一、任务目标
驱动Arduino uno r4 wifi的I2C接口，按照AHT30传感器的流程获取温度后，将温度数据通过MQTT协议，发送到Home Assistant上，并且在Home Assistant显示出来温度。
要实现以上的目标，可以分解为以下步骤
1、成功安装Arduino开发环境、Home Assistant、EMQX的运行环境（Doker安装）
2、成功初始化I2C接口可以发送数据
3、安装AHT30流程，初始化 与 驱动传感器，获取温度值
4、将温度值通过MQTT协议发送出去
二、平台简介
1、MQTT协议
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的、基于发布/订阅模式的消息传输协议，它被设计用于低带宽、高延迟或不可靠的网络环境。MQTT协议的主要特点包括：
1.轻量级：MQTT协议头部非常小，最小只有2字节，这使得它非常适合带宽受限的环境。
2.低功耗：由于其轻量级的特性，可以快速交互数据后让设备再次进入待机模式，降低了设备的耗电量，所以MQTT在功耗方面表现良好，适合电池供电的设备。
3.高可靠性：MQTT提供了三种消息服务质量（QoS）等级，允许开发者根据应用需求选择合适的消息传递保证：
- QoS 0：最多一次，消息可能丢失，但不重复。
- QoS 1：至少一次，消息可能重复，但不丢失。
- QoS 2：只有一次，确保消息只到达一次。
4.易于实现：MQTT协议简单，易于在各种设备上实现，包括嵌入式系统。
5.支持多种网络：MQTT可以运行在TCP/IP网络之上，也可以通过其他协议进行隧道传输。
6.保持连接：MQTT客户端和服务器之间保持长连接，减少了频繁建立和断开连接的开销。
7.安全性：MQTT支持多种安全机制，包括TLS/SSL加密传输和客户端认证。
8.可扩展性：MQTT支持大量客户端连接，适合大规模分布式系统的实时消息传输。
9.异步通信：MQTT允许消息发布者和订阅者之间进行异步通信，提高了系统的响应性和可伸缩性。
10.跨平台：MQTT不依赖于特定的平台或语言，有多种编程语言的客户端库可供选择，只要设备支持MQTT协议，就可以实现消息的发布和订阅。
2、Home Assistant
Home Assistant是一个开源的智能家居平台，旨在通过集成各种智能设备和服务，提供一个统一的、可自定义的家庭自动化解决方案。以下是Home Assistant的一些核心特点和功能：
1.开源与社区支持：Home Assistant是一个基于Python的开源项目，拥有一个活跃的全球社区，用户可以无偿使用并参与开发。比如：最近小米就开源了相关代码。
2.设备集成：Home Assistant支持多种品牌和类型的智能设备，如灯光、开关、传感器、安全系统等，允许用户通过一个中心化的系统来控制和管理家中的各种智能设备。
3.自动化与场景设置：用户可以根据设备的状态、时间、位置等多种条件，设置自动化的执行逻辑，以及创建多个自动化的集合，一键触发多个设备的联动。
4.跨平台支持：Home Assistant支持多种操作系统和设备，用户可以在手机、电脑、平板等多种设备上使用。
5.集中化管理：所有智能家居设备集中在一个平台上进行管理，降低了用户的使用门槛和维护成本。
6.隐私保护：Home Assistant强调本地控制和隐私，适合在本地服务器如Raspberry Pi上运行，避免了数据上传到云端的隐私风险。
7.自定义与扩展：Home Assistant提供了丰富的插件和自定义功能，方便用户根据需求进行扩展，包括Python脚本编写自定义组件和自动化逻辑。
8.用户界面：支持UI客制化，用户可以通过安装主题、更换背景图片等方式，打造个性化的管理界面。
9.应用场景广泛：Home Assistant在家庭生活、办公场所以及物联网项目开发与测试中都有广泛的应用。
Home Assistant的灵活性和开放性使其成为智能家居领域中一个受欢迎的平台，允许用户自由组合不同品牌的设备，只要协议合适就可以接入Home Assistant的平台，实现个性化的自动化智能家居解决方案，例如A品牌的亮度传感器，B品牌的电动窗帘，这两个品牌没有合作，所以数据不能互通，但是如果A、B品牌都接入了Home Assistant后就可按照自己的想法实现自动化控制。
3、EMQX
EMQX是一款开源、高性能的分布式MQTT消息中间件，专为物联网（IoT）、实时数据传输和消息分发场景设计。以下是EMQX的一些核心特性和优势：
1.多协议支持：以MQTT协议为核心，同时支持MQTT-SN、CoAP、HTTP、WebSocket等多种通信协议，满足不同设备与系统的通信需求。
2.支持完整的MQTT V3.1/V3.1.1及V5.0协议规范，QoS0, QoS1, QoS2消息支持，持久会话与离线消息支持，Retained消息支持，Last Will消息支持，TCP/SSL连接支持，MQTT/WebSocket/SSL支持，HTTP消息发布接口支持等。
3.完全开源：基于Apache 2.0协议许可，完全开源，适用于产品原型设计、物联网创业公司以及大规模的商业部署。
4.支持海量设备连接：EMQX利用Erlang/OTP的高并发特性，支持单机百万级设备连接，是物联网场景的理想选择。
三、硬件平台简介
1、开发板Arduino Uno R4 Wifi简介
Arduino Uno R4 WiFi 是Arduino 官方出品的最新UNO开发板。
主控：
Renesas RA4M1，32位Arm® Cortex®-M4架构，时钟频率为48 MHz,集成USB 2.0 全速模块。
无线模块：
乐鑫出品的ESP32-S3 Mini模组，支持Wi-Fi 和BLE 5.0，搭载Xtensa® 32 位 LX7 双核处理器，主频高达 240 MHz。（比主控强，嘿嘿）
板载资源：
LED矩阵：板载一个12×8的红色LED矩阵。
Qwiic连接器：提供了一个Qwiic I2C连接器，方便连接到Qwiic生态系统中的各种模块。
其他：包括ADC、 12位DAC、CAN总线和运算放大器等。
USB Type-c:支持USB HID
2、传感器简介
AHT30是一款高性能的温湿度传感器，具有以下特点和应用范围：
1.功耗低、精度高：AHT30以其低功耗和高测量精度而受到青睐。
2.数字输出，I2C接口：AHT30提供数字输出，并通过I2C接口与系统进行通信，方便集成。
3.优异的长期稳定性：即使在恶劣环境下，AHT30也能保持稳定性能。
4.响应迅速、抗干扰能力强：AHT30能够快速响应环境变化，并且具有较强的抗干扰能力。
5.完全标定：AHT30传感器在出厂前已经过完全标定，确保了测量的准确性。
6.技术规格：
-供电电压：DC 2.2-5.5V
-测量范围：温度-40至120℃、湿度0至100%RH
-典型精度：温度±0.5℃、湿度±3%RH（@25℃）
-分辨率：温度0.01℃、湿度0.024%RH
规格书上介绍的I2C速率 与 采样间隔建议。
经过简单测试，Arduino默认的I2C的速率为100Khz，所以在规格书的范围内，并且从机也有ACK，所以可以使用。
这个传感器的驱动流程比较简单，但是流程图画的特别坑，容易让人误解。0x70 0x71实际上是设备读写地址，不是实际需要发送的数据。
上图的0X70与0X71是传感器的写、读地址，而0xAC是写的目标寄存器，0x33,0x00则是要写入的数据。
读取到值后要转化为实际的温度又有坑，按照规格书给的公式，代码运行后都是0，所以要该乘除的顺序。
综上驱动传感器的流程是：
①地址0X70寄存器0xAC写0x33,0x00
②等待80ms
③地址0X71读7字节
④取处温度值，温度值是由第5字节、4字节、3的低四位字节，组成
⑤按照公式换算出实际温度
看到上文，肯定有人问为什么需要去详细理解驱动的流程，实际Arduino开发中都是直接调用相关的库就可以快速、方便的驱动传感器了，这里有两点：
①我最初初始化I2C时，跳进去坑了（下面会提到），所以怀疑传感器本身有问题，即使传感器有ack。
②想实际的驱动一下传感器给自己增加一点经验，因为不是每一个传感器都有库的。
四、实际开发
1、驱动温度传感器
目的：
驱动AHT30传感器，获取实际的温度，并且使用串口打印出来。
AHT30模块：
AHT30模块使用I2C接口，2套排针用于调试时接逻辑分析仪确认I2C数据。
接线：
下图可以看到开发板总共有3个I2C，有两个I2C附近有电源、地，如下图的1,2，但是1，2是不同I2C，需要不同的配置。大量例程的I2C都是使用第二组的，尝试了很久也没能打开，可能是用的人比较少。（会用的人请教一下），所以最终选择了QWIIC处接线。
驱动库：
在Arduino驱动库中，根本找不到AHT30的驱动库
只能找到AHT10、20的库
仔细阅读AHT20 与 对比 AHT30的规格书后，对比驱动发现AHT20的测量、数据转化的命令与AHT30一致，所以驱动库极大概率是通用的。
驱动的逻辑与流程、发送的数据、回读数据的所有流程都是一样的。
要点：
从上文可知有I2C的引脚需要确认，经过确认后Wire库可以切换不同的I2C，使用QWIIC接口处的I2C引脚，必须，必须使用Wire1才可以初始化正确的引脚，不然必定通讯失败！！！！
运行结果：
图片：
GIF:
2、MQTT上报数据
目的：
测试Arduino Uno r4 Wifi可以通过板载的WIFI模块正确的使用MQTT协议上报温度数据，并且显示在HA终端上。测试使用数据为16.8℃，每秒加0.1℃。
运行结果：
图片：
五、最终效果
实时采集温度上报HA
目的：
间隔1秒将实际的温度数据上报到HA平台，并且显示出来。
流程图：
运行结果：
图片：
小计：
在我的电脑上每次打开Doker都会提示Docker Engine stopped，需要启动 并设置下图的服务。之后再次打开即可
Home Assistant 中个人认为比较重要的就是configuration.yaml的配置，我的配置如下
# Loads default set of integrations. Do not remove.
default_config:
# Load frontend themes from the themes folder
frontend:
themes: !include_dir_merge_named themes
automation: !include automations.yaml
script: !include scripts.yaml
scene: !include scenes.yaml
mqtt:
- sensor0:
- unique_id: arduino uno Temp
name: "arduino Temp"
state_topic: "homeassistant/sensor/temp"
# suggested_display_precision: 1
unit_of_measurement: "°C"
value_template: "{{ value_json.Temp }}"
C6C6C6
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