Frontend Web Serial API: En Omfattende Guide til Seriel Enhetskommunikasjon i Nettleseren

Web Serial API åpner for spennende nye muligheter for nettapplikasjoner. Det lar din frontend-kode som kjører i en nettleser kommunisere direkte med serielle enheter koblet til en brukers datamaskin. Dette var tidligere forbeholdt native applikasjoner, men nå kan du samhandle med mikrokontrollere, 3D-printere, sensorer og eldre maskinvare direkte fra nettleseren din. Forestill deg å kontrollere en Arduino fra et nettbasert dashbord, overvåke sensordata i sanntid, eller samhandle med en gammel seriell printer gjennom et moderne webgrensesnitt. Denne guiden vil dykke ned i Web Serial API, utforske funksjonene og gi praktiske eksempler for å komme i gang.

Hva er Web Serial API?

Web Serial API er en webstandard som gir en måte for nettapplikasjoner å kommunisere med serielle enheter. Seriell kommunikasjon er en mye brukt metode for å utveksle data mellom enheter ved hjelp av en seriell port. Dette er spesielt vanlig med innebygde systemer, industrielt utstyr og eldre maskinvare. API-et bygger bro mellom nettet og den fysiske verden, og gjør det mulig for nettapplikasjoner å samhandle med disse enhetene uten behov for nettleserutvidelser eller native applikasjoner.

Viktige Fordeler:

• Direkte Enhetsinteraksjon: Eliminerer behovet for mellomliggende applikasjoner eller drivere for grunnleggende seriell kommunikasjon.
• Kryssplattform-kompatibilitet: Nettapplikasjoner som bruker Web Serial API kan kjøre på ethvert operativsystem med en kompatibel nettleser.
• Forbedret Sikkerhet: API-et er designet med sikkerhet i tankene, og krever eksplisitt brukertillatelse for å få tilgang til serielle porter.
• Forenklet Utvikling: Gir et standardisert grensesnitt for seriell kommunikasjon, noe som forenkler utviklingsprosessen.

Nettleserstøtte

Per slutten av 2024 støttes Web Serial API av Chromium-baserte nettlesere som Google Chrome, Microsoft Edge og Opera. Støtte i andre nettlesere som Firefox og Safari er under vurdering og utvikling. Det anbefales å sjekke Can I use-nettstedet for den nyeste informasjonen om nettleserkompatibilitet.

Sikkerhetshensyn

Web Serial API prioriterer sikkerhet og brukerpersonvern. Her er noen sentrale sikkerhetstiltak:

• Brukertillatelse: Nettleseren vil be brukeren om tillatelse før den lar en nettapplikasjon få tilgang til en seriell port. Brukeren har muligheten til å gi eller nekte tilgang.
• Kun Sikre Kontekster: API-et er kun tilgjengelig i sikre kontekster (HTTPS). Dette bidrar til å forhindre man-in-the-middle-angrep og sikrer dataintegritet.
• Begrenset Tilgang: API-et gir kontrollert tilgang til den serielle porten, noe som begrenser potensialet for ondsinnede aktiviteter.

Kom i Gang: Et Praktisk Eksempel med Arduino

La oss gå gjennom et enkelt eksempel på hvordan du bruker Web Serial API til å kommunisere med et Arduino-kort. Dette eksempelet vil demonstrere hvordan du sender data fra nettleseren til Arduino og mottar data tilbake.

Forutsetninger:

• Et Arduino-kort (f.eks. Arduino Uno, Nano eller Mega).
• Arduino IDE installert på datamaskinen din.
• En USB-kabel for å koble Arduino til datamaskinen din.
• En nettleser som støtter Web Serial API (Chrome, Edge, Opera).

Steg 1: Arduino-kode

Først, last opp følgende kode til ditt Arduino-kort ved hjelp av Arduino IDE:

            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
              
            
          

Denne koden initialiserer den serielle kommunikasjonen med en baudrate på 9600. I `loop()`-funksjonen sjekker den om det er data tilgjengelig på den serielle porten. Hvis data er tilgjengelig, leser den dataene til et linjeskift-tegn mottas, fjerner eventuelle innledende eller avsluttende mellomrom, og sender deretter de mottatte dataene tilbake til den serielle porten med prefikset "Received: ".

Steg 2: HTML-struktur

Opprett en HTML-fil (f.eks. `index.html`) med følgende struktur:

            <!DOCTYPE html>
<html>
<head>
 <title>Web Serial API Eksempel</title>
</head>
<body>
 <h1>Web Serial API Eksempel</h1>
 <button id="connectButton">Koble til seriell port</button>
 <textarea id="receivedData" rows="10" cols="50" readonly></textarea><br>
 <input type="text" id="dataToSend">
 <button id="sendButton">Send data</button>
 <script src="script.js"></script>
</body>
</html>

            

              
                Copy
              
            
          

Denne HTML-filen inkluderer en knapp for å koble til den serielle porten, et tekstområde for å vise mottatte data, et inndatafelt for å skrive inn data som skal sendes, og en knapp for å sende dataene. Den lenker også til en JavaScript-fil (`script.js`) som vil inneholde Web Serial API-koden.

Steg 3: JavaScript-kode (script.js)

Opprett en JavaScript-fil med navnet `script.js` med følgende kode:

            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();

 // Listen to data coming from the serial device.
 while (true) {
 const { value, done } = await reader.read();
 if (done) {
 // Allow the serial port to be closed later.
 reader.releaseLock();
 break;
 }
 // value is a Uint8Array.
 receivedDataTextarea.value += new TextDecoder().decode(value);
 }
 } catch (error) {
 console.error('Serial port error:', error);
 }
});

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

            

              
                Copy
              
            
          

Denne JavaScript-koden håndterer tilkoblingen til den serielle porten, mottak av data og sending av data. La oss bryte ned koden:

• Hent Elementer: Den henter referanser til HTML-elementene ved hjelp av deres ID-er.
• `connectButton` Klikkhendelse: Når "Koble til seriell port"-knappen klikkes, skjer følgende:
  • Den kaller `navigator.serial.requestPort()` for å be brukeren om å velge en seriell port.
  • Den åpner den valgte porten med en baudrate på 9600.
  • Den deaktiverer tilkoblingsknappen og aktiverer send-knappen.
  • Den henter en leser og en skriver for portens lesbare og skrivbare strømmer.
  • Den går inn i en løkke for å kontinuerlig lese data fra den serielle porten.
  • Den dekoder de mottatte dataene (som er en `Uint8Array`) ved hjelp av `TextDecoder` og legger dem til i `receivedDataTextarea`.
• `sendButton` Klikkhendelse: Når "Send data"-knappen klikkes, skjer følgende:
  • Den henter dataene fra `dataToSendInput`-inndatafeltet.
  • Den legger til et linjeskift-tegn (`\n`) til dataene. Dette er viktig fordi Arduino-koden leser data til et linjeskift-tegn mottas.
  • Den koder dataene ved hjelp av `TextEncoder` for å konvertere dem til en `Uint8Array`.
  • Den skriver de kodede dataene til den serielle porten ved hjelp av `writer.write()`.
  • Den tømmer `dataToSendInput`-inndatafeltet.

Steg 4: Kjør eksempelet

Åpne `index.html`-filen i nettleseren din. Du skal se HTML-elementene som er definert i filen.

1. Klikk på "Koble til seriell port"-knappen. Nettleseren din vil be deg om å velge en seriell port. Velg porten som er knyttet til Arduino-kortet ditt.
2. Når du er tilkoblet, vil "Koble til seriell port"-knappen bli deaktivert, og "Send data"-knappen vil bli aktivert.
3. Skriv inn litt tekst i inndatafeltet og klikk på "Send data"-knappen.
4. Du skal se teksten "Received: [din tekst]" vises i tekstområdet. Dette indikerer at dataene ble sendt fra nettleseren til Arduino og deretter sendt tilbake fra Arduino til nettleseren.

Avansert Bruk og Hensyn

Baudrate

Baudraten er hastigheten data overføres med over den serielle porten. Det er avgjørende at baudraten som er konfigurert i nettapplikasjonen din, samsvarer med baudraten som er konfigurert i den serielle enheten din (f.eks. Arduino-koden). Vanlige baudrater inkluderer 9600, 115200 og andre. Uoverensstemmende baudrater vil resultere i forvrengt eller uleselig data.

Datakoding

Data som overføres over den serielle porten, representeres vanligvis som en sekvens av bytes. Web Serial API bruker `Uint8Array` for å representere disse bytene. Du må kanskje kode og dekode data ved hjelp av passende kodingsskjemaer (f.eks. UTF-8, ASCII) avhengig av typen data du overfører.

Feilhåndtering

Det er viktig å implementere riktig feilhåndtering i nettapplikasjonen din for å håndtere potensielle problemer som tilkoblingsfeil, dataoverføringsfeil og frakoblinger av enheter. Bruk `try...catch`-blokker for å fange unntak og gi informative feilmeldinger til brukeren.

Flytkontroll

Mekanismer for flytkontroll (f.eks. maskinvarebasert flytkontroll, programvarebasert flytkontroll) kan brukes for å forhindre datatap når senderen overfører data raskere enn mottakeren kan behandle dem. Web Serial API støtter maskinvarebasert flytkontroll (CTS/RTS). Sjekk de spesifikke kravene til den serielle enheten din for å avgjøre om flytkontroll er nødvendig.

Lukke Porten

Det er viktig å lukke den serielle porten ordentlig når du er ferdig med å bruke den. Dette frigjør porten og lar andre applikasjoner eller enheter bruke den. Du kan lukke porten ved hjelp av `port.close()`-metoden.

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

            

              
                Copy
              
            
          

Web Serial API og Bluetooth

Selv om Web Serial API ikke direkte håndterer Bluetooth-tilkoblinger, kan det brukes i kombinasjon med Bluetooth serielle adaptere. Disse adapterne fungerer som en bro, og konverterer Bluetooth-kommunikasjon til seriell kommunikasjon, som Web Serial API deretter kan håndtere. Dette åpner for muligheter for å samhandle med Bluetooth-aktiverte enheter fra nettleseren din.

Virkelige Bruksområder

Web Serial API har et bredt spekter av potensielle bruksområder på tvers av ulike bransjer og domener:

• Industriell Automatisering: Kontroller og overvåk industrielt utstyr og maskineri fra et nettbasert grensesnitt. For eksempel kan en fabrikkarbeider i Tyskland bruke en nettapplikasjon for å overvåke temperaturen og trykket på en maskin i sanntid.
• Robotikk: Interager med roboter og robotsystemer, noe som muliggjør fjernkontroll og datainnsamling. Forestill deg å kontrollere en robotarm i Japan fra et kontrollpanel i Canada.
• 3D-printing: Kontroller og overvåk 3D-printere, slik at brukere kan laste opp design, overvåke utskriftsfremgang og justere innstillinger fra en nettleser. En bruker i Italia kan starte en utskriftsjobb på 3D-printeren sin hjemme fra kontoret.
• IoT-enheter: Koble til og interagere med IoT-enheter som sensorer, aktuatorer og hjemmeautomatiseringssystemer. For eksempel kan en bonde i Brasil overvåke jordfuktighetsnivåer og kontrollere vanningsanlegg eksternt ved hjelp av en nettapplikasjon.
• Utdanningsverktøy: Lag interaktive utdanningsverktøy og eksperimenter som involverer fysisk maskinvare, noe som gjør læring mer engasjerende og praktisk. Studenter i en fysikktime kan bruke API-et til å samle inn data fra en sensor koblet til en pendel.
• Tilgjengelighet: Tilby alternative grensesnitt for enheter som kan være vanskelige for brukere med nedsatt funksjonsevne å betjene direkte. Noen med begrenset mobilitet kan kontrollere en smarthjemenhet gjennom et nettbasert grensesnitt ved hjelp av et hodesporingssystem.

Alternativer til Web Serial API

Selv om Web Serial API gir en praktisk måte å kommunisere med serielle enheter direkte fra nettleseren, finnes det alternative tilnærminger som kan være egnet avhengig av dine spesifikke krav:

• WebUSB API: WebUSB API lar nettapplikasjoner kommunisere med USB-enheter. Selv om det gir større fleksibilitet og kontroll sammenlignet med Web Serial API, krever det også mer kompleks implementering og er kanskje ikke egnet for enkle serielle kommunikasjonsoppgaver.
• Native Applikasjoner med Serielle Biblioteker: Tradisjonelle skrivebordsapplikasjoner kan bruke serielle kommunikasjonsbiblioteker (f.eks. libserialport, pySerial) for å samhandle med serielle enheter. Denne tilnærmingen gir mest kontroll og fleksibilitet, men krever at brukerne installerer en native applikasjon på datamaskinen sin.
• Nettleserutvidelser: Nettleserutvidelser kan gi tilgang til serielle porter og andre maskinvareressurser. Imidlertid krever utvidelser at brukerne installerer dem separat, og de kan reise sikkerhetsbekymringer.
• Node.js med Serialport: Bruk av Node.js på backend gir en veldig robust løsning for å håndtere enheter og lage et sikkert API for din front-end. Dette gir større kontroll og sikkerhet enn direkte nettlesertilgang i mange brukstilfeller.

Feilsøking av Vanlige Problemer

Her er noen vanlige problemer du kan støte på når du arbeider med Web Serial API og hvordan du feilsøker dem:

• Kan ikke koble til seriell port:
  • Sørg for at den serielle porten ikke allerede er åpen av en annen applikasjon.
  • Verifiser at riktig seriell port er valgt i nettleserens dialogboks.
  • Sjekk at baudraten som er konfigurert i nettapplikasjonen din, samsvarer med baudraten til den serielle enheten.
  • Forsikre deg om at brukeren har gitt tillatelse for nettapplikasjonen til å få tilgang til den serielle porten.
• Forvrengt eller uleselig data:
  • Verifiser at baudratene stemmer overens.
  • Sjekk datakodingsskjemaet (f.eks. UTF-8, ASCII).
  • Sørg for at dataene overføres og mottas korrekt av den serielle enheten.
• Datatap:
  • Vurder å bruke mekanismer for flytkontroll for å forhindre datatap.
  • Øk bufferstørrelsen for mottak av data.
  • Optimaliser databehandlingslogikken for å unngå forsinkelser.
• Kompatibilitetsproblemer med nettlesere:
  • Sjekk nettleserkompatibiliteten for Web Serial API ved hjelp av Can I use.
  • Bruk funksjonsdeteksjon for å sikre at API-et støttes av nettleseren før du bruker det.

Fremtiden for Web Serial API

Web Serial API representerer et betydelig skritt mot å bygge bro mellom nettet og den fysiske verden. Ettersom nettleserstøtten fortsetter å vokse og API-et utvikler seg, kan vi forvente å se enda mer innovative applikasjoner som utnytter kraften i seriell kommunikasjon i nettapplikasjoner. Denne teknologien åpner dører til nye muligheter innen IoT, industriell automatisering, robotikk, utdanning og mange andre områder.

Konklusjon

Web Serial API gir webutviklere muligheten til å lage applikasjoner som direkte samhandler med serielle enheter, noe som låser opp et vell av muligheter for nettbasert kontroll, overvåking og datainnsamling. Denne guiden gir en omfattende oversikt over API-et, inkludert funksjoner, sikkerhetshensyn, praktiske eksempler og feilsøkingstips. Ved å forstå og utnytte Web Serial API, kan du lage innovative og engasjerende nettapplikasjoner som sømløst integreres med den fysiske verden.