การเรียกใช้เวลามาตรฐาน NTP ด้วย ESP32

โปรเจคที่ต้องการทำงานอัตโนมัติที่เกี่ยวข้องกับเวลา เช่น เครื่องรดน้ำต้นไม้ เครื่องให้อาหารปลา โปรเจคเหล่านี้จะต้องใช้เวลาเป็นตัวกำหนดการทำงานซึ่งไมโครคอนโทรลเลอร์ทั่ว ๆ ไปสามารถทำได้โดยปกติอยู่แล้ว ซึ่งอาจใช้การเขียนเป็นโปรแกรมนับเวลาหรือจะใช้โมดูลเก็บเวลาจริงที่เรียกว่า RTC เป็นตัวเก็บเวลาแล้วทำการเขียนโปรแกรมดึงเวลาเข้ามาประมวลผล ESP32 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวหนึ่งที่สามารถเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ตได้ ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ตได้ก็สามารถที่จะดึงเวลาจากเซิร์ฟเวอร์มาใช้งานได้ ซึ่งจะมีข้อดีกว่าการใช้ RTC อยู่สองสามประการได้แก่ประหยัดเงินซื้อโมดูล RTC และเวลาที่ได้จากเซิร์เวอร์จะเที่ยงตรงเสมอ ซึ่งถ้าใช้งาน RTC เวลาจะคลาดเคลื่อนได้เมื่อใช้งานไประยะหนึ่งซึ่งผู้ใช้งานจะต้องมาตั้งค่าเวลาให้กับ RTC ใหม่

ตัวอย่างโปรเจคที่ใช้ RTC

• โปรเจค Arduino เปิดปิดไฟตามเวลา ด้วย DS3231

ดึงเวลาสากล จาก internet มาใช้งานกับ ESP32

การรับวันที่และเวลาจากเซิร์ฟเวอร์ NTP ด้วย ESP32 หรือการดึงค่าเวลามาตรฐานสากลจากอินเตอร์เน็ต จะดึงจาก Server ที่ให้บริการโพรโทคอล NTP โดย NTP Server มีอยู่ด้วยกันหลายที่ คำว่า “NTP” ย่อมาจากคำว่า Network Time Protocol เป็นโพรโทคอลสำหรับการเทียบเวลามาตรฐานและตั้งค่าเวลาบนเครื่องคอมพิวเตอร์นั้นๆผ่านระบบเครือข่าย ส่วนใหญ่ถูกนำมาใช้ในองค์กรเพื่อช่วยทำให้เวลาในเครื่องคอมพิวเตอร์หรือเครื่องแม่ข่ายนั้นมีค่าตรงกัน โดยรูปแบบการทำงานนั้นแบ่งเป็น 2 ส่วนหลักๆคืออุปกรณ์ที่ให้บริการเทียบเวลา (NTP Server) กับเครื่องคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์ที่ต้องการเทียบเวลา (NTP Client) โดยโพรโทคอล NTP นั้นเชื่อมต่อผ่านทางระบบเครือข่ายด้วยโพรโทคอล UDP ผ่านพอร์ต 123 (โพรโทคอล UDP มีความรวดเร็วในการรับส่งข้อมูลแต่ก็มีข้อเสียตรงที่โพรโทคอล UDP ไม่มีการตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลที่รับส่งกันอยู่เหมือน TCP

NTP ทำงานอย่างไร

NTP สามารถทำงานได้หลายวิธี การกำหนดค่าที่พบบ่อยที่สุดคือการทำงานในโหมดไคลเอนต์เซิร์ฟเวอร์ หลักการทำงานพื้นฐานมีดังนี้:

1. อุปกรณ์ไคลเอนต์เช่น ESP32 เชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์โดยใช้ User Datagram Protocol (UDP) บนพอร์ต 123
2. จากนั้นไคลเอนต์ส่งแพ็กเก็ตคำร้องขอไปยังเซิร์ฟเวอร์ NTP
3. เพื่อตอบสนองต่อคำขอนี้เซิร์ฟเวอร์ NTP จะส่ง Time Stamp Packet
4. Time Stamp Packet ประกอบด้วยข้อมูลหลายอย่างเช่น UNIX timestamp, accuracy, delay หรือ timezone.
5. จากนั้นไคลเอนต์สามารถแยกวิเคราะห์ค่าวันที่และเวลาปัจจุบันได้

วัตถุประสงค์

ใช้ ESP32 สร้าง Station เพื่อดึงค่าเวลามาตรฐานจาก NTP Server แล้วแสดงผลทาง Serial Monitor

รายการอุปกรณ์

• 1. Keyestudio ESP32 Development Board ESP32-WROOM-32
• 2. Keyestudio ESP32-IO Shield
• 3. Micro USB Cable Wire 1m for NodeMCU

ขั้นตอนการทํางาน

1 : โปรแกรมแรก กับ Keyestudio ESP32

สวัสดีชาวโลก (Hello World) คือ คำง่าย ๆ สำหรับการเขียนโปรแกรมแรกของโปรแกรมเมอร์ เป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์พื้นฐานที่ทำการแสดงผลคำว่า “Hello world” บนอุปกรณ์แสดงผล ซึ่งเป็นหนึ่งในโปรแกรมที่ง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในการเขียนภาษาโปรแกรมต่างๆ ตามขั้นตอนลิงค์ด้านล่าง

• โปรแกรมแรก กับ Keyestudio ESP32

2 : อัพโหลดโค้ดให้กับ Keyestudio ESP32

เปิดโปรแกรม Arduino IDE เขียนโปรแกรม หรือ Sketch ตามโค้ดด้านล่างนี้

 #include <WiFi.h>
 #include "time.h"
 const char* ssid       = "YOUR_SSID";
 const char* password   = "YOUR_PASS";
 const char* ntpServer = "pool.ntp.org";
 const long  gmtOffset_sec = 7 * 3600;
 const int   daylightOffset_sec = 7 * 3600;
 void printLocalTime()
 {
   struct tm timeinfo;
   if (!getLocalTime(&timeinfo)) {
     Serial.println("Failed to obtain time");
     return;
   }
   Serial.println(&timeinfo, "%A, %B %d %Y %H:%M:%S");
 }
 void setup()
 {
   Serial.begin(115200);
 //connect to WiFi
   Serial.printf("Connecting to %s ", ssid);
   WiFi.begin(ssid, password);
   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
     delay(500);
     Serial.print(".");
   }
   Serial.println(" CONNECTED");
 //init and get the time
   configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);
   printLocalTime();
 //disconnect WiFi as it's no longer needed
   WiFi.disconnect(true);
   WiFi.mode(WIFI_OFF);
 }
 void loop()
 {
   delay(1000);
   printLocalTime();
 }

ก่อน อัพโหลดโค้ด มีค่าคงที่ต้องแก้ไข อยู่ 2 ค่าด้วยกันคือ

1. YOUR_SSID แก้เป็น ชื่อ WiFi ที่ต้องการเชื่อมต่อ

2. YOUR_PASS แก้เป็น รหัสผ่าน ของ WiFi ที่ต้องการเชื่อมต่อ

แล้วจึง อัพโหลดโค้ด

อธิบายโค้ด

มาดูโค้ดอย่างรวดเร็วเพื่อดูว่ามันทำงานอย่างไร ขั้นแรกเรารวมไลบรารีที่จำเป็นสำหรับโปรเจคนี้

• WiFi.h คือไลบรารี ที่มีวิธีการ WiFi เฉพาะของ ESP32 ที่เราเรียกเพื่อเชื่อมต่อกับเครือข่าย

• time.h คือไลบรารี native time library ซึ่งทำการซิงโครไนซ์กับเซิร์ฟเวอร์ NTP
  
  

#include <WiFi.h> 
#include "time.h"

ต่อไปเราจะตั้งค่าค่าคงที่เช่น SSID, รหัสผ่าน WiFi, ที่คุณทราบอยู่แล้ว

const char* ssid       = "YOUR_SSID"; 
const char* password   = "YOUR_PASS";

นอกจากนั้นเราจำเป็นต้องระบุที่อยู่ของเซิร์ฟเวอร์ NTP ที่เราต้องการใช้เช่น pool.ntp.org

const char* ntpServer = "pool.ntp.org";

UTC Offset & Daylight offset คุณต้องปรับค่าชดเชย UTC สำหรับเขตเวลาของคุณเป็นมิลลิวินาที โดยอ้างถึงการชดเชยเวลา UTC ตัวอย่างของเขตเวลา Time Zone ของกรุงเทพเป็น GMT+7 จึงเท่ากับ 7 * 3600

const long  gmtOffset_sec = 7 * 3600;  
const int   daylightOffset_sec = 7 * 3600;

3 : ผลลัพธ์การทำงาน

เปิดหน้าต่าง Serial Monitor  โดยไปที่ Tools -> Serial Monitor

ที่มุมขวาล่าง ของ Serial Monitor เลือกเป็น 115200 baud ที่ Serial Monitor จะแสดง วันที่และเวลาจากเซิร์ฟเวอร์ NTP

credit : https://lastminuteengineers.com/esp32-ntp-server-date-time-tutorial/