🐟 魚菜共生智慧管理平台 (AIoT Aquaponics System) v2.5

整合 ThingSpeak 雲端大數據、Telegram 智慧告警與 MQTT 自動化控制的完整解決方案。

本專案採用 混合式通訊架構 (Hybrid Communication Architecture)，結合了雲端儲存的便利性與 MQTT 的即時控制能力。系統能自動監測水質、水溫與水位，並在異常發生時自動觸發設備（如過濾、加熱、補水），同時即時推播訊息至管理員手機。

---

🌟 系統特色 (v2.5 更新)

• ☁️ 雲端數據中心：ESP32 感測器直接將數據上傳至 ThingSpeak，無需自建資料庫伺服器即可擁有歷史線圖與 API 存取。
• 🔔 手機即時推播：整合 Telegram Bot，當發生以下事件時自動通知：
  • ❄️ 低溫警報 (觸發加熱棒)
  • 💩 水質混濁 (觸發過濾馬達)
  • ⛔ 水位危險 (防止馬達燒毀)
• 🚀 混合通訊架構：
  • 上行 (Upload)：ESP32 → ThingSpeak (HTTP REST API) - 確保數據完整紀錄。
  • 下行 (Control)：Python → MQTT Broker → ESP8266 - 確保控制指令低延遲。
• 🤖 智慧防洗版機制：內建冷卻時間 (Cool-down) 邏輯，避免單一異常重複發送通知干擾使用者。
• 📱 戰情室儀表板：Web 介面同步顯示最新雲端數據、設備狀態與即時影像(選配)。

---

🛠 系統運作流程

請務必理解本系統的數據流向，以便於除錯與維護：

1. 數據採集 (ESP32)：每 20 秒讀取 5 種感測器數值，透過 WiFi 上傳至 ThingSpeak Channel。
2. 大腦運算 (Python app.py)：
   • 後端開啟背景執行緒，定期向 ThingSpeak 下載最新數據。
   • 邏輯判斷：例如「若溫度 < 20°C」。
   • 觸發動作：
     1. 發送 Telegram 訊息給使用者。
     2. 發送 MQTT 指令 (ON) 給執行端設備。
3. 設備執行 (ESP8266)：持續監聽 MQTT Broker，接收到指令後切換繼電器開關。

---

⚙️ 硬體接線腳位 (Pinout)

1. ESP32 感測整合端

請依照下表連接感測器，並燒錄 Esp32_Sensors_Complete.ino。

感測器元件	介面類型	ESP32 GPIO	ThingSpeak Field
DS18B20 水溫	數位 (OneWire)	Pin 4	Field 1
TDS 水質檢測	類比 (Analog)	Pin 34	Field 2
PH 酸鹼值	類比 (Analog)	Pin 32	Field 3
濁度 (Turbidity)	類比 (Analog)	Pin 35	Field 4
HC-SR04 水位	數位 (Digital)	Trig: 5 / Echo: 18	Field 5

2. ESP8266 設備控制端

請連接繼電器模組，並燒錄 Esp8266_Relay.ino。

• MQTT Broker: mqttgo.io
• Port: 1883

---

📝 安裝與設定指南

步驟 1：準備 API Keys (至關重要)

在開始之前，您需要準備以下金鑰並填入程式碼中：

1. ThingSpeak:
   • Channel ID: 3146597
   • Write API Key: (填入 ESP32 程式碼)
   • Read API Key: (填入 Python 程式碼)
2. Telegram:
   • Bot Token: 向 @BotFather 申請。
   • Chat ID: 向 @userinfobot 查詢。

步驟 2：軟體環境安裝

本專案後端使用 Python 開發，請安裝必要套件：

pip install flask flask-mqtt requests pyserial

###步驟 3：修改配置檔
A. 修改 ESP32 韌體 (arduino_code/Esp32_Sensors_Complete.ino)
C++

const char* ssid = "您的WiFi名稱";
const char* password = "您的WiFi密碼";
unsigned long myChannelNumber = 3146597; 
const char* myWriteAPIKey = "您的_WRITE_API_KEY"; // ⚠️ 請填入 Write Key
B. 修改 Python 後端 (app.py)
Python

# ThingSpeak 設定
THINGSPEAK_CHANNEL_ID = '3146597'
THINGSPEAK_READ_API_KEY = '您的_READ_API_KEY'   # ⚠️ 請填入 Read Key

# Telegram 設定
TELEGRAM_BOT_TOKEN = '您的_BOT_TOKEN'
TELEGRAM_CHAT_ID = '您的_CHAT_ID'

###步驟 4：啟動系統
將 ESP32 與 ESP8266 上電。

在電腦端執行 Python 主程式：

Bash

python app.py
開啟瀏覽器訪問 http://localhost:5000。

📂 專案檔案結構
Plaintext

Fish_System/
├── app_thingspeak.py                      # 核心主程式 (Flask + ThingSpeak Polling + Telegram + MQTT)
├── fish_system.db              # SQLite 資料庫 (自動生成，儲存歷史紀錄)
├── requirements.txt            # Python 依賴清單
├── README.md                   # 本說明檔
├── templates/
│   └── index.html              # 前端儀表板 (視覺化介面)
├── static/
│   └── css/                    # 網頁樣式
└── arduino_code/               # 硬體韌體原始碼
    ├── Esp8266_Motor_Fixed.ino      # [V2.5] 清洗移動平台 減速馬達
    ├── ESP32_ThingSpeak_Fixed.ino   # [V2.5] 上傳數據至 ThingSpeak
    └── Esp8266_3_Relays.ino            # [V2.5] 接收 MQTT 指令控制馬達
⚠️ 常見問題 (FAQ)
Q1: 為什麼網頁上的數據更新有延遲？

本系統受限於 ThingSpeak 免費版限制，ESP32 每 20 秒上傳一次，Python 每 20 秒下載一次，因此最大可能會有約 20~40 秒的數據延遲，這對於魚菜共生系統是可以接受的。

Q2: 為什麼 Serial Monitor 顯示 Error -401 或 HTTP 0？

這通常表示上傳頻率太快。請確保 ESP32 程式碼中的 delay() 至少設定為 20000 (20秒)。

Q3: 為什麼水位低了但我沒收到 Telegram 通知？

系統設有 30 分鐘冷卻時間。若 30 分鐘內已經發送過一次水位警報，為了避免您的手機被訊息轟炸，系統會暫時阻擋重複的通知，直到時間結束。重啟 app.py 可以重置此計時器。


https://api.thingspeak.com/update?api_key=X7R6GEYXQDDMWEZP&field1=22.0&field2=900&field3=7.2&field4=3.2&field5=3600