alex9ufo 聰明人求知心切: 2026-09 mqtt 實驗3

2026-09 mqtt 實驗3

node-red參考網址

https://sites.google.com/gm.lhu.edu.tw/charlesho/service/aiot?pli=1&authuser=0#h.m7oahj9kmy1d

Node-RED入門課程

Node-Red - 1: 安裝 Node-RED

Node-Red - 2: Node-RED 啟動、關閉、開機自動執行、移除

Node-Red - 3: 程式初體驗 Hello World、什麼是 payload、物件

Node-Red - 4: 函數及樂透號碼計算

Node-Red - 5: dashboard模版，視覺化輸出的起點

Node-Red - 6: 序列控制LED

Node_Red - 7: 透過序列傳送，在dashboard顯示溫度

Node-Red - 8: 透過序列同時顯示溫、溼度 (如何拆分複合資料)

Node-Red - 9: MQTT簡介

Node-Red - 10: MQTTX軟體操作

Node-Red - 11: 訂閱MQTT訊息輸出至dashboard

Node-Red - 12: 在 iOS 的 EasyMQTT 訂閱資料

Node-Red - 13: 在手機上安裝 NodeRed

這套系統將 ESP32（硬體感知端） 與 Node-RED（軟體控制端） 結合，打造了一個具備即時雙向通訊、閉環確認（ACK）與圖形化遠端監控的完整物聯網 (IoT) 架構。

系統整體運作流程與互動架構

環境數據監測與雙向握手（下到上 + ACK 確認）：
1. ESP32 每 2 秒從 DHT22 採集溫濕度數據，經由 MQTT 發行至 temp 與 humi 主題。
2. Node-RED 接收數據後，即時更新網頁 Dashboard 上的溫度（深紅）與濕度（深綠）數值。
3. Node-RED 收到數據時，會主動發送確認訊號至 tempOK 與 humiOK 主題。
4. ESP32 收到 ACK 訊號後，在 Serial Monitor 印出 temp_Rx_OK 與 humi_Rx_OK，確保資料成功送達。
遠端 LED 命令控制與狀態反饋（上到下 + 狀態回傳）：
1. 使用者在 Node-RED Dashboard 點擊按鈕（ON、OFF、FLASH、Timer），將控制指令發行至 led 主題。
2. ESP32 接收指令後切換 GPIO 2 電位或計時模式，並同步回傳當前狀態至 ledstatus 主題（如 on_led、flash_led）。
3. Node-RED 收到狀態反饋後，同步更新 Dashboard 上的 LED 狀態文字（藍色）。
4. 若觸發 5 秒定時（Timer），時間到達時 ESP32 會自動關燈並發送 off_led，Node-RED 介面也會同步變更為關閉狀態。

兩者整體功能對比表

功能維度	Node-RED 程式（軟體控制層）	Wokwi ESP32 程式（硬體感知層）
主要角色	系統指揮中心、圖形化人機介面 (GUI)	硬體執行器、數據採集節點
通訊協定	MQTT (Pub/Sub)	MQTT (Pub/Sub)
數據處理	接收溫濕度並發行 `OK` ACK；接收 LED 狀態	讀取 DHT22 並發行數據；接收 `OK` ACK 並印出紀錄
控制邏輯	提供按鈕觸發控制指令發行	解析控制指令，驅動 GPIO 2（點亮/關閉/閃爍/5秒定時）
使用者互動	網頁化 Dashboard (`/ui`) 提供視覺化監控	Serial Monitor 輸出除錯日誌與硬體 LED 實體反應

Node-RED 程式功能說明

Node-RED 程式取代了原本 Python + Tkinter 的角色，扮演系統圖形化介面 (Dashboard) 與控制邏輯中樞，主要功能包含：

MQTT 網路連線與主題訂閱：自動連接至 broker.hivemq.com:1883，並即時訂閱 ESP32 發佈的三個主題：
- alex9ufo/2026/ledstatus：接收 LED 當前狀態。
- alex9ufo/2026/temp：接收實時溫度數據。
- alex9ufo/2026/humi：接收實時濕度數據。
Dashboard 圖形化 UI 介面：透過 node-red-dashboard 在網頁端 (/ui) 提供與原本 Python 介面相同的顯示與控制按鈕：
- 文字顯示區：以不同顏色呈現 LED 狀態（藍色）、環境溫度（深紅）與環境濕度（深綠）。
- 命令按鈕區：提供 ON、OFF、FLASH、Timer (定時5秒) 四個按鈕，點擊時將指令發行至 alex9ufo/2026/led 主題。
自動握手確認 (Handshake ACK)：
- 當接收到溫度資料時，觸發 Function 節點自動發送 "OK" 訊息至 alex9ufo/2026/tempOK 主題。
- 當接收到濕度資料時，觸發 Function 節點自動發送 "OK" 訊息至 alex9ufo/2026/humiOK 主題。

Wokwi ESP32 程式功能說明

ESP32 程式為硬體感知與致動核心，負責實體（或模擬）硬體的控制與數據採集，主要功能包含：

Wi-Fi 與 MQTT 自動連線：開機後連接至 Wokwi-GUEST 熱點，並連接至 broker.hivemq.com。連線成功後訂閱控制主題 alex9ufo/2026/led 以及兩個握手主題 tempOK 與 humiOK。
LED 狀態控制與回報：收到控制命令時切換模式，並向 alex9ufo/2026/ledstatus 回報狀態（on_led、off_led、flash_led、timer(5Sec)_led）。
溫濕度感測與定期發行：在 loop() 中使用 millis() 計時，每 2 秒透過 DHT22 讀取溫濕度，並分別發行至 alex9ufo/2026/temp 與 alex9ufo/2026/humi 主題。
接收確認訊息 (ACK 驗證)：當收到來自 Node-RED 的 tempOK 或 humiOK 訊息時，於 Serial Monitor 印出 temp_Rx_OK 與 humi_Rx_OK，用以驗證訊息已成功傳遞至 Node-RED。
非阻塞式模式運作：

FLASH 模式：每 500 毫秒翻轉一次 GPIO 2 電位。
TIMER 模式：計時 5 秒後自動熄滅 LED，切回 OFF 模式並發布 off_led 狀態給 Node-RED。

ESP32程式

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <DHT.h>

#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT22

const char* ssid = "Wokwi-GUEST";
const char* password = "";

const char* mqtt_server = "broker.hivemq.com";
const int mqtt_port = 1883;

const char* sub_topic = "alex9ufo/2026/led";
const char* pub_topic = "alex9ufo/2026/ledstatus";
const char* temp_topic = "alex9ufo/2026/temp";
const char* humi_topic = "alex9ufo/2026/humi";
const char* temp_ok_topic = "alex9ufo/2026/tempOK";
const char* humi_ok_topic = "alex9ufo/2026/humiOK";

const int ledPin = 2;

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

enum Mode { OFF, ON, FLASH, TIMER };
Mode currentMode = OFF;

unsigned long lastFlashTime = 0;
unsigned long timerStartTime = 0;
unsigned long lastDHTTime = 0;
bool ledState = LOW;

void setup_wifi() {
  delay(10);
  Serial.print("[Wi-Fi] 正在連線至 ");
  Serial.println(ssid);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("\n[Wi-Fi] 已成功連線！");
}

void publishStatus(const char* payload) {
  client.publish(pub_topic, payload);
  Serial.print("[MQTT 發行] LED 狀態: ");
  Serial.println(payload);
}

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  String message;
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    message += (char)payload[i];
  }

  Serial.print("[MQTT 接收] 主題: ");
  Serial.print(topic);
  Serial.print(" | Payload: ");
  Serial.println(message);

  // 接收 tempOK 主題
  if (String(topic) == temp_ok_topic) {
    Serial.println("temp_Rx_OK");
    return;
  }
  
  // 接收 humiOK 主題
  if (String(topic) == humi_ok_topic) {
    Serial.println("humi_Rx_OK");
    return;
  }

  if (message == "on") {
    currentMode = ON;
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    publishStatus("on_led");
  } else if (message == "off") {
    currentMode = OFF;
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    publishStatus("off_led");
  } else if (message == "flash") {
    currentMode = FLASH;
    publishStatus("flash_led");
  } else if (message == "timer(5Sec)") {
    currentMode = TIMER;
    timerStartTime = millis();
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    publishStatus("timer(5Sec)_led");
  }
}

void reconnect() {
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("[MQTT] 正在嘗試連線至 Broker: ");
    Serial.println(mqtt_server);
    String clientId = "ESP32Client-" + String(random(0xffff), HEX);
    if (client.connect(clientId.c_str())) {
      Serial.println("[MQTT] 連線成功！");
      client.subscribe(sub_topic);
      client.subscribe(temp_ok_topic); // 訂閱 tempOK
      client.subscribe(humi_ok_topic); // 訂閱 humiOK
    } else {
      Serial.print("[MQTT] 連線失敗, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" 5 秒後重試...");
      delay(5000);
    }
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  dht.begin();
  setup_wifi();
  client.setServer(mqtt_server, mqtt_port);
  client.setCallback(callback);
}

void loop() {
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();

  unsigned long currentMillis = millis();

  // 每 2 秒讀取並發行溫濕度
  if (currentMillis - lastDHTTime >= 5000) {
    lastDHTTime = currentMillis;
    float h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature();

    if (!isnan(h) && !isnan(t)) {
      client.publish(temp_topic, String(t, 1).c_str());
      client.publish(humi_topic, String(h, 1).c_str());
      Serial.printf("[DHT22] 溫度: %.1f °C | 濕度: %.1f %%\n", t, h);
    }
  }

  if (currentMode == FLASH) {
    if (currentMillis - lastFlashTime >= 500) {
      lastFlashTime = currentMillis;
      ledState = !ledState;
      digitalWrite(ledPin, ledState);
    }
  } else if (currentMode == TIMER) {
    if (currentMillis - timerStartTime >= 5000) {
      digitalWrite(ledPin, LOW);
      currentMode = OFF;
      publishStatus("off_led");
    }
  }
}

Node-Red程式

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