*ESP32 Motion Timer  V2

程式功能解說：

這個程式是基於 ESP32 的 MicroPython 應用，用於偵測人體紅外線感應器（PIR）的移動，並通過 TM1637 LED 顯示模組顯示計時。

主要功能包括：

• 移動偵測與計時：

  • 當 PIR 感應器偵測到移動時，開始計時，並在 LED 顯示模組上顯示經過的時間（格式為 MM
    ）。

  • 如果持續偵測到移動，計時會繼續，直到達到設定的最大時間（例如 30 分鐘）。

  • 當計時達到最大時間時，顯示 “UPUP” 字樣，提示使用者需要進行某種操作。

• 重置功能：

  • 當顯示 “UPUP” 時，按下連接到 GPIO12 的按鈕可以重置計時，回到等待偵測的狀態。

• 無移動倒計時：

  • 如果在移動偵測後的持續時間內未再偵測到移動，開始 30 秒的倒計時。

  • 如果在倒計時結束前未偵測到新的移動，計時停止，回到等待狀態。

• MQTT 通訊：

  • 程式會通過 MQTT 將狀態和數據上傳到伺服器，包括偵測狀態、計時、IP 地址等。

• 時間校正：

  • 通過 NTP 進行時間同步，確保裝置的時間正確。

  • 每天固定時間（例如凌晨 4 點）進行一次時間校正。

程式碼（已添加完整註解）：

python

複製程式碼

# 2024/10/06-12:30

import network

import time

import ujson

from machine import Pin, RTC

from umqtt.simple import MQTTClient

import ntptime  # 用於 NTP 時間校正

import tm1637  # 引入 tm1637 驅動程式

# Wi-Fi 設定

SSID = "Bili-Net"

PASSWORD = "0932388283"

HOSTNAME = "MotionTimer-01"

mqtt_server = '192.168.0.172'

mqtt_port = 11883  # MQTT 伺服器端口

client_id = HOSTNAME + '_client'

mqtt_topic = 'myTopic'

# 台北時區 (UTC+8)

TIMEZONE_OFFSET = 8 * 60 * 60  # 秒

# 定義 HC-SR501 的輸出腳位、LED 顯示模組的 CLK 和 DIO 腳位，以及重置按鈕

PIR_PIN = Pin(4, Pin.IN)    # ESP32 的 D4 腳位對應 GPIO4，用於接收 PIR 感應器訊號

LED_PIN = Pin(2, Pin.OUT)   # GPIO2 用來控制 LED 指示燈

RESET_BUTTON = Pin(12, Pin.IN, Pin.PULL_UP)  # GPIO12 接重置按鈕，內部上拉

tm = tm1637.TM1637(clk=Pin(16), dio=Pin(17))  # 初始化 TM1637 顯示模組

rtc = RTC()  # 初始化實時時鐘

# 設定相關變數

detect_flag = False  # 是否偵測到物體的標誌

start_time = 0       # 計時開始時間

timeout = 45         # 無移動時的倒計時，單位：秒

interval = 1         # 主迴圈的延遲時間，單位：秒

no_motion_start_time = None  # 記錄無移動開始的時間

max_time = 1800      # 計時最大值為 30 分鐘 (1800 秒)

last_ntp_sync = None  # 上次 NTP 同步時間

mqtt_client = None  # MQTT 客戶端

mqtt_reconnect_interval = 10  # MQTT 重連間隔時間，單位：秒

# 格式化當前日期和時間為 'YYYY-MM-DD HH:MM:SS'

def format_datetime():

    now = time.localtime(time.time() + TIMEZONE_OFFSET)  # 調整為台北時區

    return "{:04d}-{:02d}-{:02d} {:02d}:{:02d}:{:02d}".format(

        now[0], now[1], now[2], now[3], now[4], now[5]

    )

# NTP 校正時間

def sync_time():

    global last_ntp_sync

    try:

        ntptime.settime()

        last_ntp_sync = time.time() + TIMEZONE_OFFSET  # 記錄最後同步時間

        print(f"時間校正成功: {format_datetime()}")

    except Exception as e:

        print(f"時間校正失敗: {e}")

# 檢查是否需要進行 NTP 校正

def check_time_sync():

    global last_ntp_sync

    now = time.localtime(time.time() + TIMEZONE_OFFSET)

    # 每天早上 4:00 校正時間

    if now[3] == 4 and (last_ntp_sync is None or time.time() - last_ntp_sync >= 86400):

        sync_time()

# 建立 MQTT 連接

def connect_mqtt():

    global mqtt_client

    try:

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

        mqtt_client.connect()

        print("已連接到 MQTT 伺服器")

    except Exception as e:

        mqtt_client = None

        print(f"無法連接到 MQTT 伺服器: {e}")

# 連接到 Wi-Fi

def connect_wifi():

    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)

    wlan.active(True)

    wlan.connect(SSID, PASSWORD)

    while not wlan.isconnected():

        print("正在連接到 Wi-Fi...")

        time.sleep(1)

    print("Wi-Fi 連接成功，網路設定：", wlan.ifconfig())

    sync_time()  # Wi-Fi 連接成功後校正時間

# 上傳數據到 MQTT

def publish_data(status):

    global mqtt_client

    if mqtt_client:

        try:

            wlan = network.WLAN(network.STA_IF)  # 確保已經連接到 Wi-Fi

            ip_address = wlan.ifconfig()[0]  # 取得 IP 地址

            data = {

                "hostname": HOSTNAME,

                "status": status,

                "timestamp": format_datetime(),  # 使用格式化的時間

                "ip": ip_address  # 新增 IP 地址

            }

            mqtt_client.publish(mqtt_topic, ujson.dumps(data))

            print(f"已上傳數據: {data}")

        except Exception as e:

            print(f"上傳數據失敗: {e}")

            mqtt_client = None  # 失敗後重置 mqtt_client 並重新連接

    else:

        print("MQTT 未連接，嘗試重新連接...")

        connect_mqtt()

# 顯示等待狀態（中間的冒號）

def display_waiting():

    tm.set_segments([0x00, 0x80, 0x00, 0x00])  # 中間顯示冒號

# 顯示時間格式 MM:SS

def display_time(minutes, seconds):

    minute_tens = minutes // 10

    minute_ones = minutes % 10

    second_tens = seconds // 10

    second_ones = seconds % 10

    segments = [

        tm.encode_digit(minute_tens),

        tm.encode_digit(minute_ones) | 0x80,  # 中間的冒號

        tm.encode_digit(second_tens),

        tm.encode_digit(second_ones)

    ]

    tm.set_segments(segments)

# 顯示秒數格式 :SS

def display_seconds(seconds):

    second_tens = seconds // 10

    second_ones = seconds % 10

    segments = [0x00, 0x80, tm.encode_digit(second_tens), tm.encode_digit(second_ones)]

    tm.set_segments(segments)

# 顯示 'UPUP' 字樣

def display_upup():

    segments = [0x3e, 0x73, 0x3e, 0x73]  # 'UPUP' 的字模

    tm.set_segments(segments)

# 重置計時器並回到等待狀態

def reset_timer():

    global detect_flag, start_time, no_motion_start_time

    detect_flag = False

    start_time = 0

    no_motion_start_time = None

    LED_PIN.off()  # 熄滅指示燈

    display_waiting()  # 回到等待模式

    print("計時已重置，回到等待模式")

# 主程式

try:

    connect_wifi()    # 連接 Wi-Fi

    connect_mqtt()    # 連接 MQTT

    print("PIR 模組初始化中...")

    time.sleep(2)     # 等待 PIR 模組穩定

    print("準備偵測中（按 Ctrl+C 結束）")

    display_waiting()  # 開始時顯示等待狀態

    while True:

        check_time_sync()  # 檢查是否需要校正時間

        current_state = PIR_PIN.value()  # 讀取 PIR 感應器狀態

        # 檢查是否按下重置按鈕（GPIO12 為低時表示按下）

        if RESET_BUTTON.value() == 0:

            reset_timer()

            publish_data("reset")

            time.sleep(0.5)  # 防止按鈕彈跳

        if current_state:

            if not detect_flag:

                detect_flag = True

                start_time = time.time()

                no_motion_start_time = None

                LED_PIN.on()  # 開啟指示燈

                print("\n偵測到物體移動! 開始計時...", end="\r")

                publish_data("detected")

            else:

                elapsed_time = time.time() - start_time

                if elapsed_time >= max_time:

                    print("計時達到30分鐘，顯示UPUP...")

                    while PIR_PIN.value():

                        # 新增：檢查重置按鈕是否被按下

                        if RESET_BUTTON.value() == 0:

                            reset_timer()

                            publish_data("reset")

                            time.sleep(0.5)  # 防止按鈕彈跳

                            break  # 跳出迴圈，停止顯示UPUP

                        display_upup()

                        publish_data("UPUP")

                        time.sleep(1)

                        tm.clear()  # 清除顯示

                        time.sleep(1)

                    reset_timer()

                else:

                    minutes = int(elapsed_time // 60)

                    seconds = int(elapsed_time % 60)

                    display_time(minutes, seconds)

                    publish_data(f"{minutes:02}:{seconds:02}")

                    print(f"持續偵測到物體移動! 計時... {minutes:02}:{seconds:02}", end="\r")

            no_motion_start_time = None

        else:

            if detect_flag and no_motion_start_time is None:

                no_motion_start_time = time.time()

                print("\n未偵測到移動，開始計算30秒倒數...", end="\r")

                publish_data("no_motion")

            elif no_motion_start_time is not None:

                no_motion_elapsed_time = time.time() - no_motion_start_time

                if no_motion_elapsed_time >= timeout:

                    elapsed_time = time.time() - start_time

                    seconds = int(elapsed_time % 60)

                    display_seconds(seconds)

                    print(f"\n30秒內未偵測到移動，停止計時... 偵測停止")

                    reset_timer()

                    publish_data("stopped")

                else:

                    seconds = int(timeout - no_motion_elapsed_time)

                    display_seconds(seconds)

                    publish_data(f"countdown: {seconds} seconds")

                    print(f"\n30秒倒數中，還剩：{seconds} 秒", end="\r")

        # 每隔1秒檢查一次狀態，更新時間顯示

        time.sleep(interval)

except KeyboardInterrupt:

    print("\n程式結束")

最佳化建議和注意事項：

1. 按鈕防抖處理：

   • 問題： 目前的按鈕按下後只使用了簡單的延遲來防止彈跳，可能不夠可靠。

   • 建議： 實現一個軟體防抖機制，例如在檢測到按鈕狀態改變後，連續檢查按鈕狀態數次，確保按鈕確實被按下。

2. 錯誤處理和穩定性：

   • 問題： 在連接 MQTT 和 Wi-Fi 時，缺乏重新嘗試機制。

   • 建議： 實現自動重連功能，當連接失敗時，間隔一段時間後重新嘗試連接，確保裝置的穩定性。

3. 資源管理：

   • 問題： 長時間運行可能導致記憶體洩漏或資源耗盡。

   • 建議： 定期清理未使用的資源，或在需要時進行垃圾回收。

4. 提升可讀性和維護性：

   • 問題： 部分程式碼缺乏適當的結構化。

   • 建議： 將重複的代碼段抽象為函數，並添加更多註解，以提高可讀性。

5. 安全性考量：

   • 問題： Wi-Fi 密碼和 MQTT 伺服器資訊在程式中明文顯示。

   • 建議： 將敏感資訊存儲在配置文件或環境變數中，或在發布前移除敏感資訊。

6. 硬體兼容性：

   • 注意事項： 不同的硬體可能有不同的引腳配置。

   • 建議： 在部署到新硬體時，確認引腳配置是否正確，並根據需要進行調整。

7. 時間同步優化：

   • 問題： 每天只在固定時間同步時間，可能導致時間累積誤差。

   • 建議： 增加同步頻率，例如每隔 12 小時同步一次，或者當偵測到時間差異較大時自動同步。

8. 日誌記錄和監控：

   • 建議： 添加日誌記錄功能，將關鍵事件和錯誤記錄下來，以便於日後的問題排查。

9. 用戶反饋：

   • 建議： 在裝置上添加更多的用戶反饋機制，例如蜂鳴器或 LED 指示燈，以提示當前狀態。

10. 功耗管理：

    • 注意事項： 如果裝置需要長時間運行，功耗可能是個問題。

    • 建議： 考慮在無需運行時進入休眠模式，或優化程式以降低功耗。