บทเรียน 1.4 — บอร์ดออกจากโต๊ะ: ต่อ WiFi ครั้งแรก

ดูของจริงก่อน — วันนี้ค่าหนึ่งค่าจะเดินทางออกจากโต๊ะนี้

ชุดบทเรียนก่อนหน้าทุกอย่างจบอยู่บนจอบอร์ด เราสั่ง บอร์ดตอบ แล้วก็จบกันตรงนั้น วันนี้เราจะพาของออกจากโต๊ะนี้ไปให้คนอื่นเห็น แล้วเปิดทางให้เขาสั่งของบนโต๊ะเรากลับมาได้ด้วย

ตรงกลางภาพคือ สิ่งที่ทำให้สองฝั่งไม่ต้องรู้จักกัน เราไม่ต้องรู้ว่าใครจะมาอ่านค่าของเรา และคนที่สั่งกลับมาก็ไม่ต้องรู้ว่าบอร์ดเราอยู่ที่ไหนบนโลก ทั้งคู่รู้แค่ชื่อหัวข้อเดียวกัน

ระบบ IoT จริงทั้งโลกวางบนภาพนี้ ไม่ว่าจะเป็นมิเตอร์ไฟหน้าบ้าน หรือรถบรรทุกที่วิ่งอยู่อีกจังหวัด

ปลายทางของชุดบทเรียนนี้ — และภาพจริงภาพเดียวที่เรามีตอนนี้

• ภาพนี้คือไฟล์ที่ 4 ของชุดบทเรียน และคือปลายทางจริง: บันไดสามขั้น — WiFi ได้ IP · broker ต่อแล้วที่ broker.hivemq.com · publish กำลังส่ง — เลขใบที่ส่งเดินขึ้นพร้อมค่าลูกบิดและค่าเอียง az ที่เพิ่งออกจากบอร์ดไป
• แถวล่างคือหัวข้อที่ส่งขึ้น broker (bento-aiot/<TEAM>/telemetry) และมุมขวาบนคือคำเตือนที่ไฟล์เขียนไว้บนจอตลอดเวลาที่รัน — พอร์ต 1883 ไม่เข้ารหัส ห้ามส่งของลับ
• ภาพนี้เกิดได้ต่อเมื่อเน็ตของห้องปล่อยพอร์ต 1883 ออกไปถึง broker.hivemq.com — ถ้าถูกกัน ขั้นที่ 2 จะเป็นแดงพร้อมบอกเหตุผล แล้วโปรแกรมจบตรงนั้นอย่างสุภาพ ส่วนฝั่งผู้รับ วันนี้คือหน้าเว็บ my_first_reader.html ไม่ต้องลงโปรแกรมใดในเครื่อง

ยังไม่มีใครรันไฟล์ 05 กับ 06 บนบอร์ดกับ broker.hivemq.com สิ่งที่วัดแล้วคือเวลาไปกลับของ broker จาก Mac บนโต๊ะผู้สอน ไม่ใช่จากเน็ตขององค์กร ถ้าไปไม่ถึง ไฟล์จะขึ้นบนจอตรง ๆ ว่าหยุดที่ขั้นไหนและเพราะอะไร — ผลแบบนั้นก็ยังเป็นผลที่ใช้ได้

เจ็ดไฟล์ · เรื่องเดียวเล่าเป็นเจ็ดตอน

สี่โมดูลใหม่วันนี้ทำหน้าที่คนละอย่างกันชัดเจน wifi พาบอร์ดขึ้นวง · mqtt ส่งข้อความออกและรับกลับ · json แปลงข้อมูลของเราให้เป็นข้อความที่ทุกภาษาอ่านได้ · tesaiot เก็บค่าตั้งไว้บนแฟลชของบอร์ดเอง

ที่เหลือเป็นของเดิม sensors อ่านลูกบิด gpio สั่งหลอดไฟ ส่วน lcd ui time คือชุดเดิมจากชุดบทเรียนก่อนหน้าทุกประการ

ไม่ต้องจำรายชื่อนี้ตอนนี้ แต่ละไฟล์จะแนะนำของของมันเองตอนที่ถึงคิว

เป้าหมายของชุดบทเรียนนี้

1. พาบอร์ดขึ้นเครือข่ายด้วย wifi.connect() แล้วอ่านหมายเลข IP ของบอร์ดตัวเองได้
2. ให้บอร์ดสำรวจคลื่นทั้งห้องด้วย wifi.scan() แล้ววินิจฉัยเองได้ว่าต่อไม่ติดเพราะอะไร
3. แยก "ต่อติดตอนนั้น" ออกจาก "ยังต่ออยู่ตอนนี้" แล้วเขียนกฎเองว่าลิงก์แบบไหนเรียกว่าใช้ได้
4. ส่งค่าจริงจากบอร์ดออกไปให้เครื่องอื่นเห็น แล้วรับคำสั่งจากที่ไกลกลับมาสั่งของบนบอร์ด

ปลายทางของวันนี้: จอบอร์ดขึ้นหมายเลข IP ของทีม เลขใบที่ส่งออกไปเดินขึ้น และหลอดไฟบนบอร์ดติดเพราะมีคนพิมพ์คำสั่งมาจากอีกเครื่อง

เปิดบอร์ดรอไว้ได้เลย เล่นเกมเปิดบทเรียนเสร็จ เรารันไฟล์แรกทันที — ชุดบทเรียนนี้ทฤษฎีมาทีหลังของจริงทุกเรื่อง

ก่อนเริ่ม — ทุกทีมเปิด Hotspot มือถือให้บอร์ด

WiFi ขององค์กรต้อง login ผ่านหน้าเว็บก่อนใช้งาน บอร์ดไม่มีเบราว์เซอร์ให้กดยอมรับ บอร์ดจะได้เลข IP แต่ออกอินเทอร์เน็ตไม่ได้ ไปไม่ถึง broker · วันนี้บอร์ดของทุกทีมต่อ Hotspot จากมือถือของคนในทีมหนึ่งเครื่อง

แล้วแก้สองบรรทัดบนหัวทุกไฟล์ที่ต่อเน็ตให้ตรงกับมือถือ:

WIFI_SSID = "bento-team05"          # ชื่อ Hotspot ตัวอักษรอังกฤษ ไม่มีช่องว่าง
WIFI_PASS = "<รหัส Hotspot ของทีม>"

• ตั้งชื่อเป็นตัวอักษรอังกฤษสั้น ๆ เพราะชื่อวงขึ้นบนจอบอร์ด ชื่อเครื่องแบบ สมชาย’s iPhone มีอักขระที่จอวาดไม่ได้ และยาวจนข้อความบนจอถูกตัด
• บอร์ดใช้เน็ตน้อยมาก ส่งข้อความสั้น ๆ ราวใบละร้อยไบต์ทุก 2 วินาที
• โน้ตบุ๊กที่เปิดหน้าเว็บ ต่อ WiFi ขององค์กร (login ตามปกติ) ได้ ถ้าหน้าเว็บต่อ broker ไม่ได้ ให้ย้ายมาต่อ Hotspot เดียวกับบอร์ด

ยังไม่ได้ทดสอบกับ Hotspot ครบทุกรุ่น ถ้าบอร์ดหา Hotspot ไม่เจอ ให้เช็กข้อ 3 และข้อ 4 ก่อน แล้วลองรันไฟล์ 04_scan_the_room.py ดูว่าบอร์ดได้ยินชื่อนั้นไหม

ก่อนเริ่ม — ส่งข้อความถึงบอร์ดหน้าห้อง

เปิดหน้ารวม https://advance-innovation-centre-aic.github.io/embedded-systems-for-aiot-developer/examples/web/mqtt_dashboard.html บนเครื่องตัวเอง ไม่ต้องติดตั้งอะไร หน้าจะต่อ broker เอง ช่อง ทีม ในหัวข้อ "ส่งคำสั่ง" พิมพ์ team00 แล้วกด บี๊บ หรือพิมพ์ข้อความสั้น ๆ แล้วกด ส่งข้อความ (say) บอร์ดบนโต๊ะผู้สอนรัน 06_command_comes_back.py เป็น team00 อยู่ มันจะร้อง หรือขึ้นข้อความของคุณ (ตัดที่ 24 ตัวอักษร)

ทายก่อน แล้วค่อยดู ผู้สอนนับหนึ่งถึงสาม ทุกคนกดส่งพร้อมกัน ทีมเขียนคำทายลงบันทึกการเรียน ก่อน เขียนแล้วห้ามแก้

พิมพ์ภาษาไทยหรืออังกฤษเท่านั้น จอบอร์ดไม่มีตัวอักษรอื่น · ส่งจากหน้าเว็บ · ยังไม่มีใครนับว่าจริง ๆ จะขึ้นกี่ใบ ผลที่เห็นในห้องคือคำตอบ แล้วเราจะกลับมาดูว่าทำไมที่สไลด์ไฟล์ 06

ลงมือ 15 นาทีแรก — รันไฟล์แรกก่อนฟังอะไรทั้งนั้น

เปิด 01_wifi_first_connect.py แก้สองบรรทัดบนสุดให้ตรงกับ Hotspot มือถือของทีม แล้วส่งขึ้นบอร์ดเลย

# แก้สองบรรทัดนี้ให้ตรงกับ Hotspot มือถือของทีม
WIFI_SSID = "bento-teamXX"            # ชื่อ Hotspot มือถือของทีม (WiFi ขององค์กรต้อง login บอร์ดใช้ไม่ได้)
WIFI_PASS = "<รหัส Hotspot ของทีม>"     # อย่างน้อย 8 ตัว

สิ่งที่ต้องจดระหว่างรอ: จอค้างนานแค่ไหน (นับในใจก็ได้) แล้วเทียบกับตัวเลข ms ที่บอร์ดรายงานตอนกลับมา ตรงกันไหม

ยังไม่เข้าใจว่าทำไมต้องรอ ไม่เป็นไร สองสไลด์ถัดไปเราจะแกะทีละบรรทัด แต่ต้องเห็นมันเกิดขึ้นกับตาก่อน

ทีมที่ต่อติดตั้งแต่ยี่สิบนาทีแรก จะมีเวลาเหลือไปถึงไฟล์ 05 กับ 06 อย่างสบาย ๆ ซึ่งเป็นสองไฟล์ที่สนุกที่สุดของชุดบทเรียน

โมดูล wifi มีแปดตัว — ห้าตัวนี้ใช้วันนี้

สามตัวบนใช้ตอนต่อ สองตัวล่างใช้ตอนสำรวจและตอนหาสาเหตุว่าทำไมต่อไม่ติด

อีกสามตัวที่เหลือ — wifi.disconnect() ตัดการเชื่อมต่อเอง · wifi.ping(host) วัดว่าปลายทางตอบไหมและช้าแค่ไหน · wifi.softap() เปลี่ยนบอร์ดเป็นตัวปล่อยสัญญาณเองเมื่อไม่มีเราเตอร์ให้เกาะ ทั้งสามอยู่ในบทเรียน 4.1–4.3 (04_ping_two_targets.py, 07, 08)

ตรวจเองได้เสมอว่าโมดูลไหนมีอะไร — พิมพ์ print(dir(wifi)) บนบอร์ด แล้วนับเอง อย่าเชื่อสไลด์รวมทั้งแผ่นนี้

lcd ui และ time ยังเป็นชุดเดิมจากชุดบทเรียนก่อนหน้าทุกประการ — ui.poll() หลังแก้ widget · ui.Seg7 รับข้อความ · ui.Chart เกิดมาพร้อมเส้นที่ 0 อยู่แล้ว · lcd.print() ส่งได้ 127 ไบต์ต่อครั้ง ส่วนป้าย ui พาได้ 126 ไบต์ทั้งตอนสร้างและตอนเรียก .text()

ความต่างของสามตัวบนอยู่ที่ เวลาของคำถาม ไม่ใช่ที่ข้อมูลที่มันคืนมา จำประโยคนี้ไว้แล้วทั้งบทเรียนจะง่ายขึ้น

แกะไฟล์ 01 — ป้ายต้องขึ้น "ก่อน" บรรทัดที่บล็อก แล้วจับเวลาคร่อมมัน

step_lbl = ui.Label("ป้ายนี้ขึ้นก่อน แล้วจอจะนิ่ง", x=24, y=208, color=COL_TEXT,
                    value=20)
...
ui.poll()                        # เคาะให้ป้ายขึ้นจอจริง ๆ ก่อนเข้าบรรทัดที่บล็อก
...
t0 = time.ticks_ms()
ok = wifi.connect(WIFI_SSID, WIFI_PASS)
elapsed = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), t0)
...
seg.text(str(elapsed))           # Seg7 รับข้อความ จึงคุมรูปแบบได้ seg.value(4218) ได้แค่จำนวนเต็ม

ป้ายที่สร้างไว้แต่ยังไม่ได้เคาะ จะไปโผล่ หลัง connect() จบ ซึ่งคือตอนที่ไม่มีใครต้องการมันแล้ว กฎ ui.poll() จากชุดบทเรียนก่อนหน้ากลายเป็นเรื่องเป็นเรื่องตายขึ้นมาตรงนี้

time.ticks_ms() กับ ticks_diff() เป็นคู่เดิมจากไฟล์ 07 ของชุดบทเรียนที่แล้ว ที่ต่างคือคราวนี้เราเอามันมาคร่อมบรรทัดที่ควบคุมไม่ได้ เพราะ "นานจัง" ไม่ใช่ข้อมูล ส่วน "4218 ms" เอาไปเทียบกันได้ทั้งระหว่างทีมและระหว่างรหัสถูกกับรหัสผิด

ถ้า ok เป็น False ไฟล์นี้รายงานแล้ว raise SystemExit ทันที โปรแกรมที่พูดเฉพาะตอนสำเร็จ จะเงียบในจังหวะที่คนอยากรู้ที่สุด

กับดักที่ชื่อ "0.0.0.0" — และทำไมรหัสผิดถึงช้ากว่ารหัสถูก

ip = wifi.ip()
# ip() คืนสตริงเสมอ ตอนยังไม่มีที่อยู่มันคืน "0.0.0.0"
# ซึ่งเป็นสตริงที่ if ถือว่าจริง — ต้องเทียบตรง ๆ เท่านั้น
if ip == "0.0.0.0":
    note.text("ลิงก์ขึ้นแล้วแต่ยังไม่ได้เลข IP กำลังรอ DHCP")

ตาคุณ อยู่ท้ายไฟล์ 01 พิมพ์รหัสผ่านผิดไปหนึ่งตัวแล้วรันใหม่ จับเวลาเทียบกับรอบที่ถูก แล้วตอบว่าทำไมกรณีผิดถึงใช้เวลา มากกว่า ไม่ใช่น้อยกว่า

ความล้มเหลวแพงกว่าความสำเร็จเสมอในงานเครือข่าย เพราะมีการลองใหม่ซ่อนอยู่หลายรอบ — และนั่นคือเหตุผลที่ระบบจริงต้องมีเพดานว่าจะลองกี่ครั้ง

ไฟล์ 04 · 04_scan_the_room.py — บอร์ดได้ยินทั้งห้อง

nets = wifi.scan()                       # คืน list ของ (ssid, rssi, security, channel)
...
nets.sort(key=lambda net: net[1], reverse=True)   # เรียงเอง scan() ไม่เรียงให้
...
st = wifi.status()
...
trap.text("status() rssi = " + str(st["rssi"]) + " แต่ของจริง " +
          str(top_rssi) + " dBm")

ก่อนจะถามว่า "ต่อไม่ติดเพราะอะไร" ต้องตอบให้ได้ก่อนว่า บอร์ดได้ยินวงนั้นไหม — สองปัญหานี้แก้คนละทางกันสิ้นเชิง "ไม่ได้ยินเลย" ต้องกลับไปดูที่ Hotspot (ย่าน 2.4 GHz และเปิดค้างไว้ ตามข้อ 3–4 ของสไลด์ก่อนเริ่ม) ส่วน "ได้ยินแต่ต่อไม่ผ่าน" คือเรื่องรหัสผ่านของทีมเอง

ไฟล์นี้สร้างป้ายห้าแถวไว้ครบตั้งแต่ต้น ก่อน จะรู้ว่าเจอกี่วง เพราะถ้าไปสร้างข้างในลูป จำนวน widget จะขึ้นกับจำนวนวงที่บังเอิญเจอในห้องนั้น ห้องที่มีวงเกินงบของคอร์ส 32 ตัว (เพดานเฟิร์มแวร์ 64) จะทำให้โปรแกรมตายกลางคัน ทั้งที่โค้ดไม่ได้ผิด

ตาคุณ อยู่ท้ายไฟล์ เดินถือบอร์ดไปสุดห้องแล้วรันซ้ำ จดชื่อวงเดิมกับตัวเลข dBm ทั้งสองจุด แล้วดูว่าอันดับของมันเลื่อนไหม

ไฟล์ 02 · 02_link_uptime.py — ต่อติดแล้ว กับ ยังต่ออยู่

    up = wifi.is_connected()          # ถามใหม่ทุกรอบ นี่คือทั้งบทเรียนของไฟล์นี้
    now = 1 if up else 0
    ...
    if up:                            # --- งานของจอ ---
        ...
        link_lbl.text("ต่ออยู่")
        ...
        chart.set_next(s_link, 100)
    else:
        link_lbl.text("หลุด")
        ...
        chart.set_next(s_link, 0)
    ...
    if now != last:                   # --- งานของลิ้นชัก ---
        last = now
        ...
            lcd.print("<span class=error>" + str(elapsed // 1000) +
                      " s  ลิงก์หลุด</span>")

ไฟล์นี้ไม่มีคำสั่งใหม่เลยสักตัว โครงเป็นของ 08_status_screen.py เป๊ะ ๆ เปลี่ยนแค่ต้นทางของค่า ของใหม่คือการเอาสี่โมดูลมาต่อกันบนจอใบเดียว ซึ่งเป็นสิ่งที่นักพัฒนามืออาชีพ 80 คนบอกว่าตัวอย่างโค้ดทั่วโลกขาดไปมากที่สุด

last = -1 แปลว่า "ยังไม่เคยรู้สถานะมาก่อน" รอบแรกจึงนับเป็นการเปลี่ยนเสมอ ตั้งต้นเป็น 1 เมื่อไร ประวัติจะไม่มีบรรทัดแรก

ตาคุณ อยู่ท้ายไฟล์ ระหว่างที่โปรแกรมกำลังเฝ้าดู เดินถือบอร์ดออกไปจนสุดห้องแล้วเดินกลับมา แล้วเปิดลิ้นชักดูว่าได้กี่บรรทัด และหลุดตอนวินาทีที่เท่าไร