────┘

7.1 TCP 服务器端（数据发布方）

cpp

#include <WiFiS3.h>

const char* WIFI_SSID = "你的WiFi名称";
const char* WIFI_PASSWORD = "你的WiFi密码";
const int TCP_PORT = 1470;

WiFiServer server(TCP_PORT);
WiFiClient client;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) delay(10);

  // 连接 WiFi
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
  }
  Serial.println("WiFi 已连接！IP: " + WiFi.localIP().toString());

  // 启动 TCP 服务器
  server.begin();
  Serial.print("TCP 服务器已启动，端口: ");
  Serial.println(TCP_PORT);
}

void loop() {
  // 等待客户端连接
  client = server.available();
  
  if (client) {
    Serial.println("客户端已连接！");
    
    while (client.connected()) {
      // 模拟读取传感器数据
      float temperature = 25.0 + random(-10, 10) * 0.1;
      float humidity = 60.0 + random(-15, 15) * 0.1;
      
      // 格式：温度,湿度
      String data = String(temperature, 1) + "," + String(humidity, 1);
      
      // 发送数据到客户端
      client.println(data);
      
      Serial.print("已发送: ");
      Serial.println(data);
      
      delay(2000);  // 每 2 秒发送一次
    }
    
    client.stop();
    Serial.println("客户端已断开");
  }
}

7.2 TCP 客户端（数据接收方）

cpp

#include <WiFiS3.h>

const char* WIFI_SSID = "你的WiFi名称";
const char* WIFI_PASSWORD = "你的WiFi密码";
const char* TCP_SERVER_ADDR = "192.168.1.101";  // 服务器端的 IP
const int TCP_SERVER_PORT = 1470;

WiFiClient tcpClient;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) delay(10);

  // 连接 WiFi
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
  }
  Serial.println("WiFi 已连接！IP: " + WiFi.localIP().toString());

  // 连接 TCP 服务器
  connectToServer();
}

void connectToServer() {
  if (tcpClient.connect(TCP_SERVER_ADDR, TCP_SERVER_PORT)) {
    Serial.println("已连接到 TCP 服务器！");
  } else {
    Serial.println("连接服务器失败，5 秒后重试...");
    delay(5000);
    connectToServer();
  }
}

void loop() {
  if (tcpClient.connected()) {
    // 接收服务器数据
    if (tcpClient.available()) {
      String data = tcpClient.readStringUntil('\n');
      data.trim();
      
      Serial.print("收到数据: ");
      Serial.println(data);
      
      // 解析数据：温度,湿度
      int commaIndex = data.indexOf(',');
      if (commaIndex > 0) {
        String temp = data.substring(0, commaIndex);
        String humi = data.substring(commaIndex + 1);
        Serial.print("  温度: ");
        Serial.print(temp);
        Serial.print("°C, 湿度: ");
        Serial.print(humi);
        Serial.println("%");
      }
    }
  } else {
    Serial.println("服务器连接断开，尝试重连...");
    tcpClient.stop();
    delay(5000);
    connectToServer();
  }
}

8. 常用测试工具

工具	平台	用途
`netcat` (nc)	Linux/macOS/Windows	命令行 TCP 测试
`ezTerm`	Windows	图形化 TCP 服务器/客户端
Putty	全平台	串口和 TCP 连接测试
Python `socket`	全平台	自定义 TCP 服务端测试脚本

9. 常见问题排查

问题	可能原因	解决方法
WiFi 连接失败	SSID/密码错误	确认 WiFi 名称和密码，确保为 2.4GHz 网络
TCP 连接失败	服务器 IP/端口错误	确认服务器 IP 和端口，检查防火墙
连接后立即断开	服务器端主动关闭	检查服务器端程序是否保持监听
数据接收乱码	编码不一致	统一使用 ASCII 或 UTF-8 编码
长时间运行后无响应	连接超时	增加心跳包或重连机制
编译错误 `WiFiS3.h not found`	未安装 R4 支持包	在开发板管理器中安装 "Arduino UNO R4 WiFi"

10. 进阶参考

Web Server 模式：UNO R4 WiFi 可以作为 Web 服务器，通过浏览器 HTTP 请求控制设备
固件升级：通过 工具 → 固件更新器 更新 ESP32-S3 模块固件
更多示例：在 Arduino IDE 中打开 文件 → 示例 → WiFiS3 查看官方示例程序

传感器代码示例

执行器代码示例

网络通信代码示例

App代码示例

实践任务主题赛

Arduino UNO R4 WiFi TCP 通信示例文档

1. 简介

2. TCP vs UDP：如何选择？

3. 硬件准备

4. 软件准备

4.1 安装开发板支持包

4.2 核心库

5. 示例 1：TCP 客户端（向服务器发送数据）

5.1 完整代码

5.2 PC 端 TCP 服务器测试

方法一：使用 `netcat`（Linux/macOS）

方法二：使用 Windows 端 TCP 服务器软件

方法三：使用 Python 快速启动 TCP 服务器

6. 示例 2：双向通信（串口 ↔ TCP 透传）

7. 示例 3：两个 UNO R4 WiFi 之间通过 TCP 通信

架构说明

7.1 TCP 服务器端（数据发布方）

7.2 TCP 客户端（数据接收方）

8. 常用测试工具

9. 常见问题排查

10. 进阶参考

Arduino UNO R4 WiFi TCP 通信示例文档 ​

1. 简介 ​

2. TCP vs UDP：如何选择？ ​

3. 硬件准备 ​

4. 软件准备 ​

4.1 安装开发板支持包 ​

4.2 核心库 ​

5. 示例 1：TCP 客户端（向服务器发送数据） ​

5.1 完整代码 ​

5.2 PC 端 TCP 服务器测试 ​

方法一：使用 netcat（Linux/macOS） ​

方法二：使用 Windows 端 TCP 服务器软件 ​

方法三：使用 Python 快速启动 TCP 服务器 ​

6. 示例 2：双向通信（串口 ↔ TCP 透传） ​

7. 示例 3：两个 UNO R4 WiFi 之间通过 TCP 通信 ​

架构说明 ​

7.1 TCP 服务器端（数据发布方） ​

7.2 TCP 客户端（数据接收方） ​

8. 常用测试工具 ​

9. 常见问题排查 ​

10. 进阶参考 ​

Arduino UNO R4 WiFi TCP 通信示例文档

1. 简介

2. TCP vs UDP：如何选择？

3. 硬件准备

4. 软件准备

4.1 安装开发板支持包

4.2 核心库

5. 示例 1：TCP 客户端（向服务器发送数据）

5.1 完整代码

5.2 PC 端 TCP 服务器测试

方法一：使用 `netcat`（Linux/macOS）

方法二：使用 Windows 端 TCP 服务器软件

方法三：使用 Python 快速启动 TCP 服务器

6. 示例 2：双向通信（串口 ↔ TCP 透传）

7. 示例 3：两个 UNO R4 WiFi 之间通过 TCP 通信

架构说明

7.1 TCP 服务器端（数据发布方）

7.2 TCP 客户端（数据接收方）

8. 常用测试工具

9. 常见问题排查

10. 进阶参考