۱. دریافت فرامین و کلیدهای سایت (Subscribe)

برای اینکه برد شما متوجه شود در داشبورد وب‌سایت چه دکمه‌ای را زده‌اید، باید روی کانال یا تاپیک مربوطه اصطلاحاً Subscribe (گوش به زنگ) شود:

mqtt.subscribe((String(USER_API_KEY) + "/relays/#").c_str());

کاراکتر # در MQTT به معنی Wildcard است و باعث می‌شود برد تمام پیام‌های رله‌های ۱ تا ۴ را یکجا دریافت کند. به محض کلیک در سایت، تابع callback اجرا شده و با دستور زیر خروجی را قطع یا وصل می‌کند:

digitalWrite(R1_PIN, message == "1" ? HIGH : LOW);

۲. فرستادن اطلاعات فیزیکی به سایت (Publish)

هر زمان مقدار پتانسیومتر یا سنسورهای متصل به برد تغییر کند، باید آن را به وب‌سایت ارسال (Publish) کنیم تا داشبورد بلافاصله همگام (Sync) شود:

mqtt.publish((String(USER_API_KEY) + "/sliders/sl1").c_str(), String(mappedPot).c_str(), true);

گذاشتن مقدار true در انتهای دستور بالا، پیام را به صورت Retained (ماندگار) ذخیره می‌کند تا در صورت رفرش کردن صفحه یا باز کردن مجدد سایت، آخرین مقدار سنسور بلافاصله لود شود.

۳. حفظ ایمنی هنگام قطع و وصل برق (First Boot Security)

اگر برق قطع و وصل شود یا برد ناگهان ریست شود، ممکن است در کدهای ساده رله‌ها به اشتباه روشن بمانند. برای امنیت بیشتر، سیستم در اولین راه‌اندازی (First Boot)، وضعیت کلیدها را روی سرور صفر (خاموش) می‌کند تا همه‌چیز در ایمنی کامل استارت بخورد:

if (isFirstBoot) {
  mqtt.publish((String(USER_API_KEY) + "/relays/r1").c_str(), "0", true);
  isFirstBoot = false;
}

۴. ارسال داده بدون فریز شدن مدار (تایمر Non-blocking)

استفاده از دستور delay() در برنامه‌نویسی اینترنت اشیا یک اشتباه بزرگ است، زیرا کل پردازنده را قفل می‌کند و دکمه‌ها دیگر کار نخواهند کرد! برای حل این مشکل، از تایمرهای غیرمسدودکننده (Non-blocking) با تابع millis() استفاده می‌کنیم تا خواندن دما هر ۶۰ ثانیه انجام شود و در عین حال، دستورات کلیدها بدون هیچ تاخیری اجرا شوند:

if (now - lastMsgTime > 60000) {
  lastMsgTime = now;
  mqtt.publish((String(USER_API_KEY) + "/sensors/s1").c_str(), String(realTemp).c_str(), true);
}

۵. سیگنال اعلام حضور برد در شبکه (Heartbeat)

برای اینکه سایت متوجه شود برد شما روشن و به اینترنت وصل است، برد هر ۲۰ ثانیه یک پکت اعلام حضور (Ping) با متن online به سرور می‌فرستد. در صورت خاموش شدن برد یا قطع وای‌فای، سرور مای الکترو بعد از ۳۵ ثانیه متوجه آفلاین شدن فیزیکی دستگاه می‌شود:

if (now - lastHeartbeatTime > 20000) {
  lastHeartbeatTime = now;
  String willTopic = String(USER_API_KEY) + "/status";
  mqtt.publish(willTopic.c_str(), "online", true);
}

چالش توسعه پروژه (تمرین برای شما)

حالا که با این مفاهیم آشنا شدید، می‌توانید کدهای بالا را گسترش دهید:

• کنترل خودکار دما (ترموستات): یک شرط بنویسید که اگر دمای سنسور از ۳۰ درجه بیشتر شد، رله ۱ به طور خودکار روشن شود و وضعیت جدید را به سایت مخابره کند تا کلید در پنل سبز شود.
• راه‌اندازی ریسه رنگی: با اتصال پایه‌های خروجی به ماژول نوری RGB و استخراج کد رنگ‌های هگز دریافتی در کالبک، یک رقص نور بسازید.

۱. خواندن دقیق‌تر پتانسیومتر (ADC دوازده بیتی)

برخلاف آردوینو و ESP8266 که پتانسیومتر را با دقت ۱۰ بیتی (بازه ۰ تا ۱۰۲۳) می‌خوانند، برد ESP32 مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) دوازده بیتی دارد. یعنی ولتاژ را در بازه بسیار دقیق‌تر ۰ تا ۴۰۹۵ پردازش می‌کند. در کد زیر این بازه به ۰ تا ۱۰۰ درصد نگاشت (Map) می‌شود:

int rawPot = analogRead(POT_PIN);
int mappedPot = map(rawPot, 0, 4095, 0, 100);

۲. تفاوت در کتابخانه اتصال شبکه

در برد ESP32 برای اتصال به شبکه وای‌فای، به جای کتابخانه اختصاصی ESP8266 از کتابخانه استاندارد WiFi.h استفاده می‌کنیم. همچنین قدرت پردازش دو هسته‌ای ESP32 پایداری شبکه را هنگام ارسال و دریافت همزمان پکت‌ها بسیار بالا می‌برد:

// ESP8266 uses: #include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFi.h> // Standard library for ESP32

۳. اعلام حضور زنده برد در سرور (Heartbeat)

جهت اطمینان از متصل بودن سخت‌افزار، تایمر اعلام حضور (Heartbeat) هر ۲۰ ثانیه پیام online را روی سرور منتشر می‌کند تا در صورت قطع ناگهانی وای‌فای یا منبع تغذیه، داشبورد متوجه آفلاین شدن فیزیکی برد شود.

۴. ایمنی استارت اولیه مدار (First Boot Security)

مکانیزم First Boot تضمین می‌کند که اگر برق محیط رفت و مجدداً آمد، برای امنیت بیشتر وضعیت تمامی کلیدهای داشبورد ریست و روی صفر (خاموش) قرار گیرند تا دستگاه‌های پرخطر مثل هیتر به طور ناخواسته روشن نمانند.

پین اوت و پایه‌های منعطف ESP32

در این کد پایه‌های 12, 14, 27, 26 به رله‌ها اختصاص داده شده‌اند. پایه‌های ESP32 بسیار منعطف‌تر از بردهای قبلی هستند و اکثر آن‌ها از قابلیت‌های سخت‌افزاری ویژه‌ای مانند پالس PWM و وقفه‌های خارجی (Interrupts) پشتیبانی می‌کنند.

۱. افکت انیمیشن فید همزمان تک‌تک LEDها (Fade In/Out)

برای روشن و خاموش شدن نرم پیکسل‌ها به جای پریدن ناگهانی نور، فریمور شدت روشنایی هر ال‌دی‌دی را با مقادیر اعشاری فید می‌کند. با جابه‌جایی اسلایدر سایت، مقادیر targetBrightness به‌روزرسانی می‌شود و سپس تابع handleLedBrightnessTransition به صورت غیرمسدودکننده شدت نور را در گام‌های ۱۵ تایی تغییر می‌دهد:

// گام‌ زدن تدریجی برای افکت فید انیمیشن در ۱۰ میلی‌ثانیه
for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
  if (currentBrightness[i] != targetBrightness[i]) {
    currentBrightness[i] += (targetBrightness[i] > currentBrightness[i]) ? step : -step;
    changed = true;
  }
}

۲. استخراج و تبدیل کدهای رنگ هگز به RGB

کالبک بورد رشته دریافتی هگز با فرمت #RRGGBB (مثل #FF5733) را دریافت می‌کند. سپس این رشته را به عدد مبنای ۱۶ تبدیل کرده و با عملگرهای بیتی جابه‌جایی (Bit Shift) کانال‌های قرمز، سبز و آبی را جدا می‌نماید:

long rgbVal = strtol(message.substring(1).c_str(), NULL, 16);
targetRed = (rgbVal >> 16) & 0xFF;   // جدا کردن قرمز
targetGreen = (rgbVal >> 8) & 0xFF;  // جدا کردن سبز
targetBlue = rgbVal & 0xFF;          // جدا کردن آبی

۳. کش کردن مانیتور OLED جهت جلوگیری از لرزش تصویر

در تابع updateOledIfNeeded مقادیر جدید را با مقادیر قبلی مقایسه می‌کنیم تا مانیتور فقط زمانی رفرش شود که تغییر واقعی در داده‌ها رخ داده باشد. این کار از پرش (Flicker) مانیتور کاملاً جلوگیری می‌کند:

if (currentWifi != lastWifiState || potValue != lastDrawnPot || targetRed != lastDrawnR) {
  // فقط در صورت بروز تغییر واقعی مانیتور ترسیم مجدد می‌شود
  drawScreen();
}

تنظیم آدرس IP ثابت (Static IP) در شبکه اترنت

if (Ethernet.localIP() == IPAddress(0, 0, 0, 0)) {

توجه داشته باشید: ماژول شبکه ENC28J60 فاقد پشته پردازشی پیشرفته بوده و گاهی در دریافت IP خودکار از مودم (DHCP) ناموفق عمل می‌کند. برای اطمینان از عملکرد پایدار، در صورتی که با پیغام خطا مواجه شدید، باید آدرس IP ثابتی مانند 192.168.1.7 را به صورت استاتیک در برنامه برای برد خود تعریف کنید تا برد بتواند به سرعت به مودم متصل شده و دیتای شبکه را ارسال کند.

قرار دادن کد شناسایی منحصر‌به‌فرد (MyElectro API Key)

#define USER_API_KEY "YOUR_MYELECTRO_API_KEY"

این خط شناسه اتصال برد شما به سرور است. شما باید عبارت YOUR_MYELECTRO_API_KEY را پاک کرده و به جای آن کلید API خود را که از داشبورد دریافت کرده‌اید کپی کنید تا سرور متوجه شود فرامین و گزارش‌های این سنسور متعلق به حساب شماست.

تنظیم پایه تراشه اترنت به صورت نرم‌افزاری

Ethernet.init(D0);

به صورت پیش‌فرض کتابخانه اترنت پایه CS را روی پین D8 (GPIO15) قرار می‌دهد. در بردهای ESP8266 اگر پایه D8 در هنگام بوت شدن مدار به ماژول متصل باشد، برد بالا نمی‌آید و در وضعیت بوت لوپ گیر می‌کند. با خط بالا، پایه CS را به صورت نرم‌افزاری به پین D0 انتقال می‌دهیم تا برد بدون هیچ مشکلی روشن و پایدار شود.

۴. تعریف پایه‌های رله‌ها و اتصال LED تستی به خروجی‌ها

#define R1_PIN D1
#define R2_PIN D2
#define R3_PIN D8
#define R4_PIN D4

در این کد، پایه‌های خروجی (رله‌ها) به پین‌های D1، D2، D8 و D4 متصل شده‌اند. در صورتی که ماژول رله برای اتصال وسایل برقی قوی ندارید، می‌توانید با اتصال یک LED به این پایه‌ها، کارکرد خروجی‌ها را به صورت بصری تست کنید:

• پایه بلندتر LED (مثبت یا آنود) را مستقیماً به پایه خروجی مربوطه (مانند D1) متصل کنید.
• پایه کوتاه‌تر LED (منفی یا کاتود) را به همراه یک مقاومت ۲۲۰ یا ۳۳۰ اهم سری کرده و به پایه GND برد وصل کنید.
• زمانی که کلید مربوطه در داشبورد وب را روشن می‌کنید، پایه ۳.۳ ولت فعال شده و LED روشن می‌شود و با خاموش کردن آن در داشبورد، LED خاموش خواهد شد.