====== 5. MQTT komunikace ======

===== Cíle cvičení =====

  - Obousměrná UART komunikace s aplikací na PC
  - Komunikace s MQTT brokerem

==== Komunikace po UART ====

Pro komunikaci po UART použijeme třídu ''UnbufferedSerial'', která umožňuje vyvolat při příchodu dat na sériový port Thunderboardu přerušení. V ISR pak provedeme potřebnou akci, např. změnu stavu LED diod. 

<code c>
#include <mbed.h>

UnbufferedSerial serial_port(USBTX, USBRX, 115200);
DigitalOut R_LED(LED0); // LED0 = PD8 ~ RED, LED1 = PD9 ~ GREEN
DigitalOut G_LED(LED1);

void serial_isr()
{
    char c;
    if (serial_port.read(&c, 1))
    {                             // Read the data to clear the receive interrupt.
        serial_port.write(&c, 1); // Echo the input back to the terminal.
        if (c == 'r')
            R_LED = !R_LED;
        if (c == 'g')
            G_LED = !G_LED;
    }
}

int main()
{
    serial_port.attach(serial_isr, SerialBase::RxIrq);
    while(1) {}
}
</code> 

POkud je po sériové lince poslán znak ''r'', změní se stav červené LED, znak ''g'' změní stav zelené LED. Abyste nemuseli případně kód kompilovat, můžete využít již hotový binární soubor {{ :courses:b0b37nsi:tutorials:unbuffered.zip |}}, který rozbalte a nahrajte do Thunderboardu připojeném jako disk.
===== MQTT komunikace =====

Aby bylo možné komunikovat, je třeba mít přístup na MQTT server, tzv. broker. Je buď možné využít veřejně dostupný (např. [[https://www.hivemq.com/public-mqtt-broker/|HiveMQ]], vytvořit si vlastní instanci v cloudu (např. [[https://devcenter.heroku.com/articles/cloudmqtt|Heroku]], [[https://cloud.google.com/iot/docs/how-tos/mqtt-bridge|Google]]) nebo si vytvořit vlastní, klidně na svém počítači. Patrně nejznámějším volně dostupným MQTT brokerem je [[https://mosquitto.org/|Mosquitto]]. Pro naše účely využijeme volně přístupný broker na adrese [[https://mqtt.eclipseprojects.io/]].

==== MQTT protokol ====

Na Internetu lze najít řadu článků o tom, jak MQTT funguje (v češtině např. [[https://www.root.cz/clanky/protokol-mqtt-komunikacni-standard-pro-iot/|tento]]). My se pro naše účely spokojíme s následujícím

  * MQTT funguje na principu návrhového vzoru [[https://en.wikipedia.org/wiki/Publish%E2%80%93subscribe_pattern|publisher-subscriber]]
  * subscriber se přihlašuje k odběru zpráv, které přicházejí v rámci tématu (topic)
  * publisher posílá zprávy do tématu, zpráva se dostane ke všem subscriberům, kteří se přihlásili k odběru

==== MQTT client - subscriber ====

Pro vytvoření odběratele zpráv použijeme knihovnu [[https://pypi.org/project/paho-mqtt/|paho-mqtt]]. Následující kód přečte dvě zprávy ze všech zpráv (topic ''#'' reprezentuje všechny zprávy), které v okamžiku připojení brokerem procházejí. 

<code python>
import paho.mqtt.subscribe as subscribe

topics = ['#']

m = subscribe.simple(topics, hostname="mqtt.eclipseprojects.io", retained=False, msg_count=2)
for a in m:
    print(a.topic)
    print(a.payload)
</code>

Pochopitelně nepotřebujeme přijímat všechny zprávy, ale pouze zprávy, které přijímat chceme. Následující kód se přihlásí k odběru topicu ''nsi/test'' a může přijímat zprávy, které do něj někdo pošle. Použijeme také asychronní zpracování dat pomocí callback funkce ''print_msg()'', která se zavolá v okamžiku, kdy se v topicu objeví zpráva:

<code python>
import paho.mqtt.subscribe as subscribe

def print_msg(client, userdata, message):
    print("%s : %s" % (message.topic, message.payload))

subscribe.callback(print_msg, "nsi/test", hostname="mqtt.eclipseprojects.io")
</code>

==== MQTT - publisher ====

Aby se v topicu objevila zpráva, je třeba ji tam publikovat. 

<code python>
import paho.mqtt.publish as publish

publish.single("nsi/test", "nazdar!", hostname="mqtt.eclipseprojects.io")
</code>

Data lze publikovat asychronně, jako v předchozím příkladu (nebo např. stisknutím tlačítka na embedded zařízení), nebo synchronně s využitím časovače. Můžeme použít např. časovač z knihovny Qt:

<code python>
from PyQt6.QtCore import * 
from PyQt6.QtGui import * 
from PyQt6.QtWidgets import *
import paho.mqtt.publish as publish

def message():
    publish.single("nsi/test", "nazdar!", hostname="mqtt.eclipseprojects.io")

def hello():
    print("hello")

if __name__ == '__main__':
    app = QApplication([])
    
    timer = QTimer()
    timer.timeout.connect(message)
    timer.start(1000)
    
    dlg = QDialog()

    layout = QVBoxLayout()
    button = QPushButton("hello")
    button.clicked.connect(hello)
    layout.addWidget(button)
    dlg.setLayout(layout)

    dlg.show()
    app.exec()
</code>