1.10. 联网获取本地时间

前一个向导中我们已经认识了IoTs2的WiFi，启动WiFi扫描周围AP(WiFi热点)并连接到指定的AP。 本向导帮助我们如何将IoTs2的WiFi连接到周围的一个可用的AP，如果这个AP与互联网是连通的，我们就可以使用网络时间服务校准本地的日期和时间。

所谓可用的AP，IoTs2必须能够扫描到，而且需要你知道这个AP的密码。网络时间服务是一种公益性的网络服务，我国已经建有十余个开放性的网络时间服务器。 网络时间服务器使用网络时间服务协议(NTP, Network Time Protocol)向服务请求方提供标准的时间校准服务。NTP的诞生完全是为网络设备提供时间同步服务， 传统的计时器需要定期手工校准时间，譬如利用电台的半点或整点报时来手工校准，今天的大多数智能设备都能够连接到互联网，并使用NTP服务器自动校准时间。

本向导的目的是回答两个问题：1) 如何让IoTs2连接到互联网？2) 如何使用NTP服务器校准本地计时器?

让IoTs2接入互联网

电脑、Pad、手机等设备可以通过WiFi与无线路由器连接，并通过无线路由器连接到互联网，我们就可以使用搜索引擎找到自己需要的信息或者观看视频等。 IoTs2几乎与智能手机或平板有完全相同的联网和使用网络的方法，因为IoTs2也有一个内置的“无线网络设备/网卡”。

根据前一个向导的经验，如果IoTs2的WiFi能够扫描到周围的一些AP，而且你已经知道其中某些AP的密码，我们下一步就是将这个AP的名称和密码告诉IoTs2， 并编程让IoTs2连接到这个AP。如果这个AP与互联网是连通的，我们的IoTs2即可通过这个AP接入互联网。

如何将AP的名称（ssid)和密码(password)告诉IoTs2呢? 我们有两种方法：

  • 第1种方法是将这个AP的ssid和password两个字符串分别保存在“/CIRCUITPY/secrets.py”文件的对应位置，IoTs2需要联网时自动去这个文件中读取这些信息

  • 第2种方法是将这个AP的ssid和password两个字符串直接用Python程序接口传给IoTs2的wifi.radio类

虽然两种方法是等价的，建议使用第1种方法，即便是你分享自己的代码给其他人时，你的AP信息不会泄露给别人。secrets.py文件的格式如下：

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secrets = {
  "ssid": "your_ap_name",
  "password": "your_ap_password",
  "timezone": "Asia/Shanghai",  # Check http://worldtimeapi.org/timezones
  "broker":"www.hiibotiot.com",
  "hiibotiot_user":"anyone",
  "hiibotiot_password":"12345678"
}

这是一个JSON格式化的文本型“key:value”信息对(即字典)，也可以用Python字典型数据结构来访问。每一个“:”前的字符串是“key”， “:”后的字符串是这个“key”对应的“value”。

下面我们使用第2种方法设计一个让BlueFi连接到互联网的程序示例。程序代码如下：

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import wifi
from hiibot_iots2 import IoTs2
iots2 = IoTs2()
iots2.screen.rotation = 270
wifi.radio.enabled = True
while not wifi.radio.ipv4_address:
    # ConnectionError: No network with that ssid?
    wifi.radio.connect('your_ap_name', 'your_ap_password')
print("Connected to", str(wifi.radio.ap_info.ssid, "utf-8"), "\tRSSI: {}".format(wifi.radio.ap_info.rssi) )
print("My IP address is {}".format(wifi.radio.ipv4_address))
wifi.radio.enabled = False
while True:
      pass

根据前一节的内容，我们不难理解上面的程序代码，如果不修改第8行代码中的字符串‘your_ap_name’和‘your_ap_password’， 直接将程序保存到IoTs2的/CIRCUITPY/code.py文件中，我们将会看到“ConnectionError: No network with that ssid”错误提示。 你的AP名称和连接密码正好是‘your_ap_name’和‘your_ap_password’的概率极低，将你的IoTs2附近可用的AP和密码分别填入这两个字符串中， 我们将会看到正确的结果。

第9~10行将已经连接到的AP名称、当前的信号强度和IP地址输出到LCD屏幕和串口控制台上。第11行将WiFi关闭，关闭WiFi的目的是可以降低IoTs2的功耗， 本示例仅仅是为了演示连接WiFi热点而已。

与第1种设置WiFi名称和密码相比，第2种方法使用本示例第8行的Python接口程序将AP名称和密码作为参数直接传递给该接口。 如果你分享这个示例代码给别人时，你的AP名称和密码也同时泄露出去了。

下面示例采用第1种方法设置AP的名称和密码：

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import wifi
# Get wifi details and more from a /CIRCUITPY/secrets.py file
try:
    from secrets import secrets
except ImportError:
    print("WiFi secrets are kept in secrets.py, please add them there!")
    raise
from hiibot_iots2 import IoTs2
iots2 = IoTs2()
iots2.screen.rotation = 270
wifi.radio.enabled = True
while not wifi.radio.ipv4_address:
    wifi.radio.connect(secrets["ssid"], secrets["password"])
print("Connected to", str(wifi.radio.ap_info.ssid, "utf-8"), "\tRSSI: {}".format(wifi.radio.ap_info.rssi) )
print("My IP address is {}".format(wifi.radio.ipv4_address))
wifi.radio.enabled = False
while True:
      pass

与前一个示例相比，该示例的第13行代码，即用于连接AP的Python接口程序，我们并没有传递参数， 执行该程序语句时会自动到“/CIRCUITPY/secrets.py”文件中读取AP的名称和密码，并自动连接该AP。

如果你分享这个程序代码时，记得提醒代码使用者需要自己修改“/CIRCUITPY/secrets.py”文件中的“ssid”和“password”两个key的value。

用互联网同步本地时间

当我们搞清楚如何让IoTs2的WiFi连接到互联网之后，我们就可以使用NTP服务校准/同步本地的日期和时间。什么是NTP? 请自行使用搜索引擎查阅相关资料，NTP是TCP/IP协议栈中的一种应用层协议。

下面我们使用国际时间NTP服务器(域名：http://worldtimeapi.org/)来校准本地时间，这个服务器提供多种NTP服务接口，本示例使用“按照 本地的IP地址返回当地的日期和时间信息”，这个NTP服务器的服务接口：

本示例程序的代码如下：

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import time
import rtc
import wifi
import ipaddress
import ssl
import wifi
import socketpool
import adafruit_requests
from hiibot_iots2 import IoTs2
iots2 = IoTs2()
iots2.screen.rotation = 180
iots2.pixels[0] = (255,0,0)
the_rtc = rtc.RTC()
response = None
weekDayAbbr = ['Mon', 'Tue', 'Wed', 'Thu', 'Fri', 'Sat', 'Sun']
try:
    from secrets import secrets
except ImportError:
    print("WiFi secrets are kept in secrets.py, please add them there!")
    raise
print("Connecting to %s" % secrets["ssid"])
wifi.radio.connect(secrets["ssid"], secrets["password"])
print("Connected to %s!" % secrets["ssid"])
iots2.pixels[0] = (0,0,255)
print("My IP address is {}".format(wifi.radio.ipv4_address))
pool = socketpool.SocketPool(wifi.radio)
requests = adafruit_requests.Session(pool, ssl.create_default_context())
response = requests.get("http://worldtimeapi.org/api/timezone/Asia/Shanghai", timeout=60.0)
iots2.pixels[0] = (0,255,255)
rgb_gright = 0.1
######### fade IoTs2 RGB pixels #########
def fadeRGB() :
    global rgb_gright
    rgb_gright += 0.005
    if rgb_gright>0.1:
        rgb_gright = 0.0
    iots2.pixels.brightness = rgb_gright
    iots2.pixels.show()
    time.sleep(0.1)
######### Parse Date&Time from JSON #########
if response.status_code == 200:
    print("We got a NTP server")
    iots2.pixels[0] = (0,255,0)
    json = response.json()
    print(json)  # print all message
    current_time = json["datetime"]
    the_date, the_time = current_time.split("T")
    print(the_date)
    year, month, mday = [int(x) for x in the_date.split("-")]
    the_time = the_time.split(".")[0]
    print(the_time)
    hours, minutes, seconds = [int(x) for x in the_time.split(":")]
    # We can also fill in these extra nice things
    year_day = json["day_of_year"]
    week_day = json["day_of_week"]
    # Daylight Saving Time (夏令时)?
    is_dst = json["dst"]
    now = time.struct_time(
        (year, month, mday, hours, minutes, seconds+1, week_day, year_day, is_dst) )
    the_rtc.datetime = now
    while True:
        print( "  {}-{}-{}".format(
            the_rtc.datetime.tm_year,
            the_rtc.datetime.tm_mon,
            the_rtc.datetime.tm_mday, )
            )
        print( "  " + weekDayAbbr[the_rtc.datetime.tm_wday] )
        print( "  {}:{}:{}".format(
            the_rtc.datetime.tm_hour,
            the_rtc.datetime.tm_min,
            the_rtc.datetime.tm_sec, )
            )
        ipv4 = ipaddress.ip_address('182.61.200.6')
        print('  ping time:', wifi.radio.ping(ipv4))
        for _ in range(520):
            fadeRGB()
else:
    print("Getting time failed")

你首先将本示例代码保存到IoTs2的/CIRCUITPY/code.py文件中，务必记得修改secrets.py文件中的ssid和password两个选项的值， 当IoTs2执行本示例程序时，如果与AP成功连接后调用“http://worldtimeapi.org/”的时间服务接口，即第28行代码，从NTP服务器请求本地时间， 并将请求结果保存在response变量中。

如果你用web浏览器打开http://worldtimeapi.org/页面时，将会看到该服务的返回结果说明。根据说明我们可以知道， reponse是一个JSON格式化的文本字符串信息，本示例程序的第42～55行通过解析这个JSON格式化的信息流确定本地的日期和时间， 并分别保存在year, month, mday, hours, minutes, seconds,year_day和week_day等变量中。

在本示例程序的最后一个程序块(无穷循环程序块)中，读取本地RTC的日期和时间，并格式化后输出到IoTs2的LCD屏幕和串口控制台上， 你会发现“秒”数据的不断变化。同时，为了更好滴理解“wifi.radio.ping()”接口函数的用法，无穷循环中也不断地你用该接口ping百度服务器， 即’182.61.200.6’地址，并输出ping操作的耗时。

你或许会问，这样的方法同步本地时间，是否存在误差？当然存在，受你的无线网络状况、执行NTP服务的CPU速度等因素影响，这种方法校准 的本地时间与国际时间相差几十到几百毫秒。

如果这个误差太大，不能满足你的应用，你觉得如何减少这一误差呢？

总结：

  • 将AP的名称和密码告知IoTs2

  • 让IoTs2连接到互联网

  • 从互联网的NTP服务器获取IoTs2本地的当前日期和时间