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Conecte o seu dispositivo IoT à nuvem - Wio Terminal

Nesta parte da lição, irá conectar o seu Wio Terminal ao IoT Hub para enviar telemetria e receber comandos.

Conectar o dispositivo ao IoT Hub

O próximo passo é conectar o seu dispositivo ao IoT Hub.

Tarefa - conectar ao IoT Hub

Abra o projeto soil-moisture-sensor no VS Code.
Abra o ficheiro platformio.ini. Remova a dependência da biblioteca knolleary/PubSubClient. Esta era usada para conectar ao broker MQTT público e não é necessária para conectar ao IoT Hub.
Adicione as seguintes dependências de biblioteca:
```
seeed-studio/Seeed Arduino RTC @ 2.0.0
arduino-libraries/AzureIoTHub @ 1.6.0
azure/AzureIoTUtility @ 1.6.1
azure/AzureIoTProtocol_MQTT @ 1.6.0
azure/AzureIoTProtocol_HTTP @ 1.6.0
azure/AzureIoTSocket_WiFi @ 1.0.2
```
A biblioteca Seeed Arduino RTC fornece código para interagir com um relógio em tempo real no Wio Terminal, usado para acompanhar o tempo. As restantes bibliotecas permitem que o seu dispositivo IoT se conecte ao IoT Hub.
Adicione o seguinte ao final do ficheiro platformio.ini:
```
build_flags =
    -DDONT_USE_UPLOADTOBLOB
```
Isto define uma flag do compilador necessária ao compilar o código do Arduino IoT Hub.
Abra o ficheiro de cabeçalho config.h. Remova todas as configurações de MQTT e adicione a seguinte constante para a string de conexão do dispositivo:
```
// IoT Hub settings
const char *CONNECTION_STRING = "<connection string>";
```
Substitua <connection string> pela string de conexão do seu dispositivo que copiou anteriormente.

A conexão ao IoT Hub utiliza um token baseado no tempo. Isto significa que o dispositivo IoT precisa de saber a hora atual. Diferentemente de sistemas operativos como Windows, macOS ou Linux, os microcontroladores não sincronizam automaticamente a hora atual pela Internet. Por isso, será necessário adicionar código para obter a hora atual de um servidor NTP. Depois de obter a hora, esta pode ser armazenada num relógio em tempo real no Wio Terminal, permitindo que a hora correta seja solicitada posteriormente, assumindo que o dispositivo não perde energia. Adicione um novo ficheiro chamado ntp.h com o seguinte código:

#pragma once

#include "DateTime.h"
#include <time.h>
#include "samd/NTPClientAz.h"
#include <sys/time.h>

static void initTime()
{
    WiFiUDP _udp;
    time_t epochTime = (time_t)-1;
    NTPClientAz ntpClient;

    ntpClient.begin();

    while (true)
    {
        epochTime = ntpClient.getEpochTime("0.pool.ntp.org");

        if (epochTime == (time_t)-1)
        {
            Serial.println("Fetching NTP epoch time failed! Waiting 2 seconds to retry.");
            delay(2000);
        }
        else
        {
            Serial.print("Fetched NTP epoch time is: ");

            char buff[32];
            sprintf(buff, "%.f", difftime(epochTime, (time_t)0));
            Serial.println(buff);
            break;
        }
    }

    ntpClient.end();

    struct timeval tv;
    tv.tv_sec = epochTime;
    tv.tv_usec = 0;

    settimeofday(&tv, NULL);
}

Os detalhes deste código estão fora do âmbito desta lição. Ele define uma função chamada initTime que obtém a hora atual de um servidor NTP e usa-a para configurar o relógio no Wio Terminal.

Abra o ficheiro main.cpp e remova todo o código MQTT, incluindo o ficheiro de cabeçalho PubSubClient.h, a declaração da variável PubSubClient, os métodos reconnectMQTTClient e createMQTTClient, e quaisquer chamadas a estas variáveis e métodos. Este ficheiro deve conter apenas código para conectar ao WiFi, obter a humidade do solo e criar um documento JSON com esta informação.
Adicione as seguintes diretivas #include ao topo do ficheiro main.cpp para incluir os ficheiros de cabeçalho das bibliotecas do IoT Hub e para configurar a hora:
```
#include <AzureIoTHub.h>
#include <AzureIoTProtocol_MQTT.h>
#include <iothubtransportmqtt.h>
#include "ntp.h"
```
Adicione a seguinte chamada ao final da função setup para configurar a hora atual:
```
initTime();
```
Adicione a seguinte declaração de variável ao topo do ficheiro, logo abaixo das diretivas de inclusão:
```
IOTHUB_DEVICE_CLIENT_LL_HANDLE _device_ll_handle;
```
Isto declara um IOTHUB_DEVICE_CLIENT_LL_HANDLE, um identificador para uma conexão ao IoT Hub.

Abaixo disso, adicione o seguinte código:

static void connectionStatusCallback(IOTHUB_CLIENT_CONNECTION_STATUS result, IOTHUB_CLIENT_CONNECTION_STATUS_REASON reason, void *user_context)
{
    if (result == IOTHUB_CLIENT_CONNECTION_AUTHENTICATED)
    {
        Serial.println("The device client is connected to iothub");
    }
    else
    {
        Serial.println("The device client has been disconnected");
    }
}

Isto declara uma função de callback que será chamada quando a conexão ao IoT Hub mudar de estado, como conectar ou desconectar. O estado é enviado para a porta serial.

Abaixo disso, adicione uma função para conectar ao IoT Hub:

void connectIoTHub()
{
    IoTHub_Init();

    _device_ll_handle = IoTHubDeviceClient_LL_CreateFromConnectionString(CONNECTION_STRING, MQTT_Protocol);

    if (_device_ll_handle == NULL)
    {
        Serial.println("Failure creating Iothub device. Hint: Check your connection string.");
        return;
    }

    IoTHubDeviceClient_LL_SetConnectionStatusCallback(_device_ll_handle, connectionStatusCallback, NULL);
}

Este código inicializa o código da biblioteca do IoT Hub e cria uma conexão usando a string de conexão no ficheiro de cabeçalho config.h. Esta conexão é baseada em MQTT. Se a conexão falhar, isso será enviado para a porta serial - se vir isto na saída, verifique a string de conexão. Finalmente, o callback de estado da conexão é configurado.

Chame esta função na função setup abaixo da chamada para initTime:
```
connectIoTHub();
```
Tal como com o cliente MQTT, este código funciona numa única thread, por isso precisa de tempo para processar mensagens enviadas pelo hub e para o hub. Adicione o seguinte ao topo da função loop para fazer isto:
```
IoTHubDeviceClient_LL_DoWork(_device_ll_handle);
```
Compile e carregue este código. Verá a conexão no monitor serial:
```
Connecting to WiFi..
Connected!
Fetched NTP epoch time is: 1619983687
Sending telemetry {"soil_moisture":391}
The device client is connected to iothub
```
Na saída, pode ver a hora NTP a ser obtida, seguida pela conexão do cliente do dispositivo. Pode demorar alguns segundos para conectar, por isso pode ver a humidade do solo na saída enquanto o dispositivo está a conectar.

💁 Pode converter o tempo UNIX do NTP para uma versão mais legível usando um site como unixtimestamp.com

Enviar telemetria

Agora que o seu dispositivo está conectado, pode enviar telemetria para o IoT Hub em vez do broker MQTT.

Tarefa - enviar telemetria

Adicione a seguinte função acima da função setup:

void sendTelemetry(const char *telemetry)
{
    IOTHUB_MESSAGE_HANDLE message_handle = IoTHubMessage_CreateFromString(telemetry);
    IoTHubDeviceClient_LL_SendEventAsync(_device_ll_handle, message_handle, NULL, NULL);
    IoTHubMessage_Destroy(message_handle);
}

Este código cria uma mensagem do IoT Hub a partir de uma string passada como parâmetro, envia-a para o hub e, em seguida, limpa o objeto da mensagem.

Chame este código na função loop, logo após a linha onde a telemetria é enviada para a porta serial:
```
sendTelemetry(telemetry.c_str());
```

Processar comandos

O seu dispositivo precisa de processar um comando do código do servidor para controlar o relé. Este é enviado como uma solicitação de método direto.

Tarefa - processar uma solicitação de método direto

Adicione o seguinte código antes da função connectIoTHub:
```
int directMethodCallback(const char *method_name, const unsigned char *payload, size_t size, unsigned char **response, size_t *response_size, void *userContextCallback)
{
    Serial.printf("Direct method received %s\r\n", method_name);

    if (strcmp(method_name, "relay_on") == 0)
    {
        digitalWrite(PIN_WIRE_SCL, HIGH);
    }
    else if (strcmp(method_name, "relay_off") == 0)
    {
        digitalWrite(PIN_WIRE_SCL, LOW);
    }
}
```
Este código define uma função de callback que a biblioteca do IoT Hub pode chamar quando recebe uma solicitação de método direto. O método solicitado é enviado no parâmetro method_name. Esta função imprime o método chamado na porta serial e, em seguida, liga ou desliga o relé dependendo do nome do método.

💁 Isto também poderia ser implementado num único pedido de método direto, passando o estado desejado do relé num payload que pode ser enviado com o pedido de método e disponível no parâmetro payload.
Adicione o seguinte código ao final da função directMethodCallback:
```
char resultBuff[16];
sprintf(resultBuff, "{\"Result\":\"\"}");
*response_size = strlen(resultBuff);
*response = (unsigned char *)malloc(*response_size);
memcpy(*response, resultBuff, *response_size);

return IOTHUB_CLIENT_OK;
```
As solicitações de método direto precisam de uma resposta, e a resposta é composta por duas partes - uma resposta em texto e um código de retorno. Este código criará um resultado como o seguinte documento JSON:
```
{
    "Result": ""
}
```
Este é então copiado para o parâmetro response, e o tamanho desta resposta é definido no parâmetro response_size. Este código retorna IOTHUB_CLIENT_OK para indicar que o método foi processado corretamente.

Configure o callback adicionando o seguinte ao final da função connectIoTHub:

IoTHubClient_LL_SetDeviceMethodCallback(_device_ll_handle, directMethodCallback, NULL);

A função loop chamará a função IoTHubDeviceClient_LL_DoWork para processar eventos enviados pelo IoT Hub. Isto é chamado apenas a cada 10 segundos devido ao delay, o que significa que os métodos diretos são processados apenas a cada 10 segundos. Para tornar isto mais eficiente, o atraso de 10 segundos pode ser implementado como vários atrasos mais curtos, chamando IoTHubDeviceClient_LL_DoWork cada vez. Para fazer isto, adicione o seguinte código acima da função loop:
```
void work_delay(int delay_time)
{
    int current = 0;
    do
    {
        IoTHubDeviceClient_LL_DoWork(_device_ll_handle);
        delay(100);
        current += 100;
    } while (current < delay_time);
}
```
Este código irá fazer um loop repetidamente, chamando IoTHubDeviceClient_LL_DoWork e atrasando por 100ms cada vez. Fará isto tantas vezes quanto necessário para atrasar pelo tempo dado no parâmetro delay_time. Isto significa que o dispositivo está a esperar no máximo 100ms para processar solicitações de método direto.
Na função loop, remova a chamada para IoTHubDeviceClient_LL_DoWork e substitua a chamada delay(10000) pelo seguinte para chamar esta nova função:
```
work_delay(10000);
```

💁 Pode encontrar este código na pasta code/wio-terminal.

😀 O programa do sensor de humidade do solo está conectado ao seu IoT Hub!

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