近期媒體新寵兒莫過於IoT啦！而NBIoT在使用上除了功耗、訊號覆蓋、基地台容納數有優勢外，更能取代過去透過WiFi、Bluetooth等方式連線的物聯網裝置，像是在窮鄉僻壤的農園環境中，依靠NBIoT模組就能輕鬆（又客家）的實踐農作物的數據監測！
今天將手把手帶著各位，用「五大步驟」實作具光照度監測功能的物聯網裝置，完成後就可以放在自家小菜園內，透過搜集各個時間點的光照度數據並回傳至Adafruit IO（免費IOT平台，介紹及使用方法可參考這篇 5步驟輕鬆上手Adafruit IO平台！ ，搭配光照度觀察植物的生長環境變化；家裡沒有菜園的朋友可以放在陽台植栽內，還是沒有的話就放小孩書桌旁，自製的低成本讀書監視器就這麼誕生了（說笑）！
目標功能
使用Raspberry Pi讀取照度（lux），並透過am7020 MQTT發送到Adafruit IO供遠端查看。
所需材料
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AM7020（NBIoT Module，含sim card）
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Raspberry Pi 3（os為Raspbian，安裝Raspbian可參考網路教學文章）
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Tsl2561（光照度感測器）
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杜邦線數條
材料說明
AM7020是一款 NBIoT 通訊模組，使用UART來發送AT Command。建議直接安裝am7020這個Python套件，以省去發送AT Command的繁瑣過程，套件裡也包含HTTP、MQTT等功能，直接使用就可以了。
Raspberry Pi需安裝Raspbian作業系統，網路上有許多安裝教學，如果沒有使用過Raspberry Pi的人可以先去了解如何為Raspberry Pi安裝作業系統。
Tsl2561是一款光強度感測模組，支援電壓範圍2.7v~3.6v，所能承受的工作溫度為-30~70度（攝氏），一般夏天炎熱環境也能正常運作；傳輸使用I2C介面，並具有16-bit resolution，可測量0~65535的光照度（lux），在套件的部分支援非常廣，Arduino或Raspberry Pi都很容易找到專屬套件。
五步驟手把手教學：
1.設定Adafruit IO
2.硬體接線
3.Raspberry Pi 安裝套件及設定
4.啟用Raspberry Serial & I2c
5.程式說明
1.設定Adafruit IO
我們需要為Adafruit IO建一個Group(Pi3)、一個Feed(lux)，以及一個供我們查看資料的Dashboard（建立方法可參考這篇5步驟輕鬆上手Adafruit IO平台！）。
建立好的Group會像這樣：
由於室外的光照度都非常高，在Dashboard新增block時，要設定顯示的最大值為30000，顯示單位為Lux（還不會設定的話可以參考這篇5步驟輕鬆上手Adafruit IO平台！）。
建立好的Dashboard會像這樣：
建立完成後我們需要記錄lux這個Feed的MQTT Topic（可在Feed裡面右邊Feed Info找到），我的例子：Zack_Huang/feeds/pi3.lux。
2.硬體接線
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Raspberry Pi |
TSL2561 |
am7020 |
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5v |
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V |
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3v3 |
Vcc |
- |
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GND |
GND |
G |
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SDA(GPIO 2) |
SDA |
- |
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SCL(GPIO 3) |
SCL |
- |
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UART0 TX |
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R |
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UART0 RX |
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T |
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GPIO 18 |
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EN |
3.Raspberry Pi 安裝套件及設定
接下來為am7020 module以及TSL2561安裝套件，輸入以下指令進行安裝。
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安裝am7020 套件，執行:
sudo pip3 install -i https://test.pypi.org/simple/ am7020 |
-
安裝tsl2561套件，執行:
sudo pip3 install tsl2561 |
4.啟用Raspberry Serial & I2c
點選螢幕左上方的樹莓派圖示，選擇「偏好設定」>「設定樹莓派」，在Interfaces頁面將I2C跟Serial Port啟用，點選OK後重新啟動Raspberry Pi即可。
5.程式說明
程式碼請參閱Github（https://github.com/JiekangHuang/am7020_raspberry/blob/main/iot_am7020.py）。
AM7020這個套件支援MQTT以及HTTP；這次是以MQTT作通訊協定，所以只要是支援標準MQTT(e.g.mosquitto)的Broker都可以使用AM7020 module搭配AM7020這個套件做使用。
範例程式第29行需要傳入三個參數：
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Serial port(預設為"/dev/ttyS0")。
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Baudrate(raspberry pi與am7020之間溝通的速度)。
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重啟腳位(套件會依照這個腳位去控制am7020 module是否重啟，對應到am7020 module的EN腳位)。
範例程式第48行：使用mqtt物件裡的connBroker方法執行MQTT連線，只要給定MQTT Broker、port(1883)就可以順利連線了，如果有設定username及password的話也請記得要一併給定才能順利連上。
範例程式第56行：使用mqtt物件裡的publish方法執行發布訊息命令，只要給定目標Topic(主題)、即可發布訊息至該主題上。
範例程式第83行：使用mqtt物件裡的procSubs方法去監聽有沒有遠端資料到達，目前我們只有發布沒有接收。
執行範例程式碼iot_am7020.py：
執行： python3 iot_am7020.py
請將第21行MQTT_USERNAME修改為自己的Adafruit IO username，第22行修改為自己的key，第25行修改為之前記下來的MQTT Topic(lux)，我的例子： Zack_Huang/feeds/pi3.lux
首先透過am7020套件對am7020 module做初始化（連線至基地台以及Adafruit IO MQTT Broker），之後會使用MQTT當作通訊協定連線到設定的MQTT Broker（這裡用Adafruit IO），並且每60秒會將TSL2561讀到的照度發布至我們先前設定的Feed內；而Dashboard則會將lux這個Feed的數值以圖形化的方式即時顯示。
