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使用互聯網控制你的夜燈 - Wio Terminal

物聯網設備需要編寫程式碼，通過 MQTT 與 test.mosquitto.org 通信，發送光感應器讀取的遙測值，並接收控制 LED 的指令。

在本課程的這部分，你將把 Wio Terminal 連接到 MQTT broker。

安裝 WiFi 和 MQTT Arduino 庫

為了與 MQTT broker 通信，你需要安裝一些 Arduino 庫來使用 Wio Terminal 的 WiFi 芯片，並與 MQTT 通信。在開發 Arduino 設備時，你可以使用大量的開源庫，這些庫實現了多種功能。Seeed 提供了 Wio Terminal 的 WiFi 通信庫。其他開發者也發布了與 MQTT broker 通信的庫，你將使用這些庫來操作你的設備。

這些庫以源代碼的形式提供，可以自動導入到 PlatformIO 並編譯到你的設備中。這樣，Arduino 庫可以在任何支持 Arduino 框架的設備上運行，前提是設備具有該庫所需的特定硬件。一些庫，例如 Seeed WiFi 庫，是針對特定硬件的。

庫可以全局安裝並在需要時編譯，也可以安裝到特定項目中。對於這次任務，庫將安裝到項目中。

✅ 你可以在 PlatformIO 庫文檔中了解更多關於庫管理以及如何查找和安裝庫的信息。

任務 - 安裝 WiFi 和 MQTT Arduino 庫

安裝 Arduino 庫。

在 VS Code 中打開夜燈項目。
在 platformio.ini 文件的末尾添加以下內容：
```
lib_deps =
    seeed-studio/Seeed Arduino rpcWiFi @ 1.0.5
    seeed-studio/Seeed Arduino FS @ 2.1.1
    seeed-studio/Seeed Arduino SFUD @ 2.0.2
    seeed-studio/Seeed Arduino rpcUnified @ 2.1.3
    seeed-studio/Seeed_Arduino_mbedtls @ 3.0.1
```
這將導入 Seeed WiFi 庫。@ <number> 語法指的是該庫的特定版本號。

💁 你可以刪除 @ <number> 以始終使用最新版本的庫，但不能保證最新版本的庫能與下面的代碼正常運行。這裡的代碼已經使用該版本的庫進行測試。

這就是添加庫所需的全部操作。下次 PlatformIO 編譯項目時，它將下載這些庫的源代碼並編譯到你的項目中。
在 lib_deps 中添加以下內容：
```
knolleary/PubSubClient @ 2.8
```
這將導入 PubSubClient，一個 Arduino MQTT 客戶端。

連接到 WiFi

現在可以將 Wio Terminal 連接到 WiFi。

任務 - 連接到 WiFi

將 Wio Terminal 連接到 WiFi。

在 src 文件夾中創建一個名為 config.h 的新文件。你可以通過選擇 src 文件夾或其中的 main.cpp 文件，然後在資源管理器中選擇 新文件 按鈕來完成。當你的光標位於資源管理器上時，該按鈕才會出現。

在該文件中添加以下代碼以定義 WiFi 憑據的常量：

#pragma once

#include <string>

using namespace std;

// WiFi credentials
const char *SSID = "<SSID>";
const char *PASSWORD = "<PASSWORD>";

將 <SSID> 替換為你的 WiFi SSID。將 <PASSWORD> 替換為你的 WiFi 密碼。

打開 main.cpp 文件。
在文件頂部添加以下 #include 指令：
```
#include <PubSubClient.h>
#include <rpcWiFi.h>
#include <SPI.h>

#include "config.h"
```
這將包含你之前添加的庫的頭文件以及配置頭文件。這些頭文件是必需的，用於告訴 PlatformIO 導入庫中的代碼。如果不顯式包含這些頭文件，某些代碼將不會被編譯，並且你會遇到編譯器錯誤。

在 setup 函數上方添加以下代碼：

void connectWiFi()
{
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
    {
        Serial.println("Connecting to WiFi..");
        WiFi.begin(SSID, PASSWORD);
        delay(500);
    }

    Serial.println("Connected!");
}

此代碼在設備未連接到 WiFi 時進行循環，並使用配置頭文件中的 SSID 和密碼嘗試連接。

在 setup 函數底部，配置引腳後，調用此函數。
```
connectWiFi();
```

將此代碼上傳到你的設備以檢查 WiFi 連接是否正常。你應該能在串行監視器中看到以下內容。

> Executing task: platformio device monitor <

--- Available filters and text transformations: colorize, debug, default, direct, hexlify, log2file, nocontrol, printable, send_on_enter, time
--- More details at http://bit.ly/pio-monitor-filters
--- Miniterm on /dev/cu.usbmodem1101  9600,8,N,1 ---
--- Quit: Ctrl+C | Menu: Ctrl+T | Help: Ctrl+T followed by Ctrl+H ---
Connecting to WiFi..
Connected!

連接到 MQTT

Wio Terminal 連接到 WiFi 後，可以連接到 MQTT broker。

任務 - 連接到 MQTT

連接到 MQTT broker。

在 config.h 文件底部添加以下代碼以定義 MQTT broker 的連接詳細信息：
```
// MQTT settings
const string ID = "<ID>";

const string BROKER = "test.mosquitto.org";
const string CLIENT_NAME = ID + "nightlight_client";
```
將 <ID> 替換為一個唯一的 ID，該 ID 將用作此設備客戶端的名稱，並在稍後用於此設備發布和訂閱的主題。test.mosquitto.org broker 是公共的，許多人都在使用，包括其他完成此任務的學生。擁有唯一的 MQTT 客戶端名稱和主題名稱可以確保你的代碼不會與其他人的代碼衝突。稍後在創建服務器代碼時，你也需要此 ID。

💁 你可以使用像 GUIDGen 這樣的網站來生成唯一的 ID。

BROKER 是 MQTT broker 的 URL。

CLIENT_NAME 是此 MQTT 客戶端在 broker 上的唯一名稱。
打開 main.cpp 文件，並在 connectWiFi 函數下方和 setup 函數上方添加以下代碼：
```
WiFiClient wioClient;
PubSubClient client(wioClient);
```
此代碼使用 Wio Terminal WiFi 庫創建一個 WiFi 客戶端，並使用它創建一個 MQTT 客戶端。

在此代碼下方添加以下內容：

void reconnectMQTTClient()
{
    while (!client.connected())
    {
        Serial.print("Attempting MQTT connection...");

        if (client.connect(CLIENT_NAME.c_str()))
        {
            Serial.println("connected");
        }
        else
        {
            Serial.print("Retying in 5 seconds - failed, rc=");
            Serial.println(client.state());

            delay(5000);
        }
    }
}

此函數測試與 MQTT broker 的連接，如果未連接則重新連接。它會在未連接時進行循環，並使用配置頭文件中定義的唯一客戶端名稱嘗試連接。

如果連接失敗，5 秒後重試。

在 reconnectMQTTClient 函數下方添加以下代碼：
```
void createMQTTClient()
{
    client.setServer(BROKER.c_str(), 1883);
    reconnectMQTTClient();
}
```
此代碼為客戶端設置 MQTT broker，並設置接收到消息時的回調。然後嘗試連接到 broker。
在 WiFi 連接後，在 setup 函數中調用 createMQTTClient 函數。
用以下代碼替換整個 loop 函數：
```
void loop()
{
    reconnectMQTTClient();
    client.loop();

    delay(2000);
}
```
此代碼首先重新連接到 MQTT broker。這些連接很容易中斷，因此定期檢查並在必要時重新連接是值得的。然後調用 MQTT 客戶端的 loop 方法來處理任何在訂閱的主題上接收到的消息。此應用程序是單線程的，因此消息不能在後台線程上接收，因此需要在主線程上分配時間來處理網絡連接上等待的消息。

最後，2 秒的延遲確保光線水平不會發送得太頻繁，並減少設備的功耗。

將代碼上傳到你的 Wio Terminal，並使用串行監視器查看設備連接到 WiFi 和 MQTT。

> Executing task: platformio device monitor <

source /Users/jimbennett/GitHub/IoT-For-Beginners/1-getting-started/lessons/4-connect-internet/code-mqtt/wio-terminal/nightlight/.venv/bin/activate
--- Available filters and text transformations: colorize, debug, default, direct, hexlify, log2file, nocontrol, printable, send_on_enter, time
--- More details at http://bit.ly/pio-monitor-filters
--- Miniterm on /dev/cu.usbmodem1201  9600,8,N,1 ---
--- Quit: Ctrl+C | Menu: Ctrl+T | Help: Ctrl+T followed by Ctrl+H ---
Connecting to WiFi..
Connected!
Attempting MQTT connection...connected

💁 你可以在 code-mqtt/wio-terminal 文件夾中找到此代碼。

😀 你已成功將設備連接到 MQTT broker。

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