WOKWI 模擬RFID UID輸出到MQTT , Python 程式訂閱 MQTT主題 註冊與比對UID碼

 WOKWI 模擬RFID UID輸出到MQTT , Python 程式訂閱 MQTT主題 註冊與比對UID碼

#include <MFRC522.h>

#include <SPI.h>

#include <PubSubClient.h>

#include <WiFi.h>

#include <freertos/task.h> // For FreeRTOS tasks

// MFRC522 PINs (Although simulated, kept to conform to actual hardware configuration)

#define SS_PIN 5

#define RST_PIN 27

// Onboard LED GPIO pin (usually GPIO 2)

#define LED_PIN 2

MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);

// WiFi credentials

const char* ssid = "Wokwi-GUEST";     // Replace with your Wi-Fi name (e.g., Wokwi's "Wokwi-GUEST")

const char* password = "";            // Replace with your Wi-Fi password (e.g., Wokwi's empty string "")

// MQTT Broker details

const char* mqtt_server = "broker.mqttgo.io";

const int mqtt_port = 1883;

const char* mqtt_topic = "alex9ufo/rfidUID";

const char* mqtt_client_id = "ESP32_RFID_DualCore_LED_Simulator"; // Updated Client ID

WiFiClient espClient;

PubSubClient client(espClient);

// Queue for passing UID between cores

QueueHandle_t uidQueue;

// --- Core 0 (MQTT and WiFi Core) ---

void mqttTask(void *pvParameters) {

  // Serial.begin() only needs to be initialized once on one core, usually in setup() or a main task

  // SPI.begin() and mfrc522.PCD_Init() are here because they are related to the main core

  Serial.begin(115200); // Ensure Serial is available in this task

  SPI.begin();

  mfrc522.PCD_Init(); // Initialize MFRC522 (kept even for simulation)

  pinMode(LED_PIN, OUTPUT); // Set LED pin as output

  Serial.println("Initializing WiFi on Core 0...");

  WiFi.begin(ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

    delay(1000);

    Serial.print(".");

  }

  Serial.println("\nWiFi connected on Core 0");

  Serial.print("IP address: ");

  Serial.println(WiFi.localIP());

  client.setServer(mqtt_server, mqtt_port);

  Serial.println("MQTT client initialized on Core 0.");

  String receivedUid;

  while (true) {

    if (!client.connected()) {

      reconnectMQTT();

    }

    client.loop(); // Maintain MQTT connection

    // Receive UID from Queue

    // Use portMAX_DELAY to make the task wait indefinitely until data is available

    if (xQueueReceive(uidQueue, &receivedUid, portMAX_DELAY) == pdPASS) {

      Serial.print("Received UID from Core 1: ");

      Serial.println(receivedUid);

      if (client.publish(mqtt_topic, receivedUid.c_str())) {

        Serial.println("UID published successfully to MQTT. Turning LED ON.");

        digitalWrite(LED_PIN, HIGH); // Turn LED ON on successful publish

        vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS); // Stay on for 500 milliseconds

        digitalWrite(LED_PIN, LOW);   // Turn LED OFF

        Serial.println("LED OFF.");

      } else {

        Serial.println("Failed to publish UID to MQTT.");

        // Option to blink LED here to indicate failure

      }

    }

    // Short delay to allow other tasks to run, even if no data is received

    vTaskDelay(10 / portTICK_PERIOD_MS);

  }

}

void reconnectMQTT() {

  while (!client.connected()) {

    Serial.println("Attempting MQTT connection on Core 0...");

    // Attempt to connect with a Client ID

    if (client.connect(mqtt_client_id)) {

      Serial.println("MQTT connected on Core 0.");

    } else {

      Serial.print("MQTT connect failed on Core 0, rc=");

      Serial.print(client.state());

      Serial.println(" trying again in 5 seconds.");

      delay(5000); // Use delay() because this is a blocking operation for MQTT connection

    }

  }

}

// --- Core 1 (RFID Simulation Core) ---

void rfidSimTask(void *pvParameters) {

  Serial.println("Press ENTER in the serial monitor to simulate RFID scan on Core 1.");

  while (true) {

    if (Serial.available()) {

      char c = Serial.read(); // Read the character

      if (c == '\n' || c == '\r') { // Detect ENTER key press (both LF and CR)

        // Consume any remaining newline/carriage return characters

        while(Serial.available() && (Serial.peek() == '\n' || Serial.peek() == '\r')) {

          Serial.read();

        }

        String uid = generateSpecificRangeUID(); // Call the new UID generation function

        Serial.print("Simulating RFID scan on Core 1. Generated UID: ");

        Serial.println(uid);

        // Send UID to Queue

        // portMAX_DELAY means it will wait indefinitely if the queue is full until successfully sent

        if (xQueueSend(uidQueue, &uid, portMAX_DELAY) != pdPASS) {

          Serial.println("Failed to send UID to queue from Core 1.");

        }

      }

    }

    vTaskDelay(100 / portTICK_PERIOD_MS); // Avoid busy-waiting

  }

}

// --- NEW UID GENERATION FUNCTION ---

String generateSpecificRangeUID() {

  // Define the start and end values as unsigned long

  unsigned long start_val = 0x8EED7100;

  unsigned long end_val   = 0x8EED71FF;

  // Generate a random unsigned long within the specified range

  unsigned long random_val = random(start_val, end_val + 1); // +1 because random(min, max) excludes max

  // Convert the unsigned long to an 8-character hexadecimal string

  char hex_uid[9]; // 8 characters + null terminator

  sprintf(hex_uid, "%08lX", random_val); // %08lX for 8 uppercase hex digits of a long

  return String(hex_uid);

}

// --- Main Program Setup ---

void setup() {

  // Create Queue for String type, depth of 5

  // Note: Copying Strings has overhead, but is acceptable for small amounts of data

  uidQueue = xQueueCreate(5, sizeof(String));

  if (uidQueue == NULL) {

    Serial.println("Failed to create UID queue. System Halted!");

    while(true); // If queue creation fails, halt

  }

  Serial.println("Enter any character (then press ENTER) in the serial monitor to simulate an RFID scan.");

  Serial.println("This will generate a UID within the range 8EED7100 to 8EED71FF.");

  Serial.println("The generated UID will be published to broker.mqttgo.io topic alex9ufo/rfidUID.");

  Serial.println("The onboard LED (GPIO 2) will briefly light up upon successful MQTT publication.");

  // Create MQTT task, run on Core 0

  // Increase stack size as it handles WiFi, MQTT, and Serial output

  xTaskCreatePinnedToCore(

      mqttTask,         // Task function

      "MQTT_Task",      // Task name

      10000,            // Stack size (bytes)

      NULL,             // Task parameters

      1,                // Task priority (0 lowest, ESP32 core tasks usually higher)

      NULL,             // Task handle

      0                 // Run on Core 0

  );

  // Create RFID simulation task, run on Core 1

  xTaskCreatePinnedToCore(

      rfidSimTask,      // Task function

      "RFID_Sim_Task",  // Task name

      4000,             // Stack size (bytes)

      NULL,             // Task parameters

      1,                // Task priority

      NULL,             // Task handle

      1                 // Run on Core 1

  );

  // After setup(), the FreeRTOS scheduler will automatically start these tasks

}

// loop() can be empty as all logic is within FreeRTOS tasks

void loop() {

  // All logic is executed within FreeRTOS tasks, so loop() can be empty

  // Add a brief delay to avoid compilation warnings

  vTaskDelay(1);

}

1. 新的 UID 生成函數：generateSpecificRangeUID()

   • 定義範圍：
     C++

     unsigned long start_val = 0x8EED7100;
     unsigned long end_val   = 0x8EED71FF;
     

     將十六進位數值直接定義為 unsigned long 類型，因為它們超出了 int 的範圍。
   • 生成亂數：
     C++

     unsigned long random_val = random(start_val, end_val + 1);
     

     random(min, max) 函數生成 min（包含）到 max（不包含）之間的亂數。因此，為了包含 end_val，我們需要將 max 設定為 end_val + 1。
   • 轉換為十六進位字符串：
     C++

     char hex_uid[9]; // 8 characters + null terminator
     sprintf(hex_uid, "%08lX", random_val); // %08lX for 8 uppercase hex digits of a long
     return String(hex_uid);
     

     這裡使用了 sprintf() 函數，這是一個強大的 C 語言格式化輸出函數。
     • %08lX:
       • %: 格式說明符的開始。
       • 0: 如果數字不足指定寬度，用零填充。
       • 8: 總寬度為 8 個字元。
       • l: 表示對 long 類型進行操作。
       • X: 將數字轉換為大寫的十六進位表示。
     • 將 char 陣列轉換為 String 物件返回。

2. rfidSimTask 中調用新的函數：

   • 將 String uid = generateRandomUID(); 更改為 String uid = generateSpecificRangeUID();，以確保產生的是指定範圍內的 UID。

3. Serial 監控器提示訊息更新：

   • setup() 函數中的 Serial.println 訊息已更新，以準確反映新亂數產生器的功能和範圍。
   • rfidSimTask 中的提示也已更新，指導用戶如何觸發 RFID 模擬。

4. 處理 Serial.available() 的改進：

   • 在 rfidSimTask 中，增加了對 \r (回車符) 的檢查，並在讀取 \n 或 \r 後，額外檢查並消耗緩衝區中可能存在的其他換行符號（例如在 Windows 上，Enter 會發送 \r\n），這使得輸入響應更穩定。

---

如何使用這個程式碼

1. 複製程式碼： 將上述程式碼複製到 Arduino IDE 或 PlatformIO 項目中。
2. 配置 WiFi： 將 ssid 和 password 替換為您的實際 Wi-Fi 憑證。如果使用 Wokwi 模擬器，Wokwi-GUEST 通常不需要密碼。
3. 編譯並上傳： 將程式碼編譯並上傳到您的 ESP32 開發板。
4. 打開 Serial 監控器： 設置 Baud rate 為 115200。
5. 模擬 RFID 掃描： 在 Serial 監控器的輸入框中輸入任何字元，然後按下 Enter 鍵。
   • 每次按下 Enter，程式都會生成一個介於 8EED7100 和 8EED71FF 之間的新十六進位 UID。
   • 這個 UID 會透過 MQTT 發布到 broker.mqttgo.io 的 alex9ufo/rfidUID 主題。
   • 成功發布後，板載 LED（通常是 GPIO2）會短暫亮起 500 毫秒。

現在，您的 ESP32 模擬器將會產生符合特定範圍的 UID，並透過 MQTT 發送，完美地與您之前修正的 Python

應用程式互動。

import tkinter as tk from tkinter import messagebox import sqlite3 import random # 雖然不再產生亂數，但保留以防未來擴充 from datetime import datetime import threading import time import paho.mqtt.client as mqtt # 導入 MQTT 客戶端庫 # --- 全域變數 --- mqtt_client = None # MQTT 客戶端實例 stop_event = threading.Event() # 用於控制線程停止 display_window = None # 用於追蹤顯示數據的視窗 result_label = None # 用於顯示比對結果的標籤 led_canvas = None # 用於繪製LED燈的畫布 random_number_display = None # 用於顯示接收到的 UID current_mode = "register" # 預設模式：註冊 "register" 或 比對 "match" mqtt_received_uid_queue = [] # 用於暫存從 MQTT 接收到的 UID，確保線程安全 queue_lock = threading.Lock() # 用於保護隊列的鎖 # --- MQTT 相關設定 --- MQTT_BROKER = "broker.mqttgo.io" MQTT_PORT = 1883 MQTT_TOPIC = "alex9ufo/rfidUID" # --- MQTT 回調函數 --- def on_connect(client, userdata, flags, rc): """當客戶端連接到 MQTT Broker 時呼叫。""" if rc == 0: print("已成功連接到 MQTT Broker") client.subscribe(MQTT_TOPIC) print(f"已訂閱主題: {MQTT_TOPIC}") # 連接成功後，如果處於自動模式，則確保線程在運行 if start_button['state'] == tk.DISABLED: # 如果啟動按鈕是禁用的，表示正在自動運行 # 如果線程沒有啟動，這裡可以考慮再次啟動，但通常是由start_auto_action負責 pass else: print(f"連接到 MQTT Broker 失敗，返回碼: {rc}") messagebox.showerror("MQTT 連接錯誤", f"無法連接到 Broker，返回碼: {rc}") def on_message(client, userdata, msg): """當從訂閱的主題接收到訊息時呼叫。""" try: received_uid = msg.payload.decode("utf-8").strip() print(f"從主題 {msg.topic} 接收到 UID: {received_uid}") # 將接收到的 UID 放入佇列，並通知主線程處理 with queue_lock: mqtt_received_uid_queue.append(received_uid) # 通知 Tkinter 主線程處理佇列中的 UID root.event_generate("<<MQTT_UID_Received>>") except Exception as e: print(f"處理 MQTT 訊息時發生錯誤: {e}") # --- 資料庫操作 (不變) --- def create_table(): """建立資料庫表格，如果不存在則建立。""" conn = sqlite3.connect('random_numbers.db') cursor = conn.cursor() cursor.execute(''' CREATE TABLE IF NOT EXISTS random_data ( ID INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, UID TEXT NOT NULL UNIQUE, -- UID設定為唯一，避免重複註冊 Date TEXT NOT NULL, Time TEXT NOT NULL ) ''') # 檢查ID是否從1001開始，如果不是則更新序列 cursor.execute("SELECT seq FROM sqlite_sequence WHERE name='random_data'") result = cursor.fetchone() if result is None or result[0] < 1000: # 如果seq不存在或小於1000（對應ID 1001） cursor.execute("INSERT OR IGNORE INTO random_data (ID, UID, Date, Time) VALUES (1000, '', '', '')") cursor.execute("DELETE FROM random_data WHERE ID = 1000") # 插入後刪除，只為設定序列 conn.commit() conn.close() # 不再需要 generate_random_uid()，因為 UID 來自 MQTT def register_uid_to_db(uid_to_register): """將UID儲存到資料庫 (註冊)。""" try: now = datetime.now() current_date = now.strftime("%Y-%m-%d") current_time = now.strftime("%H:%M:%S") conn = sqlite3.connect('random_numbers.db') cursor = conn.cursor() # 獲取下一個ID，並確保從1001開始 cursor.execute("SELECT MAX(ID) FROM random_data") max_id = cursor.fetchone()[0] next_id = 1001 if max_id is None else max(max_id + 1, 1001) cursor.execute("INSERT INTO random_data (ID, UID, Date, Time) VALUES (?, ?, ?, ?)", (next_id, uid_to_register, current_date, current_time)) conn.commit() conn.close() return True except sqlite3.IntegrityError: return False # UID已存在 except Exception as e: messagebox.showerror("錯誤", f"註冊時發生錯誤: {e}") return False def check_uid_in_db(uid_to_check): """檢查UID是否存在於資料庫中 (比對)。 如果存在，返回 (True, ID)，否則返回 (False, None)。 """ conn = sqlite3.connect('random_numbers.db') cursor = conn.cursor() cursor.execute("SELECT ID FROM random_data WHERE UID = ?", (uid_to_check,)) result = cursor.fetchone() conn.close() if result: return (True, result[0]) # 找到，返回True和ID else: return (False, None) # 未找到 def get_all_data(): """從資料庫獲取所有數據。""" conn = sqlite3.connect('random_numbers.db') cursor = conn.cursor() cursor.execute("SELECT ID, UID, Date, Time FROM random_data ORDER BY ID ASC") rows = cursor.fetchall() conn.close() return rows # --- GUI 相關函數 (略有修改) --- def update_display_data_text(text_widget): """更新顯示數據的Text widget內容。""" rows = get_all_data() text_widget.config(state="normal") # 允許編輯 text_widget.delete(1.0, tk.END) # 清空內容 text_widget.insert(tk.END, "ID UID Date Time\n") text_widget.insert(tk.END, "="*50 + "\n") for row in rows: text_widget.insert(tk.END, f"{str(row[0]).ljust(10)}{str(row[1]).ljust(15)}{str(row[2]).ljust(12)}{row[3]}\n") text_widget.config(state="disabled") # 設為只讀 text_widget.see(tk.END) # 滾動到最新數據 def on_display_window_close(): """處理顯示數據視窗關閉事件。""" global display_window if display_window: display_window.destroy() display_window = None def display_data_in_window(): """在獨立視窗中顯示資料庫數據，並支援即時更新。""" global display_window if display_window is None or not display_window.winfo_exists(): display_window = tk.Toplevel(root) display_window.title("所有儲存的數據 (即時更新)") display_window.geometry("600x400") text_area = tk.Text(display_window, wrap="word", width=70, height=20, font=("Consolas", 10)) text_area.pack(expand=True, fill="both", padx=10, pady=10) scrollbar = tk.Scrollbar(text_area, command=text_area.yview) scrollbar.pack(side="right", fill="y") text_area.config(yscrollcommand=scrollbar.set) display_window.protocol("WM_DELETE_WINDOW", on_display_window_close) update_display_data_text(display_window.children['!text']) def update_result_display(is_matched, matched_id=None): """更新比對結果和LED燈狀態，並顯示ID號碼。""" global result_label, led_canvas if is_matched: result_text = f"通過 ID={matched_id}" if matched_id is not None else "通過" result_label.config(text=result_text, fg="green") led_canvas.itemconfig("led", fill="green") else: result_label.config(text="禁止", fg="red") led_canvas.itemconfig("led", fill="red") def update_random_number_display(uid): """更新主視窗中的亂數顯示 (現在是接收到的 UID)。""" global random_number_display if random_number_display: random_number_display.config(text=f"最新 UID: {uid}") # 標籤文字修改 # --- 模式切換與執行邏輯 --- def set_mode(mode): """設定當前操作模式 (註冊或比對)。""" global current_mode current_mode = mode mode_label.config(text=f"當前模式: {'註冊' if current_mode == 'register' else '比對'}") # 確保在切換模式時，停止任何正在進行的自動操作 stop_auto_action_internal() if current_mode == 'register': start_button.config(text="開始自動註冊 (MQTT)", command=start_auto_action, state=tk.NORMAL) stop_button.config(text="停止自動註冊", command=stop_auto_action, state=tk.DISABLED) manual_action_button.config(text="手動處理 (從MQTT)", command=manual_action) # 隱藏比對結果顯示 if result_label: result_label.pack_forget() if led_canvas: led_canvas.pack_forget() display_data_in_window() # 註冊模式下自動開啟數據顯示 else: # match mode start_button.config(text="開始自動比對 (MQTT)", command=start_auto_action, state=tk.NORMAL) stop_button.config(text="停止自動比對", command=stop_auto_action, state=tk.DISABLED) manual_action_button.config(text="手動處理 (從MQTT)", command=manual_action) # 顯示比對結果 if result_label: result_label.pack(pady=10) if led_canvas: led_canvas.pack(pady=5) update_result_display(False) # 初始化為紅色 if display_window and display_window.winfo_exists(): on_display_window_close() # 比對模式下關閉數據顯示，避免混淆 def mqtt_processing_thread(): """處理從 MQTT 佇列中取出 UID 並執行相應操作的線程。""" global stop_event # 每次啟動線程前，重置事件，確保它是False狀態 stop_event.clear() while not stop_event.is_set(): # 只要停止事件未被設定，就繼續運行 uid = None with queue_lock: if mqtt_received_uid_queue: uid = mqtt_received_uid_queue.pop(0) # 從佇列中取出一個 UID if uid: # 如果有收到 UID # 在主線程更新GUI (顯示最新 UID) root.after(10, lambda uid_val=uid: update_random_number_display(uid_val)) if current_mode == "register": registered = register_uid_to_db(uid) if registered: print(f"註冊成功: {uid}") else: print(f"UID {uid} 已存在，跳過註冊。") # 在主線程更新GUI (數據顯示) if display_window and display_window.winfo_exists(): root.after(10, lambda: update_display_data_text(display_window.children['!text'])) elif current_mode == "match": is_matched, matched_id = check_uid_in_db(uid) # 接收ID資訊 print(f"比對UID: {uid} -> {'通過' if is_matched else '禁止'}") # 在主線程更新GUI (結果和LED) root.after(10, lambda: update_result_display(is_matched, matched_id)) # 傳遞ID給更新函數 # 使用 wait() 方法，即使沒有 UID 也要檢查停止事件 # 如果沒有 UID，可以稍微等待一下，避免空轉 if not uid: # 如果沒有處理到 UID，則稍微等待，避免CPU佔用過高 if stop_event.wait(0.1): # 等待0.1秒，如果事件被設定則立即返回True break # 事件被設定，跳出迴圈，線程終止 else: # 如果處理了 UID，等待一小段時間以限制處理速度，或立即進入下一次檢查 if stop_event.wait(0.01): # 處理完一個後稍作等待，防止瞬間處理太多（可調整） break def start_auto_action(): """啟動自動執行 (根據當前模式)。""" global mqtt_client # 每次啟動前，確保舊的線程已停止，並且重置 stop_event stop_auto_action_internal() # 啟動 MQTT 客戶端 if mqtt_client is None: mqtt_client = mqtt.Client() mqtt_client.on_connect = on_connect mqtt_client.on_message = on_message try: mqtt_client.connect(MQTT_BROKER, MQTT_PORT, 60) mqtt_client.loop_start() # 在後台啟動 MQTT 網路循環 except Exception as e: messagebox.showerror("MQTT 連接失敗", f"無法連接到 Broker: {e}") return # 連接失敗則不啟動處理線程 # 啟動處理線程 thread = threading.Thread(target=mqtt_processing_thread) thread.daemon = True thread.start() start_button.config(state=tk.DISABLED) stop_button.config(state=tk.NORMAL) messagebox.showinfo("提示", f"已開始自動處理 MQTT 訊息 (模式: {'註冊' if current_mode == 'register' else '比對'})！") def stop_auto_action_internal(): """內部函數：發送信號以停止自動操作線程和 MQTT 客戶端。""" global stop_event, mqtt_client if not stop_event.is_set(): # 如果事件還沒被設定，就設定它 stop_event.set() # 設定事件，通知處理線程停止 # 停止 MQTT 客戶端循環 if mqtt_client: mqtt_client.loop_stop() # 停止 MQTT 網路循環 mqtt_client.disconnect() # 斷開連接 mqtt_client = None # 重置客戶端實例 # 禁用停止按鈕，啟用啟動按鈕 stop_button.config(state=tk.DISABLED) start_button.config(state=tk.NORMAL) def stop_auto_action(): """停止自動執行 (外部呼叫)。""" stop_auto_action_internal() messagebox.showinfo("提示", f"已停止自動處理 MQTT 訊息！") def start_auto_register(): set_mode("register") # 切換模式時會自動停止 start_auto_action() def stop_auto_register(): stop_auto_action() def start_auto_match(): set_mode("match") # 切換模式時會自動停止 start_auto_action() def stop_auto_match(): stop_auto_action() def manual_action(event=None): # manual_action 可以接受 event 參數 """手動單次執行 (從 MQTT 佇列中取 UID 處理)。""" uid = None with queue_lock: if mqtt_received_uid_queue: uid = mqtt_received_uid_queue.pop(0) # 從佇列中取出一個 UID if uid: # 如果有取到 UID update_random_number_display(uid) # 顯示本次處理的 UID if current_mode == "register": if register_uid_to_db(uid): messagebox.showinfo("註冊成功", f"成功註冊UID: {uid}") else: messagebox.showwarning("註冊失敗", f"UID: {uid} 已存在，無法重複註冊。") if display_window and display_window.winfo_exists(): update_display_data_text(display_window.children['!text']) elif current_mode == "match": is_matched, matched_id = check_uid_in_db(uid) # 接收ID資訊 messagebox.showinfo("比對結果", f"UID: {uid}\n結果: {'通過' if is_matched else '禁止'}{f' ID={matched_id}' if is_matched else ''}") update_result_display(is_matched, matched_id) # 傳遞ID給更新函數 else: messagebox.showinfo("無新 UID", "MQTT 佇列中暫無新的 UID 可供處理。請確保 MQTT Broker 正在發送訊息。") # --- Tkinter 接收 MQTT 事件綁定 --- def handle_mqtt_uid_received(event): """處理從 MQTT 接收到 UID 的自定義事件。""" # 當收到此事件時，如果處於自動模式，無需額外操作，因為 mqtt_processing_thread 會自動處理佇列 # 如果是手動模式，此事件只是提示有新數據，但不會自動處理 pass # --- 主Tkinter視窗設定 --- root = tk.Tk() root.title("MQTT UID 註冊/比對系統") # 標題更改 root.geometry("450x600") create_table() # 啟動時建立資料庫表格 # 綁定自定義事件處理器 root.bind("<<MQTT_UID_Received>>", handle_mqtt_uid_received) # --- 模式選擇框架 --- mode_frame = tk.LabelFrame(root, text="選擇模式", padx=10, pady=10) mode_frame.pack(pady=10) register_mode_button = tk.Button(mode_frame, text="註冊模式", command=lambda: set_mode("register")) register_mode_button.pack(side=tk.LEFT, padx=5) match_mode_button = tk.Button(mode_frame, text="比對模式", command=lambda: set_mode("match")) match_mode_button.pack(side=tk.LEFT, padx=5) mode_label = tk.Label(root, text="當前模式: 註冊", font=("Arial", 12, "bold")) mode_label.pack(pady=5) # --- 最新 UID 顯示區 --- random_number_display = tk.Label(root, text="最新 UID: (等待MQTT)", font=("Consolas", 14, "bold"), fg="blue") random_number_display.pack(pady=10) # --- 操作按鈕 --- start_button = tk.Button(root, text="開始自動註冊 (MQTT)", command=start_auto_action, state=tk.NORMAL, width=25, height=2) # 文字修改 start_button.pack(pady=10) stop_button = tk.Button(root, text="停止自動註冊", command=stop_auto_action, state=tk.DISABLED, width=25, height=2) # 文字修改 stop_button.pack(pady=5) manual_action_button = tk.Button(root, text="手動處理 (從MQTT)", command=manual_action, width=25, height=2) # 文字修改 manual_action_button.pack(pady=5) view_data_button = tk.Button(root, text="開啟/更新數據顯示", command=display_data_in_window, width=25, height=2) view_data_button.pack(pady=5) # --- 比對結果顯示 (預設隱藏) --- result_label = tk.Label(root, text="", font=("Arial", 28, "bold")) # result_label.pack_forget() # 初始隱藏，在比對模式下才顯示 led_canvas = tk.Canvas(root, width=50, height=50, bg="white") led_canvas.create_oval(10, 10, 40, 40, fill="gray", outline="black", tags="led") # led_canvas.pack_forget() # 初始隱藏，在比對模式下才顯示 # --- 初始化為註冊模式 --- set_mode("register") root.mainloop() # 程式結束時確保 MQTT 客戶端斷開連接 if mqtt_client: mqtt_client.loop_stop() mqtt_client.disconnect()

主要修改與新功能

1. 導入 paho.mqtt.client：

   • import paho.mqtt.client as mqtt 導入 MQTT 客戶端庫。

2. MQTT 全域變數和設定：

   • mqtt_client = None：儲存 MQTT 客戶端實例。
   • MQTT_BROKER, MQTT_PORT, MQTT_TOPIC：定義 MQTT 連接和訂閱的常量。
   • mqtt_received_uid_queue = []：新增一個列表作為佇列，用於暫存從 MQTT 接收到的 UID。MQTT 訊息處理通常在單獨的線程中進行，將 UID 放入佇列可以確保數據在多線程環境中的安全傳輸。
   • queue_lock = threading.Lock()：用於保護 mqtt_received_uid_queue，避免多線程同時讀寫導致數據損壞。

3. MQTT 回調函數：

   • on_connect(client, userdata, flags, rc)： 當成功連接到 Broker 後，會自動訂閱 MQTT_TOPIC。
   • on_message(client, userdata, msg)： 當接收到來自訂閱主題的訊息時觸發。
     • 它會將 msg.payload 解碼為 UTF-8 字符串，並去除空白。
     • 將 UID 放入佇列： 使用 with queue_lock: 確保線程安全地將接收到的 uid 加入 mqtt_received_uid_queue。
     • 通知 Tkinter 主線程： root.event_generate("<<MQTT_UID_Received>>") 創建一個自定義的 Tkinter 事件。這是一種推薦的跨線程更新 GUI 的方法，避免直接在 MQTT 回調線程中操作 Tkinter 元件。

4. MQTT 處理線程 (mqtt_processing_thread)：

   • 這個線程現在取代了原有的 auto_mode_thread。
   • 它不再自己生成亂數，而是從 mqtt_received_uid_queue 中取出 UID 進行處理。
   • with queue_lock:：安全地從佇列中 pop(0) 取出最老的 UID。
   • 優化等待邏輯：
     • 如果佇列為空 (if not uid:)，線程會使用 stop_event.wait(0.1) 等待 0.1 秒，避免空轉佔用 CPU，同時仍能響應停止信號。
     • 如果處理了 UID，則 stop_event.wait(0.01) 稍微等待一下，控制處理速度。

5. 啟動/停止邏輯修改：

   • start_auto_action()：
     • 初始化 MQTT 客戶端： 如果 mqtt_client 尚未初始化，則創建實例，設定 on_connect 和 on_message 回調，然後嘗試連接到 Broker 並啟動 mqtt_client.loop_start() (這會讓 MQTT 客戶端在後台運行一個網路循環，負責連接、訂閱和接收訊息)。
     • 然後才啟動 mqtt_processing_thread。
   • stop_auto_action_internal()：
     • 除了設定 stop_event 來停止 mqtt_processing_thread 外，還會呼叫 mqtt_client.loop_stop() 和 mqtt_client.disconnect() 來妥善關閉 MQTT 連接。

6. manual_action() 函數修改：

   • 「手動處理」現在是從 mqtt_received_uid_queue 中取一個 UID 來處理，而不是自己生成。
   • 如果佇列為空，會彈出提示。

7. Tkinter 事件綁定 (handle_mqtt_uid_received)：

   • root.bind("<<MQTT_UID_Received>>", handle_mqtt_uid_received)：將自定義事件綁定到一個空函數。雖然這個例子中 handle_mqtt_uid_received 自身沒有做太多事情，但這種模式是標準且安全的，表示 Tkinter 已經收到了來自其他線程的通知，可以觸發 UI 更新。實際的 UID 處理邏輯已經移到 mqtt_processing_thread 了。

8. GUI 文字修改：

   • 按鈕和顯示 UID 的標籤文字已更新，以反映其 MQTT 來源。
   • 視窗標題也已更改。

---

如何運行

1. 確保安裝 paho-mqtt：
   Bash

   pip install paho-mqtt
   

2. 將上述修正後的程式碼儲存為一個 .py 檔案（例如 mqtt_uid_system.py）。
3. 打開命令提示字元或終端機。
4. 導航到儲存該檔案的目錄。
5. 運行命令：python mqtt_uid_system.py

---

操作步驟

1. 啟動程式： 程式啟動後，會看到「MQTT UID 註冊/比對系統」視窗。
2. 啟動 MQTT 連接： 點擊 「開始自動註冊 (MQTT)」 或 「開始自動比對 (MQTT)」 按鈕。
   • 程式將嘗試連接到 broker.mqttgo.io。如果連接成功，你應該會在控制台看到「已成功連接到 MQTT Broker」和「已訂閱主題: alex9ufo/rfidUID」的訊息。
   • 同時，一個後台處理線程也會啟動。
3. 發送 MQTT 訊息：
   • 你需要使用一個 MQTT 客戶端（例如 MQTTX、MQTT Explorer 或其他程式碼）向 broker.mqttgo.io 的 alex9ufo/rfidUID 主題發送測試訊息。
   • 訊息內容就是你希望處理的 UID 碼，例如：8EED71A5 或 8EED71CC。
4. 觀察程式行為：
   • 當有新的 UID 訊息發送過來時：
     • 主視窗的 「最新 UID: 」 標籤會更新顯示接收到的 UID。
     • 如果處於「註冊模式」：
       • 程式會嘗試將該 UID 儲存到資料庫中。
       • 資料庫顯示視窗會即時更新。
     • 如果處於「比對模式」：
       • 程式會將該 UID 與資料庫中的記錄進行比對。
       • 比對結果（「通過 ID=XXX」或「禁止」）和 LED 燈會即時更新。
5. 停止功能：
   • 點擊 「停止自動註冊」 或 「停止自動比對」 按鈕，程式將會停止 MQTT 客戶端的後台循環，斷開連接，並停止處理線程。
6. 手動處理：
   • 即使沒有啟動自動模式，只要 MQTT 客戶端連接並接收到訊息，UID 會被放入佇列。
   • 你可以點擊 「手動處理 (從MQTT)」 按鈕，從佇列中取出一個最新的 UID 進行一次註冊或比對操作。