====== 7. Internet a MQTT ======

===== Cíle cvičení =====

  * Připojení Raspberry Pi Pico k internetu
  * Připojení k MQTT brokeru a přihlášení k odběru zpráv

===== Připojení k Internetu =====

Připojení k Internetu je v MicroPythonu realizováno třídou [[https://docs.micropython.org/en/latest/library/network.WLAN.html|WLAN]] z modulu [[https://docs.micropython.org/en/latest/library/network.html|network]].

<code python>
import network

wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.connect(ssid, pwd)

while wlan.isconnected() == False:
  pass

print('is connected')
</code>

===== MQTT =====

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 =====

Pro využití [[https://www.root.cz/clanky/protokol-mqtt-komunikacni-standard-pro-iot/|MQTT]] potřebujeme znát následující pravidla komunikace:

  * 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

==== Python ====

Pro vytvoření odběratele zpráv na PC (server) použijeme knihovnu [[https://pypi.org/project/paho-mqtt/|paho-mqtt]].  

<code>
pip install paho-mqtt
</code>

=== MQTT subscriber ===

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>

==== MicroPython ====

Knihoven s podporou MQTT protokolu existuje v MicroPythonu několik, zde použijeme [[https://pypi.org/project/micropython-umqtt.simple/|umqtt.simple]]. Bohužel tuto knihovnu nelze v současnosti instalovat přes standardní správu balíčků v prostředí Thonny (**Tools -> Manage packages**), ovšem pokud je RPi Pico připojeno k Internetu, lze nainstalovat balíček přímo z online repozitáře.

<code>
import mip
mip.install('umqtt.simple')
</code>

=== MQTT subscriber ===

Dokumentaci k modulu lze najít [[https://mpython.readthedocs.io/en/master/library/mPython/umqtt.simple.html|zde]]. Základní příklad, ve kterém se klient přihlásí k odběru ''nsi/test'', by mohl vypadat např. takto (samozřejmě za předpokladu, že je RPi připojeno k Internetu):

<code python>import time
import ubinascii
from umqtt.simple import MQTTClient
 
MQTT_BROKER = "mqtt.eclipseprojects.io"
CLIENT_ID = ubinascii.hexlify(machine.unique_id())
SUBSCRIBE_TOPIC = b"nsi/test"
 
def sub(topic, msg):
    print('received message %s on topic %s' % (msg, topic))
 
client = MQTTClient(CLIENT_ID, MQTT_BROKER, keepalive=60)
client.set_callback(sub)
client.connect()
print('Connected to MQTT Broker "%s"' % (MQTT_BROKER))
client.subscribe(SUBSCRIBE_TOPIC)
while True:
    if True:
        client.wait_msg()
    else:
        client.check_msg()
        time.sleep(1)
</code>

=== MQTT publisher ===

<code python>
import time
import ubinascii
from umqtt.simple import MQTTClient
 
MQTT_BROKER = "mqtt.eclipseprojects.io"
CLIENT_ID = ubinascii.hexlify(machine.unique_id())
SUBSCRIBE_TOPIC = b"nsi/test"
PUBLISH_TOPIC = b"nsi/test"
 
def sub(topic, msg):
    print('received message %s on topic %s' % (msg, topic))
 
client = MQTTClient(CLIENT_ID, MQTT_BROKER, keepalive=60)
client.set_callback(sub)
client.connect()
print('Connected to MQTT Broker "%s"' % (MQTT_BROKER))
client.publish(PUBLISH_TOPIC, "ahoj!", qos=0)
</code>

==== Zadání 4. miniprojektu ====

Rozšiřte stávající serverovou aplikaci o vládání dat do databáze přes MQTT rozhraní nebo z Raspberry Pi Pico prostřednictvím již vytvořeného REST API. Využijte  k tomu MQTT rozšíření Flasku [[https://pypi.org/project/Flask-MQTT/|flask-mqtt]].