ESP32時鐘＋MQTT

這是一個幾乎完整的程式，至少目前我時這麼認為，當然也有想要再改的，現在是逐一資料顯示，如果可以一次更新LCD，應該可以省下一些時間，但我覺得目前的程式易於閱讀，就不想改了。

之前的版整都是用 time.delay所以極耗資源，而且反應緩慢，後來改用 timer 如下的二行程式應該為核心程式
timer.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=timer_callback)

button_timer.init(period=50, mode=Timer.PERIODIC, callback=button_check)

用定時器在每一秒更新LCD螢幕上的資料，按鍵定時器隨時監測有沒有按鍵被按，在此範例中設定的按鍵有關閉LCD版光，跟時間跟網路資訊的切換。

功能說明：

1.開機時先連上網路，並進行對時。

2.第0行顯示日期、連網狀態、星期英文縮寫

3 .第1行顯示時間、溫度及溼度

4 .設定定時器為每秒顯示一次時間

5 .設定0 .1秒檢查按鈕有沒有按下，有時分辨執行GPIO14或是GPIO27內建程序

6 .主循環檢查於4:00進行時間校正，並且防止重複校正的情況發生

接腳說明：

DHT11 S訊號接 GPIO13

DHT11 ＋接GPIO12

GPIO14 為LCD背光按鈕

GPIO27為 顯示主機名稱及IP按鈕

1602 SDA GPIO21

1602 CSL GPIO22

附屬程式：要將lcd_api.py,i2c_lcd.py要跟主程式放在同一個目錄
這將前面程式新增發佈到MQTT
完整程式碼更新：

# 2024/10/07-18:25

import machine

import network

import ntptime

import time

from machine import Pin, SoftI2C, RTC, Timer

from lcd_api import LcdApi

from i2c_lcd import I2cLcd

import dht  # DHT11 感測器模組

from umqtt.simple import MQTTClient  # 用來處理 MQTT 功能

import json  # 用來處理 JSON 資料

# I2C 設定：LCD 顯示模組的 I2C 位址與尺寸

I2C_ADDR = 0x27

totalRows = 2

totalColumns = 16

# MQTT 設定

mqtt_server = '192.168.0.172'

mqtt_port = 11883

client_id = "Phobos-ESP32_client"

mqtt_topic = 'myTopic'

# Wi-Fi 設定

SSID = "Bili-Net"

PASSWORD = "0932388283"

CustomHostmane = "Phobos-ESP32"  # 自訂設備的主機名稱

rtc = RTC()  # RTC (實時時鐘) 模組，用來管理時間

# 初始化網路設置

wifi = network.WLAN(network.STA_IF)  # 設定 Wi-Fi 為工作站模式

wifi.active(True)  # 啟動 Wi-Fi 功能

wifi.config(dhcp_hostname=CustomHostmane)  # 設定主機名稱

wifi_status = False  # 初始化 Wi-Fi 狀態為未連線

dht_sensor = dht.DHT11(Pin(13))  # 初始化 DHT11 感測器 (接在 GPIO13)

dht_power = Pin(12, Pin.OUT)  # DHT11 供電腳位設定為輸出

dht_power.value(1)  # 拉高 GPIO12 提供電源給 DHT11

backlight_control = Pin(14, Pin.IN, Pin.PULL_UP)  # 背光控制按鈕，使用 GPIO14

gpio27 = Pin(27, Pin.IN, Pin.PULL_UP)  # GPIO27 針腳作為另一個按鈕的輸入

# 狀態變數

backlight_state = False  # 背光狀態

gpio27_state = False  # GPIO27 狀態

debounce_time_14 = 0  # 去彈跳時間控制 (按鈕)

debounce_time_27 = 0  # 去彈跳時間控制 (GPIO27)

pause_time_update = False  # 暫停時間更新的控制變數

timer = Timer(0)  # 主要時間計時器

button_timer = Timer(1)  # 按鈕檢查計時器

# 新增狀態變數

previous_time = None  # 上一次更新的時間記錄

previous_date = None  # 上一次更新的日期記錄

previous_temp = None  # 上一次更新的溫度

previous_hum = None  # 上一次更新的濕度

previous_wifi_status = None  # 上一次 Wi-Fi 狀態

previous_weekday_abbr = None  # 上一次的星期縮寫

# 設定時區（台北，UTC+8）

def set_timezone():

    offset = 8 * 3600  # UTC+8 時區的秒數偏移

    now = time.time() + offset  # 取得目前的 UNIX 時間並加上偏移

    tm = time.localtime(now)  # 轉換成本地時間

    rtc.datetime((tm[0], tm[1], tm[2], 0, tm[3], tm[4], tm[5], 0))  # 設定 RTC 的時間

    print('Timezone set to Taipei (UTC+8). Current RTC time:', rtc.datetime())

# 連接到 Wi-Fi

def connect_wifi():

    global wifi_status

    wifi_status = False  # 初始化 Wi-Fi 狀態為未連線

    wifi.connect(SSID, PASSWORD)  # 使用指定的 SSID 和密碼連接 Wi-Fi

    max_attempts = 10  # 最大連線嘗試次數

    attempt_count = 0  # 當前嘗試次數

    # 重複嘗試連接，直到成功或達到最大嘗試次數

    while not wifi.isconnected() and attempt_count < max_attempts:

        print("等待 Wi-Fi 連線... 嘗試次數:", attempt_count + 1)

        time.sleep(1)  # 每次嘗試間隔 1 秒

        attempt_count += 1

    if wifi.isconnected():

        print("Wi-Fi 連線成功:", wifi.ifconfig())  # 連線成功後顯示 IP 設定

        wifi_status = True

    else:

        print("Wi-Fi 連線失敗，已達最大嘗試次數")

# 時間同步

def sync_time():

    try:

        ntptime.settime()  # 與 NTP 伺服器同步時間

        set_timezone()  # 設定時區

        print("時間校對完成:", time.localtime())

    except:

        print("時間校對失敗")

# 初始化 I2C，連接 LCD 顯示器

i2c = SoftI2C(scl=Pin(22), sda=Pin(21), freq=10000)

lcd = I2cLcd(i2c, I2C_ADDR, totalRows, totalColumns)  # LCD 設置

# 狀態變數，儲存按鈕的前一個狀態

backlight_prev_state = 1  # 背光控制按鈕的前一個狀態

gpio27_prev_state = 1  # GPIO27 按鈕的前一個狀態

# 初始化 MQTT 客戶端

client = MQTTClient(client_id, mqtt_server, port=mqtt_port)

def mqtt_connect():

    try:

        client.connect()  # 連接到 MQTT 伺服器

        print('Connected to MQTT Broker at {}:{}'.format(mqtt_server, mqtt_port))

    except Exception as e:

        print('Failed to connect to MQTT Broker. Error:', e)

def get_ip_address():

    """取得設備的 IP 地址"""

    if wifi.isconnected():

        return wifi.ifconfig()[0]  # 回傳 IP 地址

    return "0.0.0.0"  # 若未連接 Wi-Fi，回傳預設值

def format_time_to_string():

    """手動格式化時間字串"""

    now = time.localtime()

    return "{:04d}-{:02d}-{:02d} {:02d}:{:02d}:{:02d}".format(now[0], now[1], now[2], now[3], now[4], now[5])

def publish_to_mqtt(temp, hum):

    try:

        current_time = format_time_to_string()  # 取得手動格式化的時間字串

        ip_address = get_ip_address()  # 取得 IP 地址

        data = {

            "timestamp": current_time,

            "hostname": CustomHostmane,

            "ip": ip_address,

            "Temperature": temp,

            "Humidity": hum

        }

        json_data = json.dumps(data)

        client.publish(mqtt_topic, json_data)

        print('Published to MQTT:', json_data)

    except Exception as e:

        print('Failed to publish to MQTT. Error:', e)

# 按鈕去彈跳控制並檢查狀態變化

def debounce_and_check_state(pin, prev_state, debounce_time, delay=100):

    current_time = time.ticks_ms()  # 取得當前時間 (毫秒)

    current_state = pin.value()  # 取得按鈕的當前狀態

    if current_state == 0 and prev_state == 1 and (current_time - debounce_time > delay):  

        debounce_time = current_time

        return True, debounce_time, current_state

    return False, debounce_time, current_state

# 控制背光的開關

def control_backlight():

    global backlight_state, debounce_time_14, backlight_prev_state

    triggered, debounce_time_14, backlight_prev_state = debounce_and_check_state(backlight_control, backlight_prev_state, debounce_time_14)

    if triggered:  # 若按鈕被觸發

        backlight_state = not backlight_state  # 切換背光狀態

        if backlight_state:

            lcd.backlight_on()  # 打開背光

        else:

            lcd.backlight_off()  # 關閉背光

# 控制 GPIO27 的狀態

def control_gpio27():

    global gpio27_state, debounce_time_27, gpio27_prev_state, pause_time_update

    triggered, debounce_time_27, gpio27_prev_state = debounce_and_check_state(gpio27, gpio27_prev_state, debounce_time_27)

    if triggered:  # 若 GPIO27 按鈕被觸發

        gpio27_state = not gpio27_state  # 切換 GPIO27 狀態

        pause_time_update = not pause_time_update  # 切換時間更新暫停狀態

        update_display()  # 更新顯示

# 取得星期縮寫

def get_weekday_abbreviation(t):

    weekdays = ["Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun"]

    return weekdays[t[6]]  # 根據時間中的星期索引回傳縮寫

# 恢復顯示日期、時間、Wi-Fi 狀態和溫濕度

def restore_display(date, time_str, wifi_status, temp, hum):

    wifi_indicator = "W" if wifi_status else "X"  # Wi-Fi 狀態指示

    weekday_abbr = get_weekday_abbreviation(time.localtime())  # 取得當前星期縮寫

    lcd.clear()  # 清除 LCD 顯示器

    lcd.move_to(0, 0)  # 移到第一行的起點

    lcd.putstr(date)  # 顯示日期

    lcd.move_to(totalColumns - 5, 0)

    lcd.putstr(wifi_indicator)  # 顯示 Wi-Fi 狀態

    lcd.move_to(totalColumns - 3, 0)

    lcd.putstr(weekday_abbr)  # 顯示星期縮寫

    lcd.move_to(0, 1)  # 移到第二行的起點

    lcd.putstr(time_str)  # 顯示時間

    if temp is not None and hum is not None:

        lcd.putstr(" {:2d}C {:2d}%".format(temp, hum))  # 顯示溫度與濕度

    else:

        lcd.putstr(" NaC Na%")  # 無法讀取資料時顯示 NaC Na%

# 更新顯示畫面（根據不同狀態）

def update_display():

    global previous_time, previous_date, previous_temp, previous_hum, previous_wifi_status

    now = time.localtime()

    current_date = format_date(now)

    current_time = format_time(now)

    weekday_abbr = get_weekday_abbreviation(now)

    wifi_indicator = "W" if wifi_status else "X"

    if gpio27_state:  # 若 GPIO27 狀態為 True，顯示主機名稱與 IP

        hostname, ip = get_hostname_and_ip()

        lcd.clear()

        lcd.move_to(0, 0)

        lcd.putstr(hostname)  # 顯示主機名稱

        lcd.move_to(0, 1)

        lcd.putstr(ip)  # 顯示 IP 位址

    else:  # 否則顯示日期與時間

        lcd.clear()

        lcd.move_to(0, 0)

        lcd.putstr(current_date)  # 顯示日期

        lcd.move_to(totalColumns - 5, 0)

        lcd.putstr(wifi_indicator)  # 顯示 Wi-Fi 狀態

        lcd.move_to(totalColumns - 3, 0)

        lcd.putstr(weekday_abbr)  # 顯示星期縮寫

        lcd.move_to(0, 1)

        lcd.putstr(current_time)  # 顯示時間

        lcd.move_to(len(current_time) + 1, 1)

        lcd.putstr("{:2d}C {:2d}%".format(previous_temp, previous_hum))  # 顯示溫度與濕度

# 計時器回調函數

def timer_callback(timer):

    global previous_time, previous_date, previous_temp, previous_hum, previous_wifi_status, previous_weekday_abbr

    if not pause_time_update:  # 如果未暫停更新

        now = time.localtime()

        current_time = format_time(now)

        current_date = format_date(now)

        temp, hum = read_dht11()  # 讀取 DHT11 資料

        current_weekday_abbr = get_weekday_abbreviation(now)

        wifi_current_status = wifi_status

        # 日期變更時更新顯示

        if current_date != previous_date:

            lcd.move_to(0, 0)

            lcd.putstr(current_date)

            previous_date = current_date

        # 時間變更時更新顯示

        if current_time != previous_time:

            lcd.move_to(0, 1)

            lcd.putstr(current_time)

            previous_time = current_time

        # Wi-Fi 狀態變更時更新顯示

        if wifi_current_status != previous_wifi_status:

            lcd.move_to(totalColumns - 5, 0)

            wifi_indicator = "W" if wifi_current_status else "X"

            lcd.putstr(wifi_indicator)

            previous_wifi_status = wifi_current_status

        # 星期變更時更新顯示

        if previous_weekday_abbr != current_weekday_abbr:

            lcd.move_to(totalColumns - 3, 0)

            lcd.putstr(current_weekday_abbr)

            previous_weekday_abbr = current_weekday_abbr

        # 溫溼度變更時更新顯示並發佈到 MQTT

        if temp != previous_temp or hum != previous_hum:

            lcd.move_to(len(current_time) + 1, 1)

            if temp is not None and hum is not None:

                lcd.putstr("{:2d}C {:2d}%".format(temp, hum))

                publish_to_mqtt(temp, hum)  # 發佈到 MQTT

            else:

                lcd.putstr("NaC Na%")

            previous_temp = temp

            previous_hum = hum

# 檢查按鈕的回調函數

def button_check(timer):

    control_backlight()  # 控制背光

    control_gpio27()  # 控制 GPIO27

# 格式化時間

def format_time(t):

    return "{:02}:{:02}:{:02}".format(t[3], t[4], t[5])

# 格式化日期

def format_date(t):

    return "{:04}-{:02}-{:02}".format(t[0], t[1], t[2])

# 取得主機名稱與 IP

def get_hostname_and_ip():

    if wifi.isconnected():

        return wifi.config('dhcp_hostname'), wifi.ifconfig()[0]

    return None, None

# 讀取 DHT11 感測器數據

def read_dht11():

    try:

        dht_sensor.measure()  # 讀取溫溼度資料

        return dht_sensor.temperature(), dht_sensor.humidity()  # 回傳溫度與濕度

    except:

        return None, None  # 讀取失敗時回傳 None

# 同步時間設定

sync_done = False

connect_wifi()  # 連接 Wi-Fi

mqtt_connect()  # 連接到 MQTT

sync_time()  # 同步時間

# 初始化定期更新時間與顯示的計時器

timer.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=timer_callback)

button_timer.init(period=50, mode=Timer.PERIODIC, callback=button_check)

# 主循環，檢查同步時間

while True:

    now = time.localtime()

    if now[3] == 4 and now[4] == 0 and not sync_done:

        sync_time()  # 每天凌晨 4:00 同步時間

        sync_done = True

    if now[3] == 0 and now[4] == 0 and sync_done:

        sync_done = False  # 每天凌晨 0:00 重置同步標誌

    time.sleep(0.1)  # 小休眠

主要更新：

• 手動格式化時間字串：新增 format_time_to_string() 函數，用於手動將時間格式化成字串，類似於 strftime。

• 發佈到 MQTT：使用手動格式化的時間字串，發佈包含時間、IP、溫度和濕度的 JSON 資料到 MQTT。