API Web Serial Frontend : Un Guide Complet pour la Communication avec les Périphériques Série dans le Navigateur

L'API Web Serial ouvre de nouvelles possibilités passionnantes pour les applications web. Elle permet à votre code frontend, s'exécutant dans un navigateur, de communiquer directement avec des périphériques série connectés à l'ordinateur d'un utilisateur. C'était auparavant le domaine des applications natives, mais vous pouvez maintenant interagir avec des microcontrôleurs, des imprimantes 3D, des capteurs et du matériel hérité directement depuis votre navigateur web. Imaginez contrôler un Arduino depuis un tableau de bord web, surveiller des données de capteurs en temps réel, ou interagir avec une ancienne imprimante série via une interface web moderne. Ce guide plongera dans l'API Web Serial, explorera ses fonctionnalités et fournira des exemples pratiques pour vous aider à démarrer.

Qu'est-ce que l'API Web Serial ?

L'API Web Serial est un standard du web qui fournit un moyen pour les applications web de communiquer avec des périphériques série. La communication série est une méthode largement utilisée pour échanger des données entre des appareils via un port série. C'est particulièrement courant avec les systèmes embarqués, les équipements industriels et le matériel plus ancien. L'API comble le fossé entre le web et le monde physique, permettant aux applications web d'interagir avec ces appareils sans avoir besoin d'extensions de navigateur ou d'applications natives.

Avantages Clés :

• Interaction Directe avec les Périphériques : Élimine le besoin d'applications ou de pilotes intermédiaires pour la communication série de base.
• Compatibilité Multiplateforme : Les applications web utilisant l'API Web Serial peuvent fonctionner sur n'importe quel système d'exploitation avec un navigateur compatible.
• Sécurité Renforcée : L'API est conçue avec la sécurité à l'esprit, nécessitant une autorisation explicite de l'utilisateur pour accéder aux ports série.
• Développement Simplifié : Fournit une interface standardisée pour la communication série, simplifiant le processus de développement.

Support des Navigateurs

Fin 2024, l'API Web Serial est prise en charge par les navigateurs basés sur Chromium tels que Google Chrome, Microsoft Edge et Opera. Le support dans d'autres navigateurs comme Firefox et Safari est à l'étude et en développement. Il est recommandé de consulter le site web Can I use pour les dernières informations sur la compatibilité des navigateurs.

Considérations de Sécurité

L'API Web Serial accorde la priorité à la sécurité et à la vie privée des utilisateurs. Voici quelques mesures de sécurité clés :

• Permission de l'Utilisateur : Le navigateur demandera la permission à l'utilisateur avant de permettre à une application web d'accéder à un port série. L'utilisateur a la possibilité d'accorder ou de refuser l'accès.
• Contextes Sécurisés Uniquement : L'API n'est disponible que dans des contextes sécurisés (HTTPS). Cela aide à prévenir les attaques de l'homme du milieu et garantit l'intégrité des données.
• Accès Restreint : L'API fournit un accès contrôlé au port série, limitant le potentiel d'activités malveillantes.

Pour Commencer : Un Exemple Pratique avec Arduino

Passons en revue un exemple simple d'utilisation de l'API Web Serial pour communiquer avec une carte Arduino. Cet exemple montrera comment envoyer des données du navigateur web à l'Arduino et en recevoir en retour.

Prérequis :

• Une carte Arduino (par ex., Arduino Uno, Nano, ou Mega).
• L'IDE Arduino installé sur votre ordinateur.
• Un câble USB pour connecter l'Arduino à votre ordinateur.
• Un navigateur qui supporte l'API Web Serial (Chrome, Edge, Opera).

Étape 1 : Code Arduino

D'abord, téléversez le code suivant sur votre carte Arduino en utilisant l'IDE Arduino :

            void setup() {
 Serial.begin(9600);
}

void loop() {
 if (Serial.available() > 0) {
 String data = Serial.readStringUntil('\n');
 data.trim();
 Serial.print("Received: ");
 Serial.println(data);
 delay(100);
 }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Ce code initialise la communication série à un débit en bauds de 9600. Dans la fonction `loop()`, il vérifie si des données sont disponibles sur le port série. Si des données sont disponibles, il lit les données jusqu'à ce qu'un caractère de nouvelle ligne soit reçu, supprime tout espace blanc de début ou de fin, puis renvoie les données reçues au port série avec le préfixe "Reçu : ".

Étape 2 : Structure HTML

Créez un fichier HTML (par ex., `index.html`) avec la structure suivante :

            <!DOCTYPE html>
<html>
<head>
 <title>Exemple d'API Web Serial</title>
</head>
<body>
 <h1>Exemple d'API Web Serial</h1>
 <button id="connectButton">Se connecter au port série</button>
 <textarea id="receivedData" rows="10" cols="50" readonly></textarea><br>
 <input type="text" id="dataToSend">
 <button id="sendButton">Envoyer les données</button>
 <script src="script.js"></script>
</body>
</html>

            

              
                Copy
              
            
          

Ce fichier HTML inclut un bouton pour se connecter au port série, une zone de texte pour afficher les données reçues, un champ de saisie pour entrer les données à envoyer, et un bouton pour envoyer les données. Il est également lié à un fichier JavaScript (`script.js`) qui contiendra le code de l'API Web Serial.

Étape 3 : Code JavaScript (script.js)

Créez un fichier JavaScript nommé `script.js` avec le code suivant :

            const connectButton = document.getElementById('connectButton');
const receivedDataTextarea = document.getElementById('receivedData');
const dataToSendInput = document.getElementById('dataToSend');
const sendButton = document.getElementById('sendButton');

let port;
let reader;
let writer;

connectButton.addEventListener('click', async () => {
 try {
 port = await navigator.serial.requestPort();
 await port.open({ baudRate: 9600 });

 connectButton.disabled = true;
 sendButton.disabled = false;

 reader = port.readable.getReader();
 writer = port.writable.getWriter();

 // Écouter les données provenant du périphérique série.
 while (true) {
 const { value, done } = await reader.read();
 if (done) {
 // Permettre la fermeture ultérieure du port série.
 reader.releaseLock();
 break;
 }
 // value est un Uint8Array.
 receivedDataTextarea.value += new TextDecoder().decode(value);
 }
 } catch (error) {
 console.error('Erreur du port série :', error);
 }
});

sendButton.addEventListener('click', async () => {
 const data = dataToSendInput.value + '\n';
 const encoder = new TextEncoder();
 await writer.write(encoder.encode(data));
 dataToSendInput.value = '';
});

            

              
                Copy
              
            
          

Ce code JavaScript gère la connexion au port série, la réception des données et l'envoi des données. Décomposons le code :

• Obtenir les Éléments : Il obtient les références aux éléments HTML en utilisant leurs IDs.
• Événement Clic sur `connectButton` : Lorsque le bouton "Se connecter au port série" est cliqué, il se passe ce qui suit :
  • Il appelle `navigator.serial.requestPort()` pour inviter l'utilisateur à sélectionner un port série.
  • Il ouvre le port sélectionné avec un débit en bauds de 9600.
  • Il désactive le bouton de connexion et active le bouton d'envoi.
  • Il obtient un lecteur et un écrivain pour les flux lisibles et inscriptibles du port.
  • Il entre dans une boucle pour lire en continu les données du port série.
  • Il décode les données reçues (qui sont un `Uint8Array`) en utilisant `TextDecoder` et les ajoute à la `receivedDataTextarea`.
• Événement Clic sur `sendButton` : Lorsque le bouton "Envoyer les données" est cliqué, il se passe ce qui suit :
  • Il obtient les données du champ de saisie `dataToSendInput`.
  • Il ajoute un caractère de nouvelle ligne (`\n`) aux données. C'est important car le code Arduino lit les données jusqu'à ce qu'un caractère de nouvelle ligne soit reçu.
  • Il encode les données en utilisant `TextEncoder` pour les convertir en un `Uint8Array`.
  • Il écrit les données encodées sur le port série en utilisant `writer.write()`.
  • Il efface le champ de saisie `dataToSendInput`.

Étape 4 : Exécuter l'Exemple

Ouvrez le fichier `index.html` dans votre navigateur. Vous devriez voir les éléments HTML définis dans le fichier.

1. Cliquez sur le bouton "Se connecter au port série". Votre navigateur vous invitera à sélectionner un port série. Sélectionnez le port associé à votre carte Arduino.
2. Une fois connecté, le bouton "Se connecter au port série" sera désactivé, et le bouton "Envoyer les données" sera activé.
3. Entrez du texte dans le champ de saisie et cliquez sur le bouton "Envoyer les données".
4. Vous devriez voir le texte "Reçu : [votre texte]" apparaître dans la zone de texte. Cela indique que les données ont été envoyées avec succès du navigateur à l'Arduino, puis renvoyées de l'Arduino au navigateur.

Utilisation Avancée et Considérations

Débit en Bauds

Le débit en bauds est la vitesse à laquelle les données sont transmises sur le port série. Il est crucial que le débit en bauds configuré dans votre application web corresponde au débit en bauds configuré sur votre périphérique série (par exemple, le code Arduino). Les débits en bauds courants incluent 9600, 115200, et autres. Des débits en bauds non concordants entraîneront des données brouillées ou illisibles.

Encodage des Données

Les données transmises sur le port série sont généralement représentées comme une séquence d'octets. L'API Web Serial utilise `Uint8Array` pour représenter ces octets. Vous pourriez avoir besoin d'encoder et de décoder les données en utilisant des schémas d'encodage appropriés (par ex., UTF-8, ASCII) en fonction du type de données que vous transmettez.

Gestion des Erreurs

Il est important de mettre en œuvre une gestion des erreurs appropriée dans votre application web pour gérer les problèmes potentiels tels que les erreurs de connexion, les erreurs de transmission de données et les déconnexions de l'appareil. Utilisez des blocs `try...catch` pour attraper les exceptions et fournir des messages d'erreur informatifs à l'utilisateur.

Contrôle de Flux

Les mécanismes de contrôle de flux (par ex., contrôle de flux matériel, contrôle de flux logiciel) peuvent être utilisés pour éviter la perte de données lorsque l'émetteur transmet des données plus rapidement que le récepteur ne peut les traiter. L'API Web Serial prend en charge le contrôle de flux matériel (CTS/RTS). Vérifiez les exigences spécifiques de votre périphérique série pour déterminer si le contrôle de flux est nécessaire.

Fermeture du Port

Il est important de fermer correctement le port série lorsque vous avez fini de l'utiliser. Cela libère le port et permet à d'autres applications ou appareils de l'utiliser. Vous pouvez fermer le port en utilisant la méthode `port.close()`.

            if (port) {
 await reader.cancel();
 await reader.releaseLock();
 await writer.close();
 await port.close();
}

            

              
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API Web Serial et Bluetooth

Bien que l'API Web Serial elle-même ne gère pas directement les connexions Bluetooth, elle peut être utilisée en conjonction avec des adaptateurs série Bluetooth. Ces adaptateurs agissent comme un pont, convertissant la communication Bluetooth en communication série, que l'API Web Serial peut alors gérer. Cela ouvre des possibilités pour interagir avec des appareils compatibles Bluetooth depuis votre navigateur web.

Applications du Monde Réel

L'API Web Serial a un large éventail d'applications potentielles dans diverses industries et domaines :

• Automatisation Industrielle : Contrôler et surveiller les équipements et machines industriels depuis une interface web. Par exemple, un ouvrier d'usine en Allemagne pourrait utiliser une application web pour surveiller la température et la pression d'une machine en temps réel.
• Robotique : Interagir avec des robots et des systèmes robotiques, permettant le contrôle à distance et l'acquisition de données. Imaginez contrôler un bras robotique au Japon depuis un panneau de contrôle au Canada.
• Impression 3D : Contrôler et surveiller les imprimantes 3D, permettant aux utilisateurs de téléverser des conceptions, de suivre la progression de l'impression et d'ajuster les paramètres depuis un navigateur web. Un utilisateur en Italie pourrait lancer une tâche d'impression sur son imprimante 3D à la maison depuis son bureau.
• Appareils IoT : Se connecter et interagir avec des appareils IoT tels que des capteurs, des actionneurs et des systèmes de domotique. Par exemple, un agriculteur au Brésil pourrait surveiller les niveaux d'humidité du sol et contrôler les systèmes d'irrigation à distance en utilisant une application web.
• Outils Éducatifs : Créer des outils et des expériences éducatives interactives qui impliquent du matériel physique, rendant l'apprentissage plus engageant et pratique. Les étudiants d'un cours de physique pourraient utiliser l'API pour collecter des données à partir d'un capteur connecté à un pendule.
• Accessibilité : Fournir des interfaces alternatives pour les appareils qui peuvent être difficiles à utiliser directement pour les utilisateurs handicapés. Une personne à mobilité réduite pourrait contrôler un appareil domestique intelligent via une interface web en utilisant un système de suivi de la tête.

Alternatives à l'API Web Serial

Bien que l'API Web Serial offre un moyen pratique de communiquer avec les périphériques série directement depuis le navigateur, il existe des approches alternatives qui peuvent être adaptées en fonction de vos besoins spécifiques :

• API WebUSB : L'API WebUSB permet aux applications web de communiquer avec les périphériques USB. Bien qu'elle offre une plus grande flexibilité et un meilleur contrôle par rapport à l'API Web Serial, elle nécessite également une mise en œuvre plus complexe et peut ne pas convenir aux tâches simples de communication série.
• Applications Natives avec Bibliothèques Série : Les applications de bureau traditionnelles peuvent utiliser des bibliothèques de communication série (par ex., libserialport, pySerial) pour interagir avec les périphériques série. Cette approche offre le plus de contrôle et de flexibilité mais oblige les utilisateurs à installer une application native sur leur ordinateur.
• Extensions de Navigateur : Les extensions de navigateur peuvent donner accès aux ports série et à d'autres ressources matérielles. Cependant, les extensions nécessitent que les utilisateurs les installent séparément, et elles peuvent soulever des problèmes de sécurité.
• Node.js avec Serialport : L'utilisation de Node.js en backend fournit une solution très robuste pour gérer les appareils et créer une API sécurisée pour votre front-end. Cela offre un meilleur contrôle et une sécurité accrue par rapport à un accès direct par le navigateur dans de nombreux cas d'utilisation.

Dépannage des Problèmes Courants

Voici quelques problèmes courants que vous pourriez rencontrer en travaillant avec l'API Web Serial et comment les résoudre :

• Impossible de se connecter au port série :
  • Assurez-vous que le port série n'est pas déjà ouvert par une autre application.
  • Vérifiez que le bon port série est sélectionné dans l'invite du navigateur.
  • Vérifiez que le débit en bauds configuré dans votre application web correspond au débit en bauds du périphérique série.
  • Assurez-vous que l'utilisateur a accordé la permission à l'application web d'accéder au port série.
• Données Brouillées ou Illisibles :
  • Vérifiez que les débits en bauds correspondent correctement.
  • Vérifiez le schéma d'encodage des données (par ex., UTF-8, ASCII).
  • Assurez-vous que les données sont transmises et reçues correctement par le périphérique série.
• Perte de Données :
  • Envisagez d'utiliser des mécanismes de contrôle de flux pour éviter la perte de données.
  • Augmentez la taille du tampon pour la réception des données.
  • Optimisez la logique de traitement des données pour éviter les retards.
• Problèmes de Compatibilité des Navigateurs :
  • Vérifiez la compatibilité des navigateurs avec l'API Web Serial en utilisant Can I use.
  • Utilisez la détection de fonctionnalités pour vous assurer que l'API est prise en charge par le navigateur avant de l'utiliser.

L'Avenir de l'API Web Serial

L'API Web Serial représente une étape importante pour combler le fossé entre le web et le monde physique. À mesure que le support des navigateurs continue de croître et que l'API évolue, nous pouvons nous attendre à voir émerger des applications encore plus innovantes qui tirent parti de la puissance de la communication série au sein des applications web. Cette technologie ouvre des portes à de nouvelles possibilités dans l'IoT, l'automatisation industrielle, la robotique, l'éducation et de nombreux autres domaines.

Conclusion

L'API Web Serial permet aux développeurs web de créer des applications qui interagissent directement avec les périphériques série, débloquant une multitude de possibilités pour le contrôle, la surveillance et l'acquisition de données basés sur le web. Ce guide fournit un aperçu complet de l'API, y compris ses fonctionnalités, les considérations de sécurité, des exemples pratiques et des conseils de dépannage. En comprenant et en utilisant l'API Web Serial, vous pouvez créer des applications web innovantes et engageantes qui s'intègrent de manière transparente avec le monde physique.