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使用網際網路控制夜燈 - Wio Terminal

物聯網設備需要透過 MQTT 與 test.mosquitto.org 通訊，傳送光感測器讀取的遙測值，並接收控制 LED 的指令。

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

安裝 WiFi 和 MQTT Arduino 函式庫

為了與 MQTT broker 通訊，您需要安裝一些 Arduino 函式庫，以使用 Wio Terminal 的 WiFi 晶片並與 MQTT 通訊。在開發 Arduino 設備時，您可以使用多種函式庫，這些函式庫包含開源代碼並實現了廣泛的功能。Seeed 提供了 Wio Terminal 的函式庫，使其能夠透過 WiFi 通訊。其他開發者則發布了與 MQTT broker 通訊的函式庫，您將使用這些函式庫與您的設備進行互動。

這些函式庫以原始碼形式提供，可以自動導入到 PlatformIO 並編譯到您的設備中。這樣，Arduino 函式庫可以在任何支持 Arduino 框架的設備上運行，前提是該設備具有函式庫所需的特定硬體。一些函式庫，例如 Seeed WiFi 函式庫，是針對特定硬體的。

函式庫可以全域安裝並在需要時編譯，或者安裝到特定專案中。對於這次作業，函式庫將安裝到專案中。

✅ 您可以在 PlatformIO 函式庫文件中了解更多有關函式庫管理以及如何查找和安裝函式庫的資訊。

任務 - 安裝 WiFi 和 MQTT Arduino 函式庫

安裝 Arduino 函式庫。

在 VS Code 中打開夜燈專案。
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
```
這會導入 Seeed WiFi 函式庫。@ <number> 語法指的是函式庫的特定版本號。

💁 您可以移除 @ <number> 以始終使用最新版本的函式庫，但無法保證後續版本能與以下代碼正常運行。此處的代碼已使用該版本的函式庫進行測試。

這就是您需要做的所有操作來添加函式庫。下次 PlatformIO 編譯專案時，它將下載這些函式庫的原始碼並編譯到您的專案中。
在 lib_deps 中添加以下內容：
```
knolleary/PubSubClient @ 2.8
```
這會導入 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 資料夾中建立一個名為 config.h 的新文件。您可以通過選擇 src 資料夾或其中的 main.cpp 文件，然後在檔案瀏覽器中選擇 新文件 按鈕來完成。當您的游標位於檔案瀏覽器上時，該按鈕才會出現。

在此文件中添加以下代碼以定義 WiFi 憑證的常數：

#pragma once

#include <string>

using namespace std;

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

將 <SSID> 替換為您的 WiFi SSID。將 <PASSWORD> 替換為您的 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"
```
這會包含您之前添加的函式庫的標頭文件以及配置標頭文件。這些標頭文件是必需的，以告訴 PlatformIO 導入函式庫中的代碼。如果未明確包含這些標頭文件，某些代碼將無法編譯，並且您會遇到編譯器錯誤。

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!");
}

此代碼會在設備未連接到 WiFi 時進行迴圈，並嘗試使用配置標頭文件中的 SSID 和密碼進行連接。

在 setup 函數底部，配置引腳後添加對此函數的調用。
```
connectWiFi();
```

將此代碼上傳到您的設備以檢查 WiFi 連接是否正常。您應該在序列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 的連接詳細資訊：
```
// 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，稍後也會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，包括其他正在完成此作業的學生。擁有唯一的 MQTT 客戶端名稱和主題名稱可確保您的代碼不會與其他人的代碼衝突。稍後在此作業中建立伺服器代碼時，您也需要此 ID。

💁 您可以使用像 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、setup 函數上方添加以下代碼：
```
WiFiClient wioClient;
PubSubClient client(wioClient);
```
此代碼使用 Wio Terminal WiFi 函式庫創建一個 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，並在未連接時重新連接。它會在未連接時進行迴圈，並嘗試使用配置標頭文件中定義的唯一客戶端名稱進行連接。

如果連接失敗，則會在 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函數。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，它調用 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。此應用程式是單執行緒的，因此消息無法在背景執行緒上接收，因此需要在主執行緒上分配時間來處理任何等待的網路連接消息。

最後，2 秒的延遲確保光線水平不會過於頻繁地發送，並減少設備的功耗。

將代碼上傳到您的 Wio Terminal，並使用序列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

💁 您可以在 code-mqtt/wio-terminal 資料夾中找到此代碼。

😀 您已成功將設備連接到 MQTT broker。

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