alex9ufo 聰明人求知心切: ESP32 雙核心控制 LED 與 DHT22 溫濕度感測器 (Wokwi 模擬) EX6 -- Node-Red + SQLite

ESP32 雙核心控制 LED 與 DHT22 溫濕度感測器 (Wokwi 模擬) EX6 -- Node-Red + SQLite

WOKWI ESP32程式

#include <WiFi.h>

#include <PubSubClient.h>

#include <DHT.h>

#include <DHT_U.h> // Need to include DHT_U.h for DHT_Unified compatibility

// --- Wi-Fi Configuration ---

const char* ssid = "Wokwi-GUEST"; // For Wokwi simulation

const char* password = "";        // For Wokwi-GUEST, password is empty

// --- MQTT Broker Configuration ---

const char* mqtt_server = "broker.mqttgo.io"; // Or "mqtt.eclipseprojects.io"

const int mqtt_port = 1883;

// IMPORTANT: Use a unique MQTT client ID for your ESP32

const char* mqtt_client_id = "ESP32_Wokwi_IoT_YourName_001"; // <<< Change to your unique ID!

// --- MQTT Topics (MUST match Python Tkinter app) ---

const char* MQTT_TOPIC_LED_CONTROL = "esp32/led/control";   // Tkinter publishes LED commands here

const char* MQTT_TOPIC_TEMPERATURE = "esp32/dht/temperature"; // ESP32 publishes temperature here

const char* MQTT_TOPIC_HUMIDITY = "esp32/dht/humidity";     // ESP32 publishes humidity here

const char* MQTT_TOPIC_STATUS = "esp32/status";         // ESP32 publishes online status (optional)

// --- WiFi and MQTT Client Objects ---

WiFiClient espClient;

PubSubClient client(espClient);

// --- LED Configuration ---

const int ledPin = 2; // Connect to ESP32 GPIO 2

enum LedMode { OFF, ON, FLASH, TIMER }; // OFF as default/safe state

volatile LedMode currentLedMode = OFF;

volatile unsigned long timerStartTime = 0;

volatile bool ledState = false; // For flash mode

// --- DHT22 Sensor Configuration ---

#define DHTPIN 4      // Connect to ESP32 GPIO 4

#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302)

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

// --- FreeRTOS Task Handles ---

TaskHandle_t TaskLEDControl = NULL;

TaskHandle_t TaskDHTSensor = NULL;

// --- Function Declarations ---

void setup_wifi();

void reconnect_mqtt();

void mqtt_callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length);

void ledControlTask(void *pvParameters);

void dhtSensorTask(void *pvParameters);

void setup() {

  Serial.begin(115200);

  pinMode(ledPin, OUTPUT);

  digitalWrite(ledPin, LOW); // Ensure LED is off initially

  Serial.println("\n--- ESP32 Starting Up ---");

  Serial.println("Connecting to Wi-Fi...");

  setup_wifi(); // Connect to Wi-Fi

  client.setServer(mqtt_server, mqtt_port); // Set MQTT Broker

  client.setCallback(mqtt_callback);       // Set MQTT message callback

  dht.begin(); // Initialize DHT sensor

  // Create LED Control Task on Core 0

  xTaskCreatePinnedToCore(

    ledControlTask,    /* Task function */

    "LED Control",     /* Task name */

    2048,              /* Stack size (bytes) */

    NULL,              /* Task parameters */

    1,                 /* Task priority */

    &TaskLEDControl,   /* Task handle */

    0                  /* Run on Core 0 */

);

  Serial.println("LED Control task created on Core 0.");

  // Create DHT Sensor Task on Core 1

  xTaskCreatePinnedToCore(

    dhtSensorTask,     /* Task function */

    "DHT Sensor",      /* Task name */

    4096,              /* Stack size (bytes) */

    NULL,              /* Task parameters */

    1,                 /* Task priority */

    &TaskDHTSensor,    /* Task handle */

    1                  /* Run on Core 1 */

);

  Serial.println("DHT Sensor task created on Core 1.");

  Serial.println("--- Setup Complete ---");

  Serial.println("Waiting for MQTT connection...");

}

void loop() {

  // Main loop keeps MQTT connection alive and processes messages

  if (!client.connected()) {

    reconnect_mqtt();

}

  client.loop(); // Process incoming and outgoing MQTT messages

  delay(10); // Short delay to prevent busy-waiting

}

// --- Wi-Fi Connection Function ---

void setup_wifi() {

  delay(10);

  WiFi.begin(ssid, password);

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

    delay(500);

    Serial.print(".");

}

  Serial.println("\nWiFi Connected!");

  Serial.print("IP Address: ");

  Serial.println(WiFi.localIP());

}

// --- MQTT Reconnection Function ---

void reconnect_mqtt() {

  while (!client.connected()) {

    Serial.print("Attempting MQTT connection...");

    // Attempt to connect

    if (client.connect(mqtt_client_id)) {

      Serial.println("Connected!");

      // Once connected, subscribe to LED control topic

      client.subscribe(MQTT_TOPIC_LED_CONTROL);

      Serial.print("Subscribed to: ");

      Serial.println(MQTT_TOPIC_LED_CONTROL);

      // Optional: Publish online status

      client.publish(MQTT_TOPIC_STATUS, "ESP32_online");

      Serial.println("Published ESP32 online status.");

      Serial.println("\n--- Tkinter Control Hints ---");

      Serial.println("Use the Tkinter application to send commands:");

      Serial.println("  'on' - Turn LED ON");

      Serial.println("  'off' - Turn LED OFF");

      Serial.println("  'flash' - Make LED flash");

      Serial.println("  'timer' - Turn LED ON for 10 seconds");

      Serial.println("----------------------------------");

    } else {

      Serial.print("Failed, rc=");

      Serial.print(client.state());

      Serial.println(" 5 seconds to retry...");

      delay(5000); // Wait 5 seconds before retrying

}

}

}

// --- MQTT Message Callback Function ---

// This function is called when a message is received on a subscribed topic

void mqtt_callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {

  Serial.print("\nMessage received [");

  Serial.print(topic);

  Serial.print("] ");

  String message = "";

  for (int i = 0; i < length; i++) {

    message += (char)payload[i];

}

  Serial.println(message);

  // Check if it's an LED control command

  if (String(topic) == MQTT_TOPIC_LED_CONTROL) {

    if (message == "on") {

      currentLedMode = ON;

      digitalWrite(ledPin, HIGH);

      Serial.println("LED Control: ON (from Tkinter)");

    } else if (message == "off") {

      currentLedMode = OFF;

      digitalWrite(ledPin, LOW);

      Serial.println("LED Control: OFF (from Tkinter)");

    } else if (message == "flash") {

      currentLedMode = FLASH;

      Serial.println("LED Control: FLASH (from Tkinter)");

    } else if (message == "timer") {

      currentLedMode = TIMER;

      digitalWrite(ledPin, HIGH); // Turn on LED when timer mode starts

      timerStartTime = millis();

      Serial.println("LED Control: TIMER (10 seconds, from Tkinter)");

    } else {

      Serial.println("Unknown LED command from Tkinter.");

}

}

}

// --- LED Control Task (runs on Core 0) ---

void ledControlTask(void *pvParameters) {

  (void) pvParameters; // Avoid compiler warning

  for (;;) { // Infinite loop

    switch (currentLedMode) {

      case ON:

        // LED stays on, state set by mqtt_callback

        break;

      case OFF:

        // LED stays off, state set by mqtt_callback

        break;

      case FLASH:

        digitalWrite(ledPin, ledState); // Toggle LED state

        ledState = !ledState;           // Reverse state for next toggle

        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500)); // Delay for 500ms

        break;

      case TIMER:

        if (millis() - timerStartTime >= 10000) { // Check if 10 seconds have passed

          digitalWrite(ledPin, LOW);

          currentLedMode = OFF; // Switch to OFF mode after timer

          Serial.println("LED Timer ended. LED OFF.");

}

        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10)); // Small delay to yield CPU

        break;

      default:

        digitalWrite(ledPin, LOW); // Default to off

        break;

}

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10)); // Short delay to allow other tasks to run

}

}

// --- DHT Sensor Task (runs on Core 1) ---

void dhtSensorTask(void *pvParameters) {

  (void) pvParameters; // Avoid compiler warning

  for (;;) { // Infinite loop

    // Read and publish periodically

    float h = dht.readHumidity();

    float t = dht.readTemperature(); // Read temperature in Celsius

    // Check if any reads failed

    if (isnan(h) || isnan(t)) {

      Serial.println(F("Failed to read from DHT sensor! Retrying..."));

    } else {

      Serial.print(F("DHT Reading: Humidity: "));

      Serial.print(h);

      Serial.print(F("%  Temperature: "));

      Serial.print(t);

      Serial.println(F("°C"));

      // Publish Temperature

      char tempString[8];

      dtostrf(t, 4, 2, tempString); // Convert float to string (4 total digits, 2 after decimal)

      client.publish(MQTT_TOPIC_TEMPERATURE, tempString);

      // Publish Humidity

      char humString[8];

      dtostrf(h, 4, 2, humString);

      client.publish(MQTT_TOPIC_HUMIDITY, humString);

}

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(20000)); // Publish data every 10 seconds (adjustable)

}}

Node-Red程式

Node-RED 流程的 JSON 配置，清晰地展示了 Node-RED 與 ESP32 之間透過 MQTT Broker 進行的 雙向控制與數據交換關係。

Node-RED 與 ESP32 的控制關係分析

這個 Node-RED 流程的核心是利用 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 協定作為 ESP32 和 Node-RED 之間溝通的橋樑。MQTT 是一種輕量級的發布/訂閱 (Publish/Subscribe) 訊息協定，非常適合 IoT 應用。

1. MQTT Broker 配置

id: "450dc18180d64bb4"
type: "mqtt-broker"
name: "broker.mqttgo.io"
broker: "broker.mqttgo.io"
port: "1883"
- 這是整個系統的中央通訊樞紐。Node-RED 和你的 ESP32 都會連接到這個 MQTT Broker (broker.mqttgo.io，預設端口 1883)。
- MQTT Broker 負責接收來自發布者的訊息，並將這些訊息轉發給所有訂閱了相關主題的客戶端。
- ESP32 的角色: 作為 MQTT 客戶端，它會發布 (Publish) DHT22 感測器數據到特定主題，並訂閱 (Subscribe) 特定主題來接收 LED 控制命令。
- Node-RED 的角色: 同樣作為 MQTT 客戶端，它會訂閱 ESP32 發布的感測器數據主題，並發布 LED 控制命令到 ESP32 訂閱的主題。

2. 從 ESP32 接收數據 (感測器數據)

id: "f55075677ed35293" (Temperature In)
id: "e44d567086ce7b54" (Humidity In)
type: "mqtt in"
topic: "esp32/dht/temperature" / "esp32/dht/humidity"
- 這兩個是 MQTT 輸入 (mqtt in) 節點，它們負責從 MQTT Broker 接收訊息。
- Temperature In 節點訂閱了 esp32/dht/temperature 這個 MQTT 主題。當 ESP32 模擬器中的 DHT22 感測器發布溫度數據到這個主題時，Node-RED 就會接收到這個訊息。
- Humidity In 節點訂閱了 esp32/dht/humidity 這個 MQTT 主題，接收濕度數據。
- 控制關係 (數據流):
  - ESP32 發布 (Publish) 數據: ESP32 讀取 DHT22 溫濕度後，會將數據分別發布到 esp32/dht/temperature 和 esp32/dht/humidity。
  - Node-RED 接收數據: Node-RED 中的這些 mqtt in 節點會訂閱這些主題，從而接收到 ESP32 發送過來的溫濕度值。
- 後續處理:
  - 收到的數據會傳遞給 ui_text 節點 (61b4d08432d56a31 和 8929e5e3ae1f7377)，用於在 Node-RED Dashboard 上實時顯示溫濕度數值。
  - 同時，數據也會傳遞給 function 節點 (c0d12e12613d965f 和 f8101413a17e0b5a)，這些 function 節點會處理數據並準備 SQL 語句，以便將溫濕度事件記錄到 SQLite 資料庫中（透過 sqlite 節點）。

3. 控制 ESP32 (LED 控制)

id: "b3e02f06b6b797fc" (LED ON)
id: "b025d57d54e6015b" (LED OFF)
id: "1894d30b65f3f00e" (LED FLASH)
id: "764ef1a25ee82103" (LED TIMER)
type: "ui_button"
topic: "esp32/led/control"
payload: "on" / "off" / "flash" / "timer"
- 這些是 Node-RED Dashboard 上的 按鈕 (ui_button) 節點。當用戶在網頁儀表板上點擊這些按鈕時，它們會生成一個訊息 (msg)。
- 每個按鈕都配置了特定的 payload (例如 "on", "off", "flash", "timer") 和相同的 topic (esp32/led/control)。
id: "6b653a6976693822" (LED Control Out)
type: "mqtt out"
topic: "esp32/led/control"
- 這是一個 MQTT 輸出 (mqtt out) 節點，它負責將訊息發布到 MQTT Broker。
- 當任何一個 LED 控制按鈕被點擊時，其訊息會傳遞到這個 mqtt out 節點。
- mqtt out 節點會將訊息的 payload (即 "on", "off", "flash", "timer") 發布到 esp32/led/control 這個主題上。
- 控制關係 (控制流):
  - Node-RED 發布 (Publish) 命令: 用戶在 Node-RED Dashboard 上點擊按鈕，Node-RED 將對應的控制命令（例如 "on"）發布到 esp32/led/control 主題。
  - ESP32 訂閱 (Subscribe) 命令: ESP32 的 Arduino 程式碼會訂閱 esp32/led/control 這個 MQTT 主題。當它收到此主題的訊息時，會解析 payload (例如 "on")，然後根據內容執行相應的操作，例如點亮 LED、關閉 LED、讓 LED 閃爍或定時器操作。
- 後續處理:
  - 按鈕被點擊後，除了發送 MQTT 命令，訊息還會傳遞給不同的 function 節點 (2b611e3b624f923c, dfa07159c3a3780a 等)。這些 function 節點會創建對應的日誌訊息，並將其記錄到 SQLite 資料庫中，同時顯示在 Dashboard 的事件日誌上。

4. 資料庫記錄與瀏覽 (輔助 ESP32 控制的長期監控)

雖然這部分不直接控制 ESP32，但它與 ESP32 的數據和命令流緊密相關，提供了監控和歷史查詢的能力。

function 節點 (Log LED ON/OFF/FLASH/TIMER, Log Temperature, Log Humidity):
- 這些節點負責將 MQTT 訊息（無論是控制命令還是感測器數據）轉換為標準的事件日誌格式，並準備好插入 SQLite 資料庫的 SQL 語句和參數。
sqlite 節點 (c060205f27bb1c2c, 2baf2855da70384e):
- 接收來自 function 節點的 SQL 語句和數據，將其寫入 esp32.db 檔案中的 events 表格。
ui_text 節點 (a19001309855523f - Event Log Display):
- 接收 function 節點生成的日誌文本，並在 Node-RED Dashboard 上實時顯示最新的事件。
inject 節點 (1f8e6c7020a6e2e5 - Refresh DB) 和 function 節點 (e1de99b9f8718bcf - function query):
- 當用戶點擊 "Refresh DB" 按鈕時，inject 節點會觸發一個流程。
- function query 節點會設置一個 SQL SELECT 語句 (SELECT id, date, time, event FROM events ORDER BY id DESC)，用於查詢 events 表格中的所有歷史數據。
sqlite 節點 (4b600969d2753a47 - Query DB):
- 執行 SELECT 語句，從 esp32.db 中讀取歷史事件數據。
ui_table 節點 (63f4581ed6b567b4 - Database View):
- 接收 Query DB 節點返回的數據，並以格式化的表格形式顯示在 Node-RED Dashboard 上，實現了數據庫瀏覽功能。
inject 節點 (060d4b1a8d05ddac - Create Table Once):
- 在 Node-RED 啟動時執行一次，用於確保 events 表格在 SQLite 資料庫中已經存在。

總結控制關係

這整個 Node-RED 流程與 ESP32 之間建立了基於 MQTT 的完整雙向通訊：

Node-RED 控制 ESP32 (命令下發):
- Node-RED Dashboard 上的按鈕 (例如 "LED ON") -> 發布 MQTT 訊息到 esp32/led/control 主題 -> ESP32 訂閱此主題並執行相應的 LED 操作。
ESP32 向 Node-RED 報告 (數據上傳):
- ESP32 感測器 (例如 DHT22) 讀取數據 -> 發布 MQTT 訊息到 esp32/dht/temperature 或 esp32/dht/humidity 主題 -> Node-RED 訂閱這些主題並在 Dashboard 上顯示數據，同時記錄到資料庫。

這種架構實現了一個健壯且可擴展的 IoT 系統，Node-RED 充當了用戶界面、數據處理和持久化層，而 ESP32 則作為邊緣設備負責物理世界的互動和數據採集。

alex9ufo 聰明人求知心切

2025年7月9日星期三

ESP32 雙核心控制 LED 與 DHT22 溫濕度感測器 (Wokwi 模擬) EX6 -- Node-Red + SQLite

Node-RED 與 ESP32 的控制關係分析

1. MQTT Broker 配置

2. 從 ESP32 接收數據 (感測器數據)

3. 控制 ESP32 (LED 控制)

4. 資料庫記錄與瀏覽 (輔助 ESP32 控制的長期監控)

總結控制關係

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ESP32 (ESP-IDF in VS Code) MFRC522 + MQTT + PYTHON TKinter +SQLite

2025年7月9日 星期三

ESP32 雙核心控制 LED 與 DHT22 溫濕度感測器 (Wokwi 模擬) EX6 -- Node-Red + SQLite

Node-RED 與 ESP32 的控制關係分析

1. MQTT Broker 配置

2. 從 ESP32 接收數據 (感測器數據)

3. 控制 ESP32 (LED 控制)

4. 資料庫記錄與瀏覽 (輔助 ESP32 控制的長期監控)

總結控制關係

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2025年7月9日星期三