2026 作業3 RFID+ Telegram + Python Tkinter 練習 (Wokwi mfrc55 元件)
1) Telegram 電腦版 手機版 安裝
2) 建立 newbot 新的機器人
3) 取得 TOKEN API , Chat ID (WOKWI程式要用)
4) Thonny程式 (Python + TKinter)
Wokwi 是一個完全在雲端（瀏覽器）執行的微處理器模擬器，它的組譯與編譯（Compile）工作都是在後端的雲端伺服器上即時處理。
原則上，Wokwi 的伺服器架構相當彈性，隨時都可以使用。但如果從伺服器負載與網路延遲的角度來看，以下幾個時間點通常反應最快、最不容易因為伺服器忙碌而出現超時（Timeout）或組譯失敗：
1. 避開歐美日間尖峰（台灣時間：深夜至清晨）
Wokwi 的使用者遍布全球，特別是歐美的學校、創客與工程師。
最佳時間： 台灣時間 上午 06:00 到 中午 12:00，或者 深夜 23:00 以後。
原因： 這段時間剛好是美國的深夜/清晨，以及歐洲的凌晨，全球整體的伺服器使用量處於低谷，系統資源最充裕。
2. 避開台灣與亞洲的教學熱門時段
許多大專院校和高職的電子、資訊科系（例如物聯網、微處理器專題課程）會使用 Wokwi 進行線上教學與實作。
建議避開： 週一至週五的 上午 09:00 - 12:00、下午 13:30 - 16:30。
原因： 當多個班級同時上課、幾百名學生一起按下「執行/編譯」時，短時間內會造成伺服器排隊現象。
💡 排除組譯失敗的工程實用建議
如果您在編譯 ESP32 或 Arduino 專案時經常遇到失敗，通常不一定是時間問題，更常見的是以下幾個隱性原因。可以透過以下方式大幅提升組譯成功率：
檢查第三方函式庫（Libraries）： Wokwi 載入過多或不相容的函式庫有時會導致編譯器卡死。建議檢查
diagram.json或pip相關設定，確認函式庫版本是否衝突。避免過大的全域陣列： 如果在程式碼中宣告了過大的靜態陣列（特別是記憶體較小的晶片），容易觸發編譯器的記憶體配置錯誤。
瀏覽器快取殘留： 有時是前端瀏覽器與後端 WebSocket 連線斷開。如果發現一直卡在 "Compiling..."，直接 重新整理網頁（F5） 或複製程式碼開一個新的 Wokwi 專案視窗，通常就能立刻解決。
Telegram 安裝步驟簡單，支援多平台。手機用戶可在 App Store (iOS) 或 Google Play (Android) 搜尋並下載「Telegram」；電腦版可至官網 telegram.org/dl 下載，或從 Windows/Mac 應用商店安裝。以電話號碼註冊後，即可開始使用。
import tkinter as tk from tkinter import messagebox import paho.mqtt.client as mqtt import time # --- 設定區 --- MQTT_BROKER = "broker.emqx.io" MQTT_TOPIC = "esp32/alex/control" RFID_TOPIC = "esp32/rfid/data" class RfidControlApp: def __init__(self, root): self.root = root self.root.title("Alex RFID 控制系統 (自動輪詢版)") self.root.geometry("300x420") # 內部變數：記錄最後接收到的資料與時間 self.current_uid = "None" self.last_update_time = "無" # MQTT 連線初始化 (相容新舊版本 paho-mqtt) try: self.client = mqtt.Client(mqtt.CallbackType.VERSION_1) except AttributeError: self.client = mqtt.Client() self.client.on_connect = self.on_connect self.client.on_message = self.on_message self.client.connect(MQTT_BROKER, 1883, 60) self.client.loop_start() # UI 介面設計 tk.Label(root, text="RFID 系統控制台", font=("Arial", 16, "bold")).pack(pady=10) self.btn_on = tk.Button(root, text="開啟 LED (/on)", command=lambda: self.send_cmd("on"), width=20, bg="#e1f5fe") self.btn_on.pack(pady=5) self.btn_off = tk.Button(root, text="關閉 LED (/off)", command=lambda: self.send_cmd("off"), width=20) self.btn_off.pack(pady=5) self.btn_flash = tk.Button(root, text="閃爍模式 (/flash)", command=lambda: self.send_cmd("flash"), width=20) self.btn_flash.pack(pady=5) self.btn_timer = tk.Button(root, text="開啟 5 秒 (/timer)", command=lambda: self.send_cmd("timer"), width=20) self.btn_timer.pack(pady=5) tk.Frame(root, height=2, bd=1, relief=tk.SUNKEN).pack(fill=tk.X, padx=5, pady=10) # 狀態顯示區 tk.Label(root, text="[ 自動輪詢狀態 ]", font=("Arial", 10, "bold"), fg="gray").pack() self.label_uid = tk.Label(root, text="最後讀取: None", font=("Arial", 11, "bold"), fg="blue") self.label_uid.pack(pady=5) self.label_time = tk.Label(root, text="更新時間: 無", font=("Arial", 9), fg="green") self.label_time.pack(pady=2) # 🚀 核心：啟動每 2 秒定期 Polling 的循環任務 self.start_polling_loop() def on_connect(self, client, userdata, flags, rc): print(f"MQTT 已連線, 代碼: {rc}") client.subscribe(RFID_TOPIC) def on_message(self, client, userdata, msg): # 當 Wokwi ESP32 或模擬端將卡片 UID 丟上 RFID_TOPIC 時觸發 payload = msg.payload.decode() self.current_uid = payload self.last_update_time = time.strftime("%H:%M:%S") print(f"[MQTT 接收] 收到新 UID: {payload}") def send_cmd(self, cmd): self.client.publish(MQTT_TOPIC, cmd) print(f"發送指令: {cmd}") # 🚀 定期 Polling 的核心函式 def start_polling_loop(self): """每 2 秒執行一次的非阻塞循環""" # 1. 執行輪詢動作：向 MQTT 發送 rfid 請求指令（通知 ESP32 上傳最新狀態） print("[Polling] 每 2 秒定期請求 UID 狀態...") self.send_cmd("rfid") # 2. 更新 UI 介面（顯示當前最新的資料） self.label_uid.config(text=f"最後讀取: {self.current_uid}") self.label_time.config(text=f"更新時間: {self.last_update_time}") # 3. 設定 2000 毫秒（2秒）後，再次呼叫自己，形成無限定期循環 self.root.after(2000, self.start_polling_loop) if __name__ == "__main__": root = tk.Tk() app = RfidControlApp(root) root.mainloop()
//=====================================================================
六、 核心計時輪詢迴圈 (Polling Loop via
1. 手機版安裝 (iOS/Android)
- Android: 開啟 Google Play 商店，搜尋「Telegram」並點擊安裝。
- iOS (iPhone): 開啟 App Store，搜尋「Telegram」並下載。
- 安裝完成： 點擊「Start Messaging」，輸入手機號碼（若為台灣號碼，例如 0912-345-678，輸入 912345678 即可，不需加前綴 0）。
- 驗證與註冊： 輸入簡訊接收到的驗證碼，輸入名字後即完成。
2. 電腦版安裝 (Windows/Mac/Linux)
- 官方網站： 訪問 telegram.org/dl 下載對應版本。
- 應用商店：Windows 用戶可在 Microsoft Store 直接搜尋下載。
- 安裝與登入： 執行安裝檔，輸入手機號碼，並使用手機端 Telegram 接收到的驗證碼登入。
3. Telegram 中文化設定
Telegram 原生支援多國語言，但未內建繁體中文，可點擊以下連結進行中文化：
- 繁體中文語言包： 在 Telegram 中開啟此連結 https://t.me/setlanguage/taiwan 並點擊「Change」即可。
4. 其它說明
- 隱私與安全： Telegram 使用電話號碼註冊，無需密碼。
- 網頁版： 若不便安裝應用程式，可使用 Web 網頁版。
(Wokwi 與 Telegram 二者溝通訊息反映比較慢)
🤖 RFID 控制系統已開機上線！
📋 【系統使用指令手冊】
🔹 /on : 💡 開啟 LED (恆亮)
🔹 /off : 🌑 關閉 LED
🔹 /flash : ⚡ 進入 LED 閃爍模式
🔹 /timer : ⏳ 開啟 LED 持續 5 秒
🔹 /rfid : 🔍 讀取查詢最後一筆 UID
請點擊上方藍色指令字體直接進行遠端控制。
📋 【系統使用指令手冊】
🔹 /on : 💡 開啟 LED (恆亮)
🔹 /off : 🌑 關閉 LED
🔹 /flash : ⚡ 進入 LED 閃爍模式
🔹 /timer : ⏳ 開啟 LED 持續 5 秒
🔹 /rfid : 🔍 讀取查詢最後一筆 UID
請點擊上方藍色指令字體直接進行遠端控制。
如何下載及安裝 telegram(電報) app 、如何中文化它的操作介面
https://alex9ufoexploer.blogspot.com/2025/04/telegram-app.html
Telegram 安裝快速簡便：手機用戶至 App Store 或 Google Play 搜尋「Telegram」下載；電腦用戶可從 官方網站 或 Microsoft Store 下載 Desktop 版本。安裝後輸入手機號碼並填寫驗證碼即可註冊使用。
以下是 Telegram 安裝與設定的詳細步驟：
1. 手機版安裝 (Android/iOS)
- 下載： Android 開啟 Google Play，iOS 開啟 App Store，搜尋 "Telegram" 並安裝。
- 註冊： 開啟 APP，點擊 "Start Messaging"，輸入手機號碼。
- 驗證： 輸入收到的簡訊驗證碼 (SMS) 完成登入。
2. 電腦版安裝 (Windows/Mac/Linux)
- 下載： 前往 Telegram 官網 或 Microsoft Store 下載 Telegram Desktop。
- 安裝：執行下載的安裝檔，按指示完成安裝。
- 登入： 開啟程式，使用手機版 Telegram 掃描 QR Code 或輸入手機號碼驗證登入。
3. 設定繁體中文界面
若需要中文介面，可以在安裝登入後點擊以下連結進行切換：
- 繁體中文（台灣）語言包： 點擊此連結切換。
- 切換方法： 點擊連結後，在彈出視窗點選 "Change" 或 "Apply Language"。
4. 常見問題
- 驗證碼： 若收不到簡訊，請檢查手機號碼是否正確，或嘗試使用語音驗證。
- 同步： 只要使用相同手機號碼，手機和電腦的對話紀錄會自動同步。
Telegram基本設定：帳號註冊、介面中文化、建立使用者、隱藏電話號碼
設定 Telegram 新機器人（Bot）。請透過官方管理員 @BotFather 進行申請，並妥善保存系統給予的 API Token 作為串接憑證。
以下是完整的設定步驟：
步驟 1：建立新機器人
- 打開 Telegram，在搜尋欄輸入
@BotFather（請認明有藍色勾勾的官方帳號）並開始對話。 - 輸入指令
/newbot送出。 - 依序設定機器人資料：
- Name：設定機器人的顯示名稱（中英文皆可，後續可更改）。
- Username：設定機器人的帳號 ID（必須是英文，且結尾必須包含
bot，例如mytest_bot，此名稱具唯一性，註冊後無法輕易更改）。
- 建立成功後，BotFather 會回傳一長串訊息，其中包含一組 HTTP API Token（類似
123456789:ABCdefGhIJKlmNoPQRsTUVwxyZ）。請將它複製並妥善保存，這是串接程式的鑰匙。
步驟 2：啟用機器人
- 在 Telegram 搜尋你剛剛設定的 Username（例如
@mytest_bot）並進入對話視窗。 - 點擊下方的 「Start」（開始）按鈕來啟動機器人。
步驟 3：調整隱私設定（若需接收群組訊息）
若你的機器人需要被加入到群組中讀取訊息，必須關閉隱私模式：
- 回到 @BotFather 對話視窗，輸入並傳送
/mybots。 - 點選你剛剛建立的機器人名稱。
- 依序點擊 Bot Settings Group PrivacyTurn off（關閉隱私模式，若畫面顯示 Turn on 則代表已成功關閉）。
完成以上步驟後，即可將複製下來的 API Token 貼入你的自動化腳本、網站或第三方服務中完成串接。
取得 Telegram Chat ID 最快的方法是使用第三方查詢機器人（如 @userinfobot） 或透過瀏覽器查看 API 更新紀錄。以下為您整理三種不同情境的具體取得步驟：
1. 取得「個人」的 Chat ID (User ID)
這是最簡單的情境，只需與專門的查詢機器人對話即可。
2. 取得「群組 (Group)」或「頻道 (Channel)」的 Chat ID
若要讓 Bot 發送訊息至群組或頻道，需要先取得其 ID。
- 將你的機器人 (Bot) 加入該群組或頻道，並給予管理員權限。
- 在群組或頻道中隨意發送一則訊息（例如
hello）。 - 最快方式（電腦版限定）：在該則訊息上點擊右鍵並選擇 Copy Message Link (複製訊息連結)。
- 連結格式會類似：
https://t.me - 其中的
-123456789(包含負號) 就是此群組的 Chat ID。
- 連結格式會類似：
- API 查詢方式：打開瀏覽器，輸入網址：
https://api.telegram.org/bot<你的_BOT_TOKEN>/getUpdates。在回傳的 JSON 原始碼中，尋找"chat":{"id":...}欄位，即可看到該群組或頻道的完整 Chat ID。
3. 使用萬用查詢機器人（取得所有聊天 ID）
你也可以使用提供 ID 查詢服務的機器人：
- 搜尋並加入 @RawDataBot 或 @getidsbot。
- 點擊「Start」。
- 機器人會直接回傳你目前的 Chat ID 及該次對話的相關資訊。若將它加入群組，也可以直接在群組內查詢該群組的 ID。
//=====================================================================
#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#include <WiFi.h>
#include <WiFiClientSecure.h>
#include <UniversalTelegramBot.h>
#include <ArduinoJson.h>
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <PubSubClient.h>
// --- 1. 硬體與網路設定 ---
#define SS_PIN 5
#define RST_PIN 22
#define LED_PIN 2
#define I2C_SDA 17
#define I2C_SCL 16
const char* ssid = "Wokwi-GUEST";
const char* password = "";
// Telegram 帳號資訊
#define BOTtoken "Telegram 帳號資訊PQyWsbNSjNxfCGCrEWU-o"
#define CHAT_ID "Telegram 帳號資訊9"
// MQTT 資訊
const char* mqtt_server = "broker.emqx.io";
const char* topic_cmd = "esp32/alex/control"; // 接收 Python 指令
const char* topic_data = "esp32/rfid/data"; // 傳送 RFID 資料給 Python
const char* topic_status = "esp32/alex/status"; // 傳送 LED 狀態給 Python
// --- 2. 物件初始化 ---
WiFiClient wifiClient;
WiFiClientSecure secured_client;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);
UniversalTelegramBot bot(BOTtoken, secured_client);
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);
// --- 3. 全域變數 ---
QueueHandle_t rfidQueue;
struct RfidMsg { char uid[20]; };
enum LedMode { LED_OFF, LED_ON, LED_FLASH, LED_TIMER };
volatile LedMode currentMode = LED_OFF;
unsigned long timerStartTime = 0;
bool statusNeedsUpdate = false;
String lastUid = "None";
// --- 4. 顯示輔助函式 ---
void displayLog(String line1, String line2) {
Serial.println("\n========================================");
Serial.println("LCD L1: " + line1);
Serial.println("LCD L2: " + line2);
Serial.println("========================================");
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(line1.substring(0, 16));
lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(line2.substring(0, 16));
}
// 狀態同步回報
void reportStatus(String state, String source) {
String msg = "📢 LED: " + state + " (來自 " + source + ")";
Serial.printf("[TX -> TG] 發送通知: %s\n", msg.c_str());
bot.sendMessage(CHAT_ID, msg, "");
Serial.printf("[TX -> MQTT] 發送狀態至 [%s]: %s\n", topic_status, state.c_str());
mqttClient.publish(topic_status, state.c_str());
displayLog("LED -> " + state, "Src: " + source);
}
// --- 5. 核心控制解析 ---
void executeCommand(String cmd, String source) {
cmd.toLowerCase();
cmd.trim();
if (cmd.length() == 0) return;
Serial.printf("[CORE] 解析指令 [%s] | 來源: %s\n", cmd.c_str(), source.c_str());
if (cmd == "on" || cmd == "/on") {
currentMode = LED_ON;
reportStatus("ON", source);
}
else if (cmd == "off" || cmd == "/off") {
currentMode = LED_OFF;
reportStatus("OFF", source);
}
else if (cmd == "flash" || cmd == "/flash") {
currentMode = LED_FLASH;
reportStatus("FLASHING", source);
}
else if (cmd == "timer" || cmd == "/timer") {
currentMode = LED_TIMER;
timerStartTime = millis();
reportStatus("TIMER_5S", source);
}
else if (cmd == "rfid" || cmd == "/rfid") {
Serial.printf("[TX -> MQTT] 響應輪詢, 推送當前 UID [%s] 至 [%s]\n", lastUid.c_str(), topic_data);
mqttClient.publish(topic_data, lastUid.c_str());
displayLog("M-Tx Polling", "UID: " + lastUid);
} else {
Serial.printf("[CORE] 未知指令: %s\n", cmd.c_str());
}
}
// --- 6. MQTT 接收處理 ---
void mqttCallback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
String message = "";
for (int i = 0; i < length; i++) message += (char)payload[i];
Serial.printf("\n[RX <- MQTT] 收到主題: %s | 內容: %s\n", topic, message.c_str());
if (String(topic) == topic_cmd) {
displayLog("[M-Rx] Cmd In", "Msg: " + message);
executeCommand(message, "MQTT-Python");
}
}
// --- 7. FreeRTOS 任務實作 ---
// [任務] LED 硬體行為
void ledTask(void *pvParameters) {
pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
while (true) {
switch (currentMode) {
case LED_ON: digitalWrite(LED_PIN, HIGH); break;
case LED_OFF: digitalWrite(LED_PIN, LOW); break;
case LED_FLASH:
digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN));
vTaskDelay(300 / portTICK_PERIOD_MS);
continue;
case LED_TIMER:
digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
if (millis() - timerStartTime > 5000) {
currentMode = LED_OFF;
statusNeedsUpdate = true;
}
break;
}
vTaskDelay(50 / portTICK_PERIOD_MS);
}
}
// [任務] 雙路徑通訊管理 (Telegram & MQTT)
void commTask(void *pvParameters) {
WiFi.begin(ssid, password);
Serial.print("[SYS] 正在連線至 Wi-Fi");
displayLog("WiFi Connecting", ssid);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
Serial.print(".");
}
Serial.printf("\n[SYS] Wi-Fi 已連線! IP: %s\n", WiFi.localIP().toString().c_str());
displayLog("WiFi Connected", WiFi.localIP().toString());
secured_client.setInsecure();
mqttClient.setServer(mqtt_server, 1883);
mqttClient.setCallback(mqttCallback);
unsigned long lastBotRun = 0;
RfidMsg rMsg;
bool welcomeSent = false; // 用來標記開機手冊是否已發送
while (true) {
// [路徑 A] MQTT 連線與維護
if (!mqttClient.connected()) {
Serial.println("[MQTT] 嘗試連接至 Broker...");
String clientId = "ESP32_Alex_" + String(random(1000, 9999));
if (mqttClient.connect(clientId.c_str())) {
Serial.println("[MQTT] 伺服器連接成功!");
mqttClient.subscribe(topic_cmd);
Serial.printf("[MQTT] 成功訂閱主題: %s\n", topic_cmd);
displayLog("MQTT Connected", "Subscribed OK");
} else {
Serial.printf("[MQTT] 連線失敗, 錯誤代碼 = %d (5秒後重試)\n", mqttClient.state());
vTaskDelay(5000 / portTICK_PERIOD_MS);
continue;
}
}
mqttClient.loop();
// 🚀 核心新增：開機完成後，首次發送使用者手冊到 Telegram
if (!welcomeSent) {
String manual = "🤖 RFID 控制系統已開機上線！\n";
manual += "📋 【系統使用指令手冊】\n\n";
manual += "🔹 /on : 💡 開啟 LED (恆亮)\n";
manual += "🔹 /off : 🌑 關閉 LED\n";
manual += "🔹 /flash : ⚡ 進入 LED 閃爍模式\n";
manual += "🔹 /timer : ⏳ 開啟 LED 持續 5 秒\n";
manual += "🔹 /rfid : 🔍 讀取查詢最後一筆 UID\n\n";
manual += "請點擊上方藍色指令字體直接進行遠端控制。";
Serial.println("[SYS] 正在發送開機手冊至 Telegram...");
if (bot.sendMessage(CHAT_ID, manual, "")) {
Serial.println("[SYS] 手冊發送成功！");
welcomeSent = true; // 確保只發送一次
} else {
Serial.println("[SYS] 手冊發送失敗，將於下次循環重試。");
}
}
// [路徑 B] Telegram 輪詢 (每 1.5 秒檢查一次)
if (millis() - lastBotRun > 1500) {
int num = bot.getUpdates(bot.last_message_received + 1);
if (num > 0) {
Serial.printf("[RX <- TG] 收到 %d 條新訊息\n", num);
for (int i = 0; i < num; i++) {
displayLog("[TG-Rx] From: " + bot.messages[i].from_name, "Cmd: " + bot.messages[i].text);
executeCommand(bot.messages[i].text, "Telegram");
}
}
lastBotRun = millis();
}
// 定時器時間到自動關閉
if (statusNeedsUpdate) {
reportStatus("OFF (Timer End)", "SYSTEM");
statusNeedsUpdate = false;
}
// RFID 隊列處理 (過濾重複 UID)
if (xQueueReceive(rfidQueue, &rMsg, 0) == pdPASS) {
String newUid = String(rMsg.uid);
if (newUid == lastUid) {
Serial.printf("[RFID FILTER] 偵測到重複 UID [%s]，捨棄不發行。\n", newUid.c_str());
}
else {
lastUid = newUid;
Serial.printf("\n[RFID CORE] 偵測到新卡片! UID: %s\n", lastUid.c_str());
displayLog("New RFID In", "UID: " + lastUid);
Serial.println("[TX -> TG] 主動推播新刷卡通知...");
bot.sendMessage(CHAT_ID, "🔔 RFID 新感應通知\n卡號: " + lastUid, "");
Serial.printf("[TX -> MQTT] 主動發布新 UID 至 [%s]...\n", topic_data);
mqttClient.publish(topic_data, lastUid.c_str());
}
}
vTaskDelay(30 / portTICK_PERIOD_MS);
}
}
// [任務] RFID 實體晶片掃描
void rfidTask(void *pvParameters) {
SPI.begin();
mfrc522.PCD_Init();
RfidMsg rMsg;
while (true) {
if (mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) {
String uid = "";
for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) {
uid += (mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? "0" : "");
uid += String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX);
}
uid.toUpperCase();
memset(rMsg.uid, 0, sizeof(rMsg.uid));
uid.toCharArray(rMsg.uid, 20);
xQueueSend(rfidQueue, &rMsg, portMAX_DELAY);
mfrc522.PICC_HaltA();
mfrc522.PCD_StopCrypto1();
}
vTaskDelay(200 / portTICK_PERIOD_MS);
}
}
void setup() {
Serial.begin(115200);
delay(1000);
Wire.begin(I2C_SDA, I2C_SCL);
lcd.init();
lcd.backlight();
displayLog("System Loading", "Manual Ver 4.0");
rfidQueue = xQueueCreate(10, sizeof(RfidMsg));
xTaskCreatePinnedToCore(commTask, "Comm", 10240, NULL, 1, NULL, 0);
xTaskCreatePinnedToCore(ledTask, "LED", 2048, NULL, 2, NULL, 1);
xTaskCreatePinnedToCore(rfidTask, "RFID", 4096, NULL, 1, NULL, 1);
}
void loop() {
vTaskDelete(NULL);
}
//=====================================================================
這份針對 Wokwi ESP32 平台開發的韌體，採用了 FreeRTOS 多工作業系統架構，將核心功能切分成多個獨立任務（Task），並分配到 ESP32 的雙核心（Core 0 與 Core 1）平行處理。這種設計能有效防止通訊網路（WiFi/MQTT/Telegram）延遲時導致硬體（RFID 掃描、LED 閃爍）產生卡頓。
以下為您進行全支程式碼的逐行詳細拆解說明：
一、 標頭檔導入 (Header Includes)
C++
#include <SPI.h> // 用於與 MFRC522 RFID 模組進行 SPI 界面通訊
#include <MFRC522.h> // MFRC522 RFID 讀卡機驅動函式庫
#include <WiFi.h> // ESP32 基礎 Wi-Fi 連線功能
#include <WiFiClientSecure.h> // 安全加密的網路客戶端，為 Telegram HTTPS 連線必備
#include <UniversalTelegramBot.h> // Telegram Bot API 控制函式庫
#include <ArduinoJson.h> // Telegram 函式庫底層解析 JSON 封包必備
#include <Wire.h> // I2C 界面通訊函式庫（用於 LCD 螢幕）
#include <LiquidCrystal_I2C.h> // I2C 介面的 1602 LCD 驅動函式庫
#include <PubSubClient.h> // MQTT 協定通訊函式庫，用於與 Python 控制端連線
二、 硬體腳位與基本參數定義
C++
// --- 1. 硬體與網路設定 ---
#define SS_PIN 5 // RFID 模組的 SPI 選擇腳位 (Slave Select)
#define RST_PIN 22 // RFID 模組的重設腳位 (Reset)
#define LED_PIN 2 // ESP32 板載開發燈腳位 (GPIO2)
#define I2C_SDA 17 // LCD 螢幕 I2C 資料腳位 (SDA)
#define I2C_SCL 16 // LCD 螢幕 I2C 時脈腳位 (SCL)
const char* ssid = "Wokwi-GUEST"; // Wokwi 虛擬環境專用的免密碼 Wi-Fi 熱點名稱
const char* password = ""; // Wokwi 虛擬 Wi-Fi 無密碼
三、 雲端服務與通訊主題設定 (Cloud & MQTT Configuration)
C++
// Telegram 帳號資訊
#define BOTtoken "7738940254:AAHbrWu9ovb1BKPQyWsbNSjNxfCGCrEWU-o" // 專屬的 Telegram 機器人金鑰
#define CHAT_ID "7965218469" // 接收通知的個人或群組 ID
// MQTT 資訊
const char* mqtt_server = "broker.emqx.io"; // 使用 EMQX 公共測試伺服器
const char* topic_cmd = "esp32/alex/control"; // ESP32 訂閱此主題，接收 Python 傳來的控制字串
const char* topic_data = "esp32/rfid/data"; // ESP32 將讀取到的 RFID 卡號推送給 Python
const char* topic_status = "esp32/alex/status"; // ESP32 回報當前 LED 狀態給 Python
四、 系統物件初始化
C++
// --- 2. 物件初始化 ---
WiFiClient wifiClient; // 建立基礎不加密的 Wi-Fi 客戶端實例（供 MQTT 使用）
WiFiClientSecure secured_client; // 建立 SSL 加密的 Wi-Fi 客戶端實例（供 Telegram 使用）
PubSubClient mqttClient(wifiClient); // 以基礎 Wi-Fi 實例初始化 MQTT 客戶端
UniversalTelegramBot bot(BOTtoken, secured_client); // 以加密客戶端與 Token 初始化 Telegram 機器人
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // 初始化 LCD，設定 I2C 位址為 0x27，大小為 16行x2列
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); // 初始化 MFRC522 RFID 實例並綁定腳位
五、 全域變數、自由即時作業系統隊列與列舉 (FreeRTOS Queue & Variables)
C++
// --- 3. 全域變數 ---
QueueHandle_t rfidQueue; // 定義 FreeRTOS 的隊列控制代碼，用於跨核心任務傳遞資料
struct RfidMsg { char uid[20]; }; // 定義隊列傳遞的資料結構：內含一個 20 字元的字元陣列儲存卡號
enum LedMode { LED_OFF, LED_ON, LED_FLASH, LED_TIMER }; // 定義 LED 四種工作狀態的列舉型態
volatile LedMode currentMode = LED_OFF; // 用 volatile 宣告當前模式，確保跨核心讀寫時資料同步不卡死
unsigned long timerStartTime = 0; // 紀錄 Timer 模式啟動時的系統時間毫秒數 (millis)
bool statusNeedsUpdate = false; // 旗標：當 5 秒計時自動結束時，轉為 true 通知通訊任務發送回報
String lastUid = "None"; // 儲存上一筆成功發行的 UID 卡號，用於過濾重複刷卡
六、 輔助顯示與回報函式 (Helper Functions)
C++
// --- 4. 顯示輔補函式 ---
void displayLog(String line1, String line2) {
// 同步輸出除錯訊息到電腦的序列埠監視器 (Serial Monitor)
Serial.println("\n========================================");
Serial.println("LCD L1: " + line1);
Serial.println("LCD L2: " + line2);
Serial.println("========================================");
lcd.clear(); // 清除 LCD 螢幕快取
lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(line1.substring(0, 16)); // 在第一行顯示前 16 個字元
lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(line2.substring(0, 16)); // 在第二行顯示前 16 個字元
}
// 狀態同步回報
void reportStatus(String state, String source) {
String msg = "📢 LED: " + state + " (來自 " + source + ")";
// 透過路徑一：向 Telegram 視窗推播即時文字訊息
Serial.printf("[TX -> TG] 發送通知: %s\n", msg.c_str());
bot.sendMessage(CHAT_ID, msg, "");
// 透過路徑二：發布最新狀態到 MQTT，讓 Python 控制端可以Polling或動態更新介面
Serial.printf("[TX -> MQTT] 發送狀態至 [%s]: %s\n", topic_status, state.c_str());
mqttClient.publish(topic_status, state.c_str());
// 本地端同步：改寫 LCD 螢幕顯示
displayLog("LED -> " + state, "Src: " + source);
}
七、 指令解析核心 (Command Parser)
C++
// --- 5. 核心控制解析 ---
void executeCommand(String cmd, String source) {
cmd.toLowerCase(); // 將接收到的字串強制轉為小寫，避免因大小寫不符造成無法識別
cmd.trim(); // 清除字串前後多餘的空白或換行符號
if (cmd.length() == 0) return; // 空字串不處理
Serial.printf("[CORE] 解析指令 [%s] | 來源: %s\n", cmd.c_str(), source.c_str());
// 解析 "on" 或 "/on"：切換為恆亮
if (cmd == "on" || cmd == "/on") {
currentMode = LED_ON;
reportStatus("ON", source);
}
// 解析 "off" 或 "/off"：關閉
else if (cmd == "off" || cmd == "/off") {
currentMode = LED_OFF;
reportStatus("OFF", source);
}
// 解析 "flash" 或 "/flash"：切換至閃爍狀態
else if (cmd == "flash" || cmd == "/flash") {
currentMode = LED_FLASH;
reportStatus("FLASHING", source);
}
// 解析 "timer" 或 "/timer"：啟動 5 秒定時
else if (cmd == "timer" || cmd == "/timer") {
currentMode = LED_TIMER;
timerStartTime = millis(); // 記錄目前的起算時間
reportStatus("TIMER_5S", source);
}
// 解析 "rfid" 或 "/rfid"：響應來自 Python 端的每 2 秒定期輪詢 (Polling)
else if (cmd == "rfid" || cmd == "/rfid") {
Serial.printf("[TX -> MQTT] 響應輪詢, 推送當前 UID [%s] 至 [%s]\n", lastUid.c_str(), topic_data);
mqttClient.publish(topic_data, lastUid.c_str()); // 主動將快取的 UID 回傳給 Python
displayLog("M-Tx Polling", "UID: " + lastUid);
} else {
Serial.printf("[CORE] 未知指令: %s\n", cmd.c_str());
}
}
八、 MQTT 接收回呼機制 (MQTT Callback)
C++
// --- 6. MQTT 接收處理 ---
void mqttCallback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
String message = "";
for (int i = 0; i < length; i++) message += (char)payload[i]; // 將位元組陣列重組為 String 字串
Serial.printf("\n[RX <- MQTT] 收到主題: %s | 內容: %s\n", topic, message.c_str());
// 如果確定收到的主題是控制路徑
if (String(topic) == topic_cmd) {
displayLog("[M-Rx] Cmd In", "Msg: " + message);
executeCommand(message, "MQTT-Python"); // 丟入核心解析器，標記來源為 MQTT-Python
}
}
九、 FreeRTOS 多工任務實作 (FreeRTOS Tasks)
1. LED 硬體控制任務 (由 Core 1 負責)
C++
// [任務] LED 硬體行為
void ledTask(void *pvParameters) {
pinMode(LED_PIN, OUTPUT); // 初始化硬體腳位為輸出模式
while (true) {
switch (currentMode) {
case LED_ON:
digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
break;
case LED_OFF:
digitalWrite(LED_PIN, LOW);
break;
case LED_FLASH:
digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN)); // 反轉當前電位狀態（達成閃爍）
vTaskDelay(300 / portTICK_PERIOD_MS); // 閃爍間隔為 300 毫秒
continue; // 跳過底下預設延遲，直接進入下一次切換
case LED_TIMER:
digitalWrite(LED_PIN, HIGH); // 點亮 LED
if (millis() - timerStartTime > 5000) { // 當現在時間減去起算時間超過 5000 毫秒
currentMode = LED_OFF; // 強制切換為關閉
statusNeedsUpdate = true; // 啟動回報旗標
}
break;
}
vTaskDelay(50 / portTICK_PERIOD_MS); // 基礎狀態機掃描延遲 50 毫秒，釋放 CPU 資源
}
}
2. 核心雙路徑通訊管理任務 (由 Core 0 專職網絡運算)
C++
// [任務] 雙路徑通訊管理 (Telegram & MQTT)
void commTask(void *pvParameters) {
WiFi.begin(ssid, password); // 啟動 Wi-Fi 連線程序
Serial.print("[SYS] 正在連線至 Wi-Fi");
displayLog("WiFi Connecting", ssid);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { // 阻塞等待直到 Wi-Fi 成功分配 IP
vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
Serial.print(".");
}
Serial.printf("\n[SYS] Wi-Fi 已連線! IP: %s\n", WiFi.localIP().toString().c_str());
displayLog("WiFi Connected", WiFi.localIP().toString());
secured_client.setInsecure(); // 跳過對 Telegram 伺服器 SSL 憑證的嚴格本地鏈檢驗（省記憶體）
mqttClient.setServer(mqtt_server, 1883); // 配置 MQTT 伺服器 IP 與通訊埠
mqttClient.setCallback(mqttCallback); // 綁定回呼函式
unsigned long lastBotRun = 0; // 紀錄上一次檢索 Telegram 的系統時間
RfidMsg rMsg; // 宣告本地的 RFID 資料結構容器
bool welcomeSent = false; // 用來標記開機手冊是否已發送
while (true) {
// [路徑 A] MQTT 連線狀態維護
if (!mqttClient.connected()) {
Serial.println("[MQTT] 嘗試連接至 Broker...");
// 使用隨機亂數衍生 Client ID，防範與 Python 控制端因名稱重複而被迫踢下線
String clientId = "ESP32_Alex_" + String(random(1000, 9999));
if (mqttClient.connect(clientId.c_str())) {
Serial.println("[MQTT] 伺服器連接成功!");
mqttClient.subscribe(topic_cmd); // 重新連線後必須重新訂閱控制主題
Serial.printf("[MQTT] 成功訂閱主題: %s\n", topic_cmd);
displayLog("MQTT Connected", "Subscribed OK");
} else {
Serial.printf("[MQTT] 連線失敗, 錯誤代碼 = %d (5秒後重試)\n", mqttClient.state());
vTaskDelay(5000 / portTICK_PERIOD_MS); // 連線失敗後，延遲 5 秒再重試
continue;
}
}
mqttClient.loop(); // 保持 MQTT 底層 Socket 封包的即時心跳與收發處理
// 🚀 開機手冊推播邏輯：當網路皆就緒後，僅執行一次
if (!welcomeSent) {
String manual = "🤖 RFID 控制系統已開機上線！\n";
manual += "📋 【系統使用指令手冊】\n\n";
manual += "🔹 /on : 💡 開啟 LED (恆亮)\n";
manual += "🔹 /off : 🌑 關閉 LED\n";
manual += "🔹 /flash : ⚡ 進入 LED 閃爍模式\n";
manual += "🔹 /timer : ⏳ 開啟 LED 持續 5 秒\n";
manual += "🔹 /rfid : 🔍 讀取查詢最後一筆 UID\n\n";
manual += "請點擊上方藍色指令字體直接進行遠端控制。";
Serial.println("[SYS] 正在發送開機手冊至 Telegram...");
if (bot.sendMessage(CHAT_ID, manual, "")) {
Serial.println("[SYS] 手冊發送成功！");
welcomeSent = true; // 成功發送後將旗標設為 true，從此不再洗版
} else {
Serial.println("[SYS] 手冊發送失敗，將於下次循環重試。");
}
}
// [路徑 B] Telegram 輪詢監聽 (每 1.5 秒執行一次發包查詢，優化頻寬)
if (millis() - lastBotRun > 1500) {
int num = bot.getUpdates(bot.last_message_received + 1); // 向伺服器調取最新一期未讀訊息
if (num > 0) {
Serial.printf("[RX <- TG] 收到 %d 條新訊息\n", num);
for (int i = 0; i < num; i++) {
displayLog("[TG-Rx] From: " + bot.messages[i].from_name, "Cmd: " + bot.messages[i].text);
executeCommand(bot.messages[i].text, "Telegram"); // 將文字內容交付解碼
}
}
lastBotRun = millis(); // 更新檢索時間
}
// 當 LED 計時終了時的被動回報程序
if (statusNeedsUpdate) {
reportStatus("OFF (Timer End)", "SYSTEM");
statusNeedsUpdate = false; // 清除旗標
}
// 🚀 RFID 跨核心隊列解算核心：過濾同卡連續刷入
if (xQueueReceive(rfidQueue, &rMsg, 0) == pdPASS) { // 非阻塞檢索 Queue（有卡片進來才成立）
String newUid = String(rMsg.uid);
// 關鍵安全檢查：比對本次刷入之卡號是否與系統內記錄的上一筆完完全全一致
if (newUid == lastUid) {
// 如果一致，代表是卡片放在感應區沒拿開，直接攔截拋棄不處置
Serial.printf("[RFID FILTER] 偵測到重複 UID [%s]，捨棄不發行。\n", newUid.c_str());
}
else {
// 如果是全新刷入的不同卡片，更新系統內部變數，並觸發雙路徑通訊發行
lastUid = newUid;
Serial.printf("\n[RFID CORE] 偵測到新卡片! UID: %s\n", lastUid.c_str());
displayLog("New RFID In", "UID: " + lastUid);
// 發行路徑一：向 Telegram 推播感應警報
Serial.println("[TX -> TG] 主動推播新刷卡通知...");
bot.sendMessage(CHAT_ID, "🔔 RFID 新感應通知\n卡號: " + lastUid, "");
// 發行路徑二：向 MQTT 的 data 主題發布最新卡號，使 Python 端對應的 UI 得以同步
Serial.printf("[TX -> MQTT] 主動發布新 UID 至 [%s]...\n", topic_data);
mqttClient.publish(topic_data, lastUid.c_str());
}
}
vTaskDelay(30 / portTICK_PERIOD_MS); // 通訊主要任務循環時間：基礎延遲 30 毫秒
}
}
3. 實體 RFID 卡片高頻硬體掃描任務 (由 Core 1 負責)
C++
// [任務] RFID 實體晶片掃描
void rfidTask(void *pvParameters) {
SPI.begin(); // 初始化 SPI 匯流排
mfrc522.PCD_Init(); // 初始化 MFRC522 射頻晶片
RfidMsg rMsg; // 建立區域的結構資料結構暫存體
while (true) {
// 偵測是否有新卡片貼近天線，且是否成功解讀出該卡片之階層序列號
if (mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) {
String uid = "";
for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) { // 迴圈重組多個 Byte 的 HEX 16進位十六進制數值
uid += (mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? "0" : "");
uid += String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX);
}
uid.toUpperCase(); // 卡號強制轉化為標準大寫英文字母
memset(rMsg.uid, 0, sizeof(rMsg.uid)); // 清空記憶體緩衝區
uid.toCharArray(rMsg.uid, 20); // 將字串塞入要跨核心傳遞的字元陣列中
// 核心機制：透過 FreeRTOS Queue 機制，將本地讀到的卡號「跨核心」安全投遞給 Core 0 的通訊核心
xQueueSend(rfidQueue, &rMsg, portMAX_DELAY); // 如果 Queue 滿了，則掛起任務等待直到寫入成功
mfrc522.PICC_HaltA(); // 停止該卡片的射頻感應，防止其持續發出反向散射載波
mfrc522.PCD_StopCrypto1(); // 結束暫存的加密通訊階段
}
vTaskDelay(200 / portTICK_PERIOD_MS); // 讀卡器硬體掃描頻率：每 200 毫秒掃描一次
}
}
十、 系統硬體啟動配置段 (System Setup & Loop)
C++
void setup() {
Serial.begin(115200); // 啟動主硬體序列埠通訊，鮑率設定為常用的 115200
delay(1000); // 預留穩定系統電源的緩衝 1 秒鐘
Wire.begin(I2C_SDA, I2C_SCL); // 啟動 I2C 控制匯流排並綁定指定腳位
lcd.init(); // 初始化 LCD
lcd.backlight(); // 點亮 LCD 的 LED 背光燈板
displayLog("System Loading", "Manual Ver 4.0"); // 開機初段畫面輸出
// 初始化建立安全互鎖的 FreeRTOS 隊列，長度為 10 個 RfidMsg 單元
rfidQueue = xQueueCreate(10, sizeof(RfidMsg));
// 🚀 多工核心任務指派與負載平衡分工
// 指派任務 1 (通訊任務) 固定在 Core 0 核心運行，分配 10240 Bytes 的獨立堆疊空間，優先級為 1
xTaskCreatePinnedToCore(commTask, "Comm", 10240, NULL, 1, NULL, 0);
// 指派任務 2 (LED硬體動作任務) 固定在 Core 1 核心運行，優先級為 2 (高於讀卡，防閃爍時脈抖動)
xTaskCreatePinnedToCore(ledTask, "LED", 2048, NULL, 2, NULL, 1);
// 指派任務 3 (RFID硬體讀取任務) 固定在 Core 1 核心運行，優先級為 1
xTaskCreatePinnedToCore(rfidTask, "RFID", 4096, NULL, 1, NULL, 1);
}
void loop() {
// 由於採用了全功能 FreeRTOS 子任務架構，Arduino 原生的 loop() 段已不需要使用
vTaskDelete(NULL); // 系統啟動完成後，主動刪除 loop 任務本身，將剩餘的主核心資源全面回收到記憶體中
}
//=====================================================================
import tkinter as tk from tkinter import messagebox import paho.mqtt.client as mqtt import time # --- 設定區 --- MQTT_BROKER = "broker.emqx.io" MQTT_TOPIC = "esp32/alex/control" RFID_TOPIC = "esp32/rfid/data" class RfidControlApp: def __init__(self, root): self.root = root self.root.title("Alex RFID 控制系統 (自動輪詢版)") self.root.geometry("300x420") # 內部變數：記錄最後接收到的資料與時間 self.current_uid = "None" self.last_update_time = "無" # MQTT 連線初始化 (相容新舊版本 paho-mqtt) try: self.client = mqtt.Client(mqtt.CallbackType.VERSION_1) except AttributeError: self.client = mqtt.Client() self.client.on_connect = self.on_connect self.client.on_message = self.on_message self.client.connect(MQTT_BROKER, 1883, 60) self.client.loop_start() # UI 介面設計 tk.Label(root, text="RFID 系統控制台", font=("Arial", 16, "bold")).pack(pady=10) self.btn_on = tk.Button(root, text="開啟 LED (/on)", command=lambda: self.send_cmd("on"), width=20, bg="#e1f5fe") self.btn_on.pack(pady=5) self.btn_off = tk.Button(root, text="關閉 LED (/off)", command=lambda: self.send_cmd("off"), width=20) self.btn_off.pack(pady=5) self.btn_flash = tk.Button(root, text="閃爍模式 (/flash)", command=lambda: self.send_cmd("flash"), width=20) self.btn_flash.pack(pady=5) self.btn_timer = tk.Button(root, text="開啟 5 秒 (/timer)", command=lambda: self.send_cmd("timer"), width=20) self.btn_timer.pack(pady=5) tk.Frame(root, height=2, bd=1, relief=tk.SUNKEN).pack(fill=tk.X, padx=5, pady=10) # 狀態顯示區 tk.Label(root, text="[ 自動輪詢狀態 ]", font=("Arial", 10, "bold"), fg="gray").pack() self.label_uid = tk.Label(root, text="最後讀取: None", font=("Arial", 11, "bold"), fg="blue") self.label_uid.pack(pady=5) self.label_time = tk.Label(root, text="更新時間: 無", font=("Arial", 9), fg="green") self.label_time.pack(pady=2) # 🚀 核心：啟動每 2 秒定期 Polling 的循環任務 self.start_polling_loop() def on_connect(self, client, userdata, flags, rc): print(f"MQTT 已連線, 代碼: {rc}") client.subscribe(RFID_TOPIC) def on_message(self, client, userdata, msg): # 當 Wokwi ESP32 或模擬端將卡片 UID 丟上 RFID_TOPIC 時觸發 payload = msg.payload.decode() self.current_uid = payload self.last_update_time = time.strftime("%H:%M:%S") print(f"[MQTT 接收] 收到新 UID: {payload}") def send_cmd(self, cmd): self.client.publish(MQTT_TOPIC, cmd) print(f"發送指令: {cmd}") # 🚀 定期 Polling 的核心函式 def start_polling_loop(self): """每 2 秒執行一次的非阻塞循環""" # 1. 執行輪詢動作：向 MQTT 發送 rfid 請求指令（通知 ESP32 上傳最新狀態） print("[Polling] 每 2 秒定期請求 UID 狀態...") self.send_cmd("rfid") # 2. 更新 UI 介面（顯示當前最新的資料） self.label_uid.config(text=f"最後讀取: {self.current_uid}") self.label_time.config(text=f"更新時間: {self.last_update_time}") # 3. 設定 2000 毫秒（2秒）後，再次呼叫自己，形成無限定期循環 self.root.after(2000, self.start_polling_loop) if __name__ == "__main__": root = tk.Tk() app = RfidControlApp(root) root.mainloop()
//=====================================================================
這份 Python 程式是利用 Tkinter 函式庫 製作的圖形介面（GUI）控制台，並透過 MQTT 協定（paho-mqtt） 與 Wokwi 上的 ESP32 進行雙向通訊。它最大的特點是利用非阻塞的定時器，每 2 秒自動向 ESP32 輪詢（Polling）最新的 RFID 卡號狀態。
以下為您進行全支程式碼的逐行詳細拆解說明：
一、 匯入函式庫 (Imports)
Python
import tkinter as tk # 匯入 Python 內建的圖形介面（GUI）函式庫，並簡寫為 tk
from tkinter import messagebox # 從 tkinter 匯入彈出式對話框模組（如提示、警告視窗）
import paho.mqtt.client as mqtt # 匯入 MQTT 客戶端通訊函式庫，並簡寫為 mqtt
import time # 匯入時間函式庫，用於取得當前系統時間與格式化時間
二、 基礎參數設定區 (Configuration)
Python
# --- 設定區 ---
MQTT_BROKER = "broker.emqx.io" # 指定 MQTT Broker（伺服器）位址，使用 EMQX 公共測試伺服器
MQTT_TOPIC = "esp32/alex/control" # 發送控制指令（如 on, off, rfid）給 ESP32 的主題
RFID_TOPIC = "esp32/rfid/data" # 接收從 ESP32 傳回的 RFID 卡號（UID）的主題
三、 類別初始化與 MQTT 連線 (Class & MQTT Init)
Python
class RfidControlApp:
def __init__(self, root):
self.root = root # 將傳入的 Tkinter 主視窗實例存入類別變數 self.root
self.root.title("Alex RFID 控制系統 (自動輪詢版)") # 設定 GUI 視窗的最上方標題
self.root.geometry("300x420") # 設定 GUI 視窗的寬度為 300 像素，高度為 420 像素
# 內部變數：記錄最後接收到的資料與時間
self.current_uid = "None" # 初始化儲存 RFID 卡號的變數，預設為 "None"
self.last_update_time = "無" # 初始化記錄最新更新時間的變數，預設為 "無"
# MQTT 連線初始化 (相容新舊版本 paho-mqtt)
try:
# 嘗試使用新版 paho-mqtt (v2.x) 的語法初始化，指定回呼機制採用舊版 v1 的相容架構
self.client = mqtt.Client(mqtt.CallbackType.VERSION_1)
except AttributeError:
# 如果發生錯誤，代表本地端安裝的是舊版 paho-mqtt (v1.x)，則直接使用傳統語法初始化
self.client = mqtt.Client()
self.client.on_connect = self.on_connect # 綁定連線成功的事件處理函式（Callback）
self.client.on_message = self.on_message # 綁定接收到訂閱訊息的事件處理函式（Callback）
self.client.connect(MQTT_BROKER, 1883, 60) # 開始連線到 MQTT 伺服器（預設通訊埠為 1883，保持連線心跳為 60 秒）
self.client.loop_start() # 啟動一個獨立的背景執行緒來處理 MQTT 封包收發，防範卡住 GUI 畫面
四、 圖形介面設計 (UI Layout)
Python
# UI 介面設計
# 建立主標題文字標籤，字型大小 16、粗體，並透過 pack 放置到視窗中（上下外距各 10 像素）
tk.Label(root, text="RFID 系統控制台", font=("Arial", 16, "bold")).pack(pady=10)
# 建立「開啟 LED」按鈕，點擊時觸發 send_cmd("on")，背景色為淺藍色 (#e1f5fe)，加入視窗並設定上下外距
self.btn_on = tk.Button(root, text="開啟 LED (/on)", command=lambda: self.send_cmd("on"), width=20, bg="#e1f5fe")
self.btn_on.pack(pady=5)
# 建立「關閉 LED」按鈕，點擊時觸發 send_cmd("off")
self.btn_off = tk.Button(root, text="關閉 LED (/off)", command=lambda: self.send_cmd("off"), width=20)
self.btn_off.pack(pady=5)
# 建立「閃爍模式」按鈕，點擊時觸發 send_cmd("flash")
self.btn_flash = tk.Button(root, text="閃爍模式 (/flash)", command=lambda: self.send_cmd("flash"), width=20)
self.btn_flash.pack(pady=5)
# 建立「開啟 5 秒」按鈕，點擊時觸發 send_cmd("timer")
self.btn_timer = tk.Button(root, text="開啟 5 秒 (/timer)", command=lambda: self.send_cmd("timer"), width=20)
self.btn_timer.pack(pady=5)
# 建立一條水平分割線（高度 2 像素、內縮下陷樣式），用來區隔控制按鈕與下方的狀態顯示區
tk.Frame(root, height=2, bd=1, relief=tk.SUNKEN).pack(fill=tk.X, padx=5, pady=10)
# 狀態顯示區
# 顯示提示文字標籤 "[ 自動輪詢狀態 ]"，顏色設定為灰色
tk.Label(root, text="[ 自動輪詢狀態 ]", font=("Arial", 10, "bold"), fg="gray").pack()
# 建立顯示最新 RFID 卡號的文字標籤，預設文字為 "最後讀取: None"，顏色為藍色、粗體
self.label_uid = tk.Label(root, text="最後讀取: None", font=("Arial", 11, "bold"), fg="blue")
self.label_uid.pack(pady=5)
# 建立顯示最新更新時間的文字標籤，預設文字為 "更新時間: 無"，顏色為綠色
self.label_time = tk.Label(root, text="更新時間: 無", font=("Arial", 9), fg="green")
self.label_time.pack(pady=2)
# 🚀 核心：啟動每 2 秒定期 Polling 的循環任務
self.start_polling_loop() # 呼叫自動輪詢函式，開啟定時任務循環
五、 MQTT 事件處理與發送功能 (MQTT Callbacks & Publish)
Python
def on_connect(self, client, userdata, flags, rc):
# 當成功連線到 MQTT Broker 時，伺服器會回應 rc（連線代碼，0 代表成功）
print(f"MQTT 已連線, 代碼: {rc}")
client.subscribe(RFID_TOPIC) # 連線成功後，立刻訂閱 RFID 卡號主題，準備接收 ESP32 上傳的資料
def on_message(self, client, userdata, msg):
# 當 Wokwi ESP32 或模擬端將卡片 UID 丟上 RFID_TOPIC 時，此函式會自動被背景執行緒觸發
payload = msg.payload.decode() # 將接收到的原始二進位位元組資料解碼為字串
self.current_uid = payload # 將解碼後的卡號暫存到類別變數 self.current_uid 中
self.last_update_time = time.strftime("%H:%M:%S") # 取得當前的系統時間，格式化為「時:分:秒」並存入變數
print(f"[MQTT 接收] 收到新 UID: {payload}") # 在電腦終端機印出接收除錯訊息
def send_cmd(self, cmd):
# 通用的 MQTT 指令發送函式
self.client.publish(MQTT_TOPIC, cmd) # 將指令字串（如 on, off, rfid）發布到控制主題
print(f"發送指令: {cmd}") # 在電腦終端機印出已發送的指令
def query_rfid(self):
# 這是原本手動查詢按鈕保留下來的函式（目前 UI 刻意沒綁定它，由自動輪詢取代）
self.send_cmd("rfid") # 發送 "rfid" 指令要求 ESP32 回傳資料
messagebox.showinfo("查詢", "已請求 ESP32 更新 UID 狀態") # 跳出提示對話框通知使用者
六、 核心計時輪詢迴圈 (Polling Loop via after)
Python
# 🚀 定期 Polling 的核心函式
def start_polling_loop(self):
"""每 2 秒執行一次的非阻塞循環"""
# 1. 執行輪詢動作：向 MQTT 發送 rfid 請求指令（通知 ESP32 上傳最新狀態）
print("[Polling] 每 2 秒定期請求 UID 狀態...")
self.send_cmd("rfid") # 主動向 ESP32 發送獲取 UID 的請求
# 2. 更新 UI 介面（將背景儲存的最新資料即時刷新到視窗畫面上）
self.label_uid.config(text=f"最後讀取: {self.current_uid}") # 更新卡號標籤文字
self.label_time.config(text=f"更新時間: {self.last_update_time}") # 更新時間標籤文字
# 3. 設定 2000 毫秒（2秒）後，再次呼叫自己，形成無限定期循環
# 這是 Tkinter 處理定時任務的核心關鍵。它註冊了一個 2 秒後的鬧鐘，
# 在等待的 2 秒期間內「完全不佔用主執行緒」，因此視窗按鈕依然可以點擊，畫面絕對不會卡死。
self.root.after(2000, self.start_polling_loop)
七、 主程式進入點 (Main Entry)
Python
if __name__ == "__main__":
root = tk.Tk() # 建立 Tkinter 的根視窗實體物件
app = RfidControlApp(root) # 將根視窗傳入，初始化我們的應用程式類別
root.mainloop() # 啟動 Tkinter 的主事件循環（Event Loop），開始監聽視窗上的滑鼠點擊與畫面繪製
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