iOS x IoT ( 5 ) — Arduino Uno + ESP8266 + DHT-22
本系列文旨在實驗一個用iOS App接收資料的微型物聯網(IoT)架構。這個章節的目的，是要利用 Arduino 建立一個簡易的溫溼度感測電路。
開始之前，先花幾分鐘的時間認識一下 Arduino，可以參考 LazyTomato Lab 這支生動活潑的影片：
對 Arduino 有了基本了解後，就正式開始吧！
📕 硬體元件簡介
本專案使用到的硬體元件如下列表：
📍 Arduino Uno R3 ：
最常被使用的 Arduino 開發板，可以透過 USB 連接埠與電腦連接，進行電力供應或程式燒錄。
板子本身可以接上各種電子裝置，如 LED、LCD、馬達、開關、WiFi、Bluetooth、RFID 等一大堆模組，配合撰寫程式，就能做出各式各樣的應用。
📍 DHT-22 溫濕度模組：
白色為 DHT-22，藍色為 DHT-11，準確度以及可量測範圍是DHT-22 > DHT-11，但取樣速率是 DHT-11 (每秒一次) > DHT-22 (兩秒一次)。
模組在使用時，必須在 VCC 與 DATA 間串連一個 4.7kΩ 的電阻，方能於 DATA 腳位得到正確的數值，但是，像左圖這種有背板的，則不需要額外串連電阻。
📍 ESP8266 (ESP-01) 模組：
WiFi 模組系列 ESP-01 ~ ESP-12，其中 ESP-01 是最基本的，電流只能接 3.3 V，千萬不能直接連接 5V，會燒毀！
可以設定成基地台模式 ( AP ) 或直接連接無線網路 ( P2P )。
麵包板、杜邦線、還有麵包線都是額外連接電路使用的，需自行斟酌要用多少、如何接線。
📗 電路接線圖
本專案製作的電路接線圖繪製如下：
🔌 ESP8266 ( ESP-01 )：
- UTXD 接到 Arduino 的 3 號腳位。
- URXD 接到 Arduino 的 4 號腳位。
- CH_PD 與 VCC 分別接到 Arduino 的 3.3V。
- GND 接 Arduino 的 GND。
🔌 DHT-22：
- VCC 接到 Arduino 的 5V。
- DATA 接到 Arduino 的 5 號腳位。
- GND 接 Arduino 的 GND。
- 如果採用沒有背板的 DHT-22，則需要在 VCC 與 DATA 間，串連一個 4.7kΩ 的電阻 (如上圖)，有背板的 DHT-22 不用。
📘 安裝程式庫
我們的 Arduino 程式需要用到一些別人寫好的程式庫，請先打開 Arduino IDE 照下圖步驟安裝：
📍 安裝下列程式庫：
- WiFiEsp，版本：2.2.2。
- PubSubClient，版本：2.6.0。
- DHT-sensor-library，版本：1.2.3。
(注意：DHT-sensor-library 不要裝 1.3.0 版本，因為 1.3.0 還需要安裝另外的相依程式庫才能使用)📙 Arduino 主程式
連接 ESP-01 與 DHT22 的 Arduino 程式與說明如下：
其中要特別說明一下，在第 9 行的 mqttServer 是我們在第三章建立 VM 的外部 IP，示意如下紅框部分。
在第 119 行，client.publish(topic,message) 的意思是：溫濕度 message 會被 publish 到 Broker 的 topic ，而 topic 在第 13 行：Arduino/DHT22。
程式上傳到 Arduino 後，在 IDE 右上角-序列埠監控視窗可看到 payload，傳輸速率記得設定為 9600 baud。
程式中並沒有設定傳送的 MQTT 訊息品質，原因是 PubSubClient 只能發布QoS 0 的訊息，詳細：PubSubClient document。
📝 小結
Arduino 的東西太多太多，在這之前我完全沒碰過，所以我的電路與程式多半是參考下面這本書設計修正的：
對有點程式背景的初學者來說應該不算太難，而且內容全彩，接線的時候非常的有幫助！
除了書籍以外，軟爛番茄工作室 LazyTomato Lab 的影片有助於初期的知識建立，而且影片生動活潑，讓人有種迫不及待動手的感覺！
經過上面的過程，我們已經完成了一個 Arduino 的 Client 端，它會定時 (每兩秒) 透過 topic，傳送一個溫濕度資料的 JSON 字串給 Broker。
以下是我的完成圖：
下個章節，我們要製作一個 iOS 應用程式，用來顯示即時的溫濕度資料。
如果您覺得這篇文章還不錯或有幫助請幫我按個一兩下[拍手👏]給我點鼓勵吧!另外，您對文章內容有任何問題或發現錯誤，請不吝指正，強烈歡迎留言討論💬！
系列文章連結：
iOSxIoT(1) — Overview
iOSxIoT(2) — MQTT簡介
iOSxIoT(3) — 建立雲端Server
iOSxIoT(4) — 建立MQTT Broker
iOSxIoT(5) — Arduino Uno+ESP8266+DHT-22
iOSxIoT(6) — iOS溫濕度顯示器&總結
