alex9ufo 聰明人求知心切: 2025-09 上學期<作業1> MQTT + WOKWI ESP32 (DHT22,LED) + MQTTX + MQTTGO.io + Python TKInter

2025-09 上學期<作業1> MQTT + WOKWI ESP32 (DHT22,LED) + MQTTX + MQTTGO.io + Python TKInter

作業1,2 每位同學都要繳交

作業3,4 以組為單位1至3人

作業執行結果上傳到YT上影片超連結 mail 到 alex9ufo@gmail.com

(分數依照繳交的先後次序)

執行後結果 https://www.youtube.com/watch?v=FY32EG7rwMc

# MQTT 設定

BROKER_HOST = "broker.mqttgo.io" PORT = 1883

LED_TOPIC = "wokwi/led/control"

TEMP_TOPIC = "wokwi/dht/temperature"

HUMIDITY_TOPIC = "wokwi/dht/humidity"

WOKWI ESP32

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <DHT.h>
#include <DHT_U.h> // 需要同時包含 DHT_U.h

// --- Wi-Fi 設定 ---
const char* ssid = "Wokwi-GUEST";
const char* password = "";

// --- MQTT 設定 ---
const char* mqtt_server = "broker.mqttgo.io"; // 或 "mqtt.eclipseprojects.io"
const int mqtt_port = 1883;
const char* mqtt_client_id = "ESP32_Wokwi_Client";

// MQTT 主題
const char* mqtt_topic_led_control = "wokwi/led/control";
const char* mqtt_topic_temperature = "wokwi/dht/temperature";
const char* mqtt_topic_humidity = "wokwi/dht/humidity";

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);

// --- LED 設定 ---
const int ledPin = 2; // 連接到 GPIO 2
enum LedMode { ON, OFF, FLASH, TIMER };
volatile LedMode currentLedMode = OFF;
volatile unsigned long timerStartTime = 0;
volatile bool ledState = false; // 用於閃爍模式

// --- DHT22 設定 ---
#define DHTPIN 4      // 連接到 GPIO 4
#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22  (AM2302), AM2321
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

// --- 任務句柄 ---
TaskHandle_t TaskLEDControl = NULL;
TaskHandle_t TaskDHTSensor = NULL;

// --- 函式宣告 ---
void setup_wifi();
void reconnect_mqtt();
void 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); // 確保初始是關閉的

  setup_wifi();
  client.setServer(mqtt_server, mqtt_port);
  client.setCallback(callback);

  dht.begin(); // 初始化 DHT 感測器

  // 創建 LED 控制任務，運行在 Core 0
  xTaskCreatePinnedToCore(
    ledControlTask,   /* 任務函式 */
    "LED Control",    /* 任務名稱 */
    2048,             /* 堆疊大小 (字節) */
    NULL,             /* 任務參數 */
    1,                /* 任務優先級 */
    &TaskLEDControl,  /* 任務句柄 */
    0                 /* 運行在 Core 0 */
  );

  // 創建 DHT 感測器任務，運行在 Core 1
  xTaskCreatePinnedToCore(
    dhtSensorTask,    /* 任務函式 */
    "DHT Sensor",     /* 任務名稱 */
    4096,             /* 堆疊大小 (字節) */
    NULL,             /* 任務參數 */
    1,                /* 任務優先級 */
    &TaskDHTSensor,   /* 任務句柄 */
    1                 /* 運行在 Core 1 */
  );
}

void loop() {
  // 主循環中只負責維持 MQTT 連線
  if (!client.connected()) {
    reconnect_mqtt();
  }
  client.loop(); // 處理 MQTT 訊息
  delay(10); // 短暫延遲，避免佔用太多 CPU
}

// --- Wi-Fi 連線函式 ---
void setup_wifi() {
  delay(10);
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);

  WiFi.begin(ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.print("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

// --- MQTT 重連函式 ---
void reconnect_mqtt() {
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    // 嘗試連線
    if (client.connect(mqtt_client_id)) {
      Serial.println("connected");
      // 訂閱 LED 控制主題
      client.subscribe(mqtt_topic_led_control);
      Serial.print("Subscribed to: ");
      Serial.println(mqtt_topic_led_control);
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      // 等待 5 秒後重試
      delay(5000);
    }
  }
}

// --- MQTT 訊息回調函式 ---
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  String message = "";
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    message += (char)payload[i];
  }
  Serial.println(message);

  if (String(topic) == mqtt_topic_led_control) {
    if (message == "on") {
      currentLedMode = ON;
      digitalWrite(ledPin, HIGH);
      Serial.println("LED Mode: ON");
    } else if (message == "off") {
      currentLedMode = OFF;
      digitalWrite(ledPin, LOW);
      Serial.println("LED Mode: OFF");
    } else if (message == "flash") {
      currentLedMode = FLASH;
      Serial.println("LED Mode: FLASH");
    } else if (message == "timer") {
      currentLedMode = TIMER;
      digitalWrite(ledPin, HIGH); // 定時模式開始時先開啟 LED
      timerStartTime = millis();
      Serial.println("LED Mode: TIMER (10s)");
    } else {
      Serial.println("Unknown LED command.");
    }
  }
}

// --- LED 控制任務 (運行在 Core 0) ---
void ledControlTask(void *pvParameters) {
  (void) pvParameters; // 避免編譯器警告

  for (;;) { // 無限循環
    switch (currentLedMode) {
      case ON:
        // LED 保持亮著，由 callback 函式設置
        break;
      case OFF:
        // LED 保持熄滅，由 callback 函式設置
        break;
      case FLASH:
        digitalWrite(ledPin, ledState);
        ledState = !ledState;
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500)); // 每 500ms 改變一次狀態
        break;
      case TIMER:
        if (millis() - timerStartTime >= 10000) { // 10 秒
          digitalWrite(ledPin, LOW);
          currentLedMode = OFF; // 定時結束後轉為 OFF 模式
          Serial.println("LED Timer finished. LED OFF.");
        }
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10)); // 短暫延遲
        break;
      default:
        digitalWrite(ledPin, LOW); // 預設為關閉
        break;
    }
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10)); // 短暫延遲，讓其他任務有機會執行
  }
}

// --- DHT 感測器任務 (運行在 Core 1) ---
void dhtSensorTask(void *pvParameters) {
  (void) pvParameters; // 避免編譯器警告

  for (;;) { // 無限循環
    delay(2000); // 每 2 秒讀取一次數據，避免頻繁讀取導致錯誤

    float h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature(); // 讀取攝氏溫度

    // 檢查是否讀取失敗，如果是則嘗試重讀
    if (isnan(h) || isnan(t)) {
      Serial.println(F("Failed to read from DHT sensor!"));
    } else {
      Serial.print(F("Humidity: "));
      Serial.print(h);
      Serial.print(F("%  Temperature: "));
      Serial.print(t);
      Serial.println(F("°C"));

      // 發布溫度
      char tempString[8];
      dtostrf(t, 4, 2, tempString); // 浮點數轉字串
      client.publish(mqtt_topic_temperature, tempString);

      // 發布濕度
      char humString[8];
      dtostrf(h, 4, 2, humString); // 浮點數轉字串
      delay(250);
      client.publish(mqtt_topic_humidity, humString);
    }
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000)); // 每 5 秒執行一次，避免 MQTT 發布過於頻繁
  }
}

https://broker.mqttgo.io/的設定 (Broker + 推播 Publish + 訂閱 Subscriptions ) 要先連線再設定

MQTTX設定 (載點 https://mqttx.app/downloads )

PYTHON + TKInter

下載 https://thonny.org/ <<python>>

安裝套件

使用 Python Tkinter 庫的 MQTT 應用程式。這個程式將具備以下功能：

連接到 MQTT Broker (broker.mqttgo.io)。
提供使用者介面來發送指令，控制 LED 燈（開啟、關閉、閃爍、定時）。
訂閱並顯示來自兩個不同主題的溫度和濕度資料。
所有這些功能都將整合在一個單一的 Tkinter 視窗中。

==========================================================

import tkinter as tk

from tkinter import ttk

import paho.mqtt.client as mqtt

import threading

import json

# MQTT 設定

BROKER_HOST = "broker.mqttgo.io"

PORT = 1883

LED_TOPIC = "wokwi/led/control"

TEMP_TOPIC = "wokwi/dht/temperature"

HUMIDITY_TOPIC = "wokwi/dht/humidity"

class MqttApp(tk.Tk):

def __init__(self):

super().__init__()

self.title("MQTT LED and Sensor Monitor")

self.geometry("400x300")

self.resizable(False, False)

self.mqtt_client = mqtt.Client(protocol=mqtt.MQTTv311)

self.mqtt_client.on_connect = self.on_connect

self.mqtt_client.on_message = self.on_message

self.setup_ui()

self.connect_mqtt()

def setup_ui(self):

# 建立框架

main_frame = ttk.Frame(self, padding="10")

main_frame.grid(row=0, column=0, sticky=(tk.W, tk.E, tk.N, tk.S))

self.columnconfigure(0, weight=1)

self.rowconfigure(0, weight=1)

# LED 控制區

led_frame = ttk.LabelFrame(main_frame, text="LED Control", padding="10")

led_frame.grid(row=0, column=0, padx=5, pady=5, sticky="ew")

ttk.Button(led_frame, text="ON", command=lambda: self.publish_led_command("on")).pack(fill="x", pady=2)

ttk.Button(led_frame, text="OFF", command=lambda: self.publish_led_command("off")).pack(fill="x", pady=2)

ttk.Button(led_frame, text="FLASH", command=lambda: self.publish_led_command("flash")).pack(fill="x", pady=2)

ttk.Button(led_frame, text="TIMER", command=lambda: self.publish_led_command("timer")).pack(fill="x", pady=2)

# 感應器數據顯示區

sensor_frame = ttk.LabelFrame(main_frame, text="Sensor Data", padding="10")

sensor_frame.grid(row=1, column=0, padx=5, pady=10, sticky="ew")

ttk.Label(sensor_frame, text="Temperature:").grid(row=0, column=0, sticky="w", pady=2)

self.temp_label = ttk.Label(sensor_frame, text="-- °C")

self.temp_label.grid(row=0, column=1, sticky="w", padx=5)

ttk.Label(sensor_frame, text="Humidity:").grid(row=1, column=0, sticky="w", pady=2)

self.humidity_label = ttk.Label(sensor_frame, text="-- %")

self.humidity_label.grid(row=1, column=1, sticky="w", padx=5)

# 狀態顯示區

self.status_label = ttk.Label(main_frame, text="Status: Disconnected", foreground="red")

self.status_label.grid(row=2, column=0, pady=10)

def connect_mqtt(self):

try:

self.mqtt_client.connect(BROKER_HOST, PORT)

# 啟動一個新線程來處理 MQTT 網路迴圈

mqtt_thread = threading.Thread(target=self.mqtt_loop, daemon=True)

mqtt_thread.start()

except Exception as e:

self.status_label.config(text=f"Status: Connection failed. {e}", foreground="red")

def mqtt_loop(self):

self.mqtt_client.loop_forever()

def on_connect(self, client, userdata, flags, rc):

if rc == 0:

print("Connected to MQTT Broker!")

self.status_label.config(text="Status: Connected", foreground="green")

# 連接成功後訂閱主題

self.mqtt_client.subscribe(TEMP_TOPIC)

self.mqtt_client.subscribe(HUMIDITY_TOPIC)

else:

print(f"Failed to connect, return code {rc}\n")

self.status_label.config(text="Status: Connection failed", foreground="red")

def on_message(self, client, userdata, msg):

topic = msg.topic

payload = msg.payload.decode()

print(f"Received message on topic: {topic} with payload: {payload}")

if topic == TEMP_TOPIC:

self.update_temperature(payload)

elif topic == HUMIDITY_TOPIC:

self.update_humidity(payload)

def update_temperature(self, temp_str):

try:

temp_value = float(temp_str)

self.temp_label.config(text=f"{temp_value:.1f} °C")

except ValueError:

self.temp_label.config(text="Invalid data")

def update_humidity(self, humidity_str):

try:

humidity_value = float(humidity_str)

self.humidity_label.config(text=f"{humidity_value:.1f} %")

except ValueError:

self.humidity_label.config(text="Invalid data")

def publish_led_command(self, command):

try:

self.mqtt_client.publish(LED_TOPIC, command)

print(f"Published command: '{command}' to topic '{LED_TOPIC}'")

except Exception as e:

print(f"Failed to publish message: {e}")

if __name__ == "__main__":

app = MqttApp()

app.mainloop()

==========================================================

程式碼說明

MqttApp 類別：這個類別繼承自 tk.Tk，是整個應用程式的主視窗。
__init__ 方法：初始化視窗、設定標題和大小，並創建 MQTT 客戶端實例。接著，它呼叫 setup_ui 建立使用者介面，並呼叫 connect_mqtt 連接到 MQTT Broker。
setup_ui 方法：這個方法負責建立所有 Tkinter 元件，包括按鈕和標籤，並使用 ttk 模組來獲得更現代的外觀。
connect_mqtt 方法：嘗試連接到指定的 MQTT Broker。為了確保 GUI 不會被 MQTT 的網路迴圈阻塞，它使用了一個新的**線程（threading）**來執行 mqtt_client.loop_forever()。
on_connect 方法：這是 MQTT 連接成功後的回呼函數。它會將狀態標籤更新為 "Connected"，並立即訂閱溫度和濕度主題。
on_message 方法：這是當收到訊息時觸發的回呼函數。它檢查訊息的主題，並根據不同的主題將數據傳遞給 update_temperature 或 update_humidity 方法來更新介面上的標籤。
publish_led_command 方法：當您點擊 LED 控制按鈕時，這個方法會將對應的命令（on, off, flash, timer）發佈到 wokwi/led/control 主題。
update_temperature 和 update_humidity 方法：這些方法負責解析收到的字串數據，將其轉換為浮點數，並更新介面上的文字顯示。

alex9ufo 聰明人求知心切

2025年9月12日星期五

2025-09 上學期<作業1> MQTT + WOKWI ESP32 (DHT22,LED) + MQTTX + MQTTGO.io + Python TKInter

程式碼說明

沒有留言:

張貼留言

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

2025年9月12日 星期五

2025-09 上學期<作業1> MQTT + WOKWI ESP32 (DHT22,LED) + MQTTX + MQTTGO.io + Python TKInter

程式碼說明

沒有留言:

張貼留言

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

2025年9月12日星期五