Wokwi

Per la simulazione della scheda, useremo Wokwi, che permette una simulazione molto fedele, è semplice da usare e la parte gratuita permette di fare tutto quello che ci serve.

Come detto nello scenario, useremo una ESP32; per semplicità la qualità dell'aria viene monitorata con il solo sensore di temperatura ed umidità DHT22.

L'ESP32 è un ottima scelta per IoT perché permette, in un progetto reale, di criptare facilmente i dati e risparmiare energia con la funzionalità deep sleep.

Creiamo una stazione di monitoraggio ambientale virtuale con Wokwi ed MQTT:

• accedere a wokwi.com
• fare la copia di questo progetto
• cambiare MQTT_CLIENT_ID con qualcosa di personale ed unico
• cambiare MQTT_TOPIC in marconi-stazione-2024
• opzionale: cambiare SENSOR_LOCATION scegliendo tra "Atrio", "Parcheggio" e "Giardino"
• premere il tasto Play e la nostra stazione è pronta!

Note sul progetto:

• il protocollo NTP permette di leggere l'ora UTC reale, opzionalmente si potrà in futuro aggiungere anche il fuso orario
• il messaggio varierà sempre perché cambia il timestamp, il controllo per l'aggiornamento serve principalmente per evitare di mandare più volte per errore lo stesso messaggio
• per debug ora l'intervallo di invio è 10 secondi, nel progetto reale si può fare un intervallo molto più ampio (es. 2 ore) e usare la funzionalità deep sleep per ridurre il consumo energetico in questo intervallo

Per testare che sta andando tutto bene, andare su https://www.hivemq.com/demos/websocket-client/, lasciare le impostazioni di default e premere "Connect". Sottoscriversi allo stesso topic del simulatore, quindi provare a cambiare i valori ambientali su wokwi cliccando sul sensore e variando i dati di temperatura ed umidità, dovreste vedere arrivare i messaggi sul vostro client web.

Riferimento codice

Metto qui sotto lo stesso codice usato nel progetto copiato sopra, come riferimento.

"""
MicroPython IoT Weather Station Example for Wokwi.com

To view the data:

1. Go to http://www.hivemq.com/demos/websocket-client/
2. Click "Connect"
3. Under Subscriptions, click "Add New Topic Subscription"
4. In the Topic field, type "wokwi-weather" then click "Subscribe"

Now click on the DHT22 sensor in the simulation,
change the temperature/humidity, and you should see
the message appear on the MQTT Broker, in the "Messages" pane.

Copyright (C) 2022, Uri Shaked

https://wokwi.com/arduino/projects/322577683855704658
"""

import network
import time
import ntptime
from machine import Pin
import dht
import ujson
from umqtt.simple import MQTTClient

# MQTT Server Parameters
MQTT_CLIENT_ID = "micropython-weather-capobianco-ac516af1"
MQTT_BROKER    = "broker.mqttdashboard.com"
MQTT_USER      = ""
MQTT_PASSWORD  = ""
MQTT_TOPIC     = "marconi-stazione-2024"

SENSOR_LOCATION = "Giardino"

sensor = dht.DHT22(Pin(15))

print("Connecting to WiFi", end="")
sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
sta_if.active(True)
sta_if.connect('Wokwi-GUEST', '')
while not sta_if.isconnected():
  print(".", end="")
  time.sleep(0.1)
print(" Connected!")

print("Connecting to MQTT server... ", end="")
client = MQTTClient(MQTT_CLIENT_ID, MQTT_BROKER, user=MQTT_USER, password=MQTT_PASSWORD)
client.connect()
print("Connected!")

print("Sync time with NTP... ", end="")
ntptime.settime()
print("Sync!")

prev_weather = ""
while True:
  print("Measuring weather conditions... ", end="")
  sensor.measure() 
  anno, mese, giorno, ora, minuti, secondi, giorno_settimana, anno_settimana = time.localtime()
  message = ujson.dumps({
    "location" : SENSOR_LOCATION,
    "temp": sensor.temperature(),
    "humidity": sensor.humidity(),
    "timestamp": f"{anno}-{mese:02d}-{giorno:02d}T{ora:02d}:{minuti:02d}:{secondi:02d}"
  })

  if message != prev_weather:
    print("Updated!")
    print("Reporting to MQTT topic {}: {}".format(MQTT_TOPIC, message))
    client.publish(MQTT_TOPIC, message)
    prev_weather = message
  else:
    print("No change")
  time.sleep(10)

Sempre per riferimento, inserisco anche il diagram.json.

{
  "version": 1,
  "author": "Uri Shaked",
  "editor": "wokwi",
  "parts": [
    { "type": "board-esp32-devkit-c-v4", "id": "esp", "top": -38.4, "left": -100.76, "attrs": {} },
    {
      "type": "wokwi-dht22",
      "id": "dht1",
      "top": -38.1,
      "left": 42.6,
      "attrs": { "temperature": "58.2" }
    }
  ],
  "connections": [
    [ "esp:TX", "$serialMonitor:RX", "", [] ],
    [ "esp:RX", "$serialMonitor:TX", "", [] ],
    [ "dht1:VCC", "esp:3V3", "red", [ "v109.3", "h-170.36", "v-200.78" ] ],
    [ "dht1:SDA", "esp:15", "green", [ "v0" ] ],
    [ "dht1:GND", "esp:GND.1", "black", [ "v99.7", "h-189.56", "v-66.38" ] ]
  ],
  "dependencies": {}
}