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8.5 @MQTTを使ったクラウド呼び出しシステム

Message Queuing Telemetry Transport (MQTT)はシンプルなメッセージングプロトコルであり、モノのインターネット（IoT）において最も一般的なメッセージングプロトコルでもあります。

MQTTプロトコルは、IoTデバイスがデータを転送する方法を定義しています。これらはイベント駆動型で、Pub/Subモデルを使用して相互接続されています。送信者（Publisher）と受信者（Subscriber）は、トピックを通じて通信します。デバイスが特定のトピックでメッセージを公開し、そのトピックを購読しているすべてのデバイスがそのメッセージを受け取ります。

このセクションでは、Pico 2 W、HiveMQ（無料の公開MQTTブローカーサービス）、および4つのボタンを使用してサービスベルシステムを作成します。 4つのボタンはレストラン内の4つのテーブルを意味しており、顧客がボタンを押すと、HiveMQでどのテーブルのゲストがサービスを必要としているかを確認できます。

1. 必要なコンポーネント

このプロジェクトでは、以下のコンポーネントが必要です。

キット一式を購入するのが便利です。こちらのリンクから購入できます：

名前	このキットに含まれるアイテム	リンク
Pico 2 W スターターキット	450以上	Pico 2 W Kit

別々に購入することもできます。以下のリンクから購入可能です。

SN	コンポーネント	数量	リンク
1	Pico 2 Wの概要	1
2	Micro USBケーブル	1
3	ブレッドボード	1	買う
4	ジャンパーワイヤー	複数	買う
5	抵抗器	4(10KΩ)	買う
6	ボタン	4	買う
7	Li-Po充電モジュール	1
8	18650バッテリー	1

2. 回路を組み立てる

警告

Li-po充電モジュールが図のように接続されていることを確認してください。そうしないと、短絡が原因でバッテリーや回路が損傷する可能性があります。

3. HiveMQにアクセスする

HiveMQは、IoTデバイスへの迅速で効率的、かつ信頼性の高いデータ転送を可能にするMQTTブローカーおよびクライアントベースのメッセージングプラットフォームです。

HiveMQ Web Client をブラウザで開きます。
クライアントがデフォルトの公開プロキシに接続します。
Add New Topic Subscription をクリックします。
購読したいトピックを入力し、 Subscribe をクリックします。ここで設定するトピックは、他のユーザーからのメッセージを避けるため、個別に設定し、大文字小文字の違いに注意してください。

4. MQTTモジュールをインストールする

プロジェクトを開始する前に、Pico 2 WにMQTTモジュールをインストールする必要があります。

以前に記述した do_connect() をShellで実行してネットワークに接続します。
注釈
- 以下のコマンドをShellに入力し、 Enter を押して実行します。
- do_connect.py および secrets.py スクリプトがPico 2 Wにない場合は、 8.1 ネットワークへの接続を参照して作成してください。
from do_connect import * do_connect()
ネットワーク接続が成功したら、Shellで mip モジュールをインポートし、 mip を使用して umqtt.simple モジュールをインストールします。これはMicroPython用の簡略化されたMQTTクライアントです。
import mip mip.install('umqtt.simple')
インストールが完了したら、 umqtt モジュールはPico 2 Wの /micropython/libs/ パスにインストールされます。

5. スクリプトを実行する

pico-2w-kit-main/micropython/iot のパスにある 8.5_mqtt_publish.py ファイルを開きます。
現在のスクリプトを実行 ボタンをクリックするか、F5を押して実行します。
再度 HiveMQ Web Client に戻り、ブレッドボードのボタンの1つを押すと、HiveMQのメッセージプロンプトに表示されるのが確認できます。
このスクリプトを起動時に実行したい場合は、Raspberry Pi Pico 2 Wに main.py として保存できます。

仕組みは？

このプロジェクトはネットワーク接続を必要とし、 8.1 ネットワークへの接続メソッドを使用してネットワークに接続します。

from secrets import *
from do_connect import *
do_connect()

from do_connect import * : これは do_connect() 関数をインポートし、この関数にはWi-Fi接続のロジックが含まれています。 do_connect() 関数が呼び出されると、 secrets.py で指定されたWi-Fiネットワークに接続します。接続に失敗した場合は例外が発生し、成功すれば次のステップに進みます。

from secrets import * : secrets.py ファイルは通常、Wi-FiのSSID、パスワード、その他の機密情報（APIキーなど）を格納するために使われます。これにより、機密情報をメインコードファイルに直接埋め込まないようにします。

4つのボタンピンを初期化します。

sensor1 = Pin(16, Pin.IN)
sensor2 = Pin(17, Pin.IN)
sensor3 = Pin(18, Pin.IN)
sensor4 = Pin(19, Pin.IN)

MQTTブローカーへの接続に使用する URL と client ID を保存する変数を作成します。公開ブローカーを使用するため、 client ID は要求されても使用されません。

mqtt_server = 'broker.hivemq.com'
client_id = 'Jimmy'

MQTTエージェントに接続し、1時間保持します。接続に失敗した場合、Pico 2 Wをリセットします。

try:
    client = MQTTClient(client_id, mqtt_server, keepalive=3600)
    client.connect()
    print('Connected to %s MQTT Broker'%(mqtt_server))
except OSError as e:
    print('Failed to connect to the MQTT Broker. Reconnecting...')
    time.sleep(5)
    machine.reset()

topic という変数を作成します。これは購読者が追跡する必要があるトピックで、上記の ステップ4 の 2. HiveMQを訪れる で入力したトピックと同じにする必要があります。ちなみに、ここでの b は文字列をバイトに変換します。MQTTはバイナリベースのプロトコルであり、制御要素はバイナリバイトであって、テキスト文字列ではありません。

topic = b'SunFounder MQTT Test'

各ボタンに対して割り込みを設定します。ボタンが押されると、 topic にメッセージが投稿されます。

def press1(pin):
    message = b'button 1 is pressed'
    client.publish(topic, message)
    print(message)

sensor1.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_RISING, handler=press1)

UMQTT Client API