基于MQTT实现Arduino远程通信

原载于CSDN 2019-04-19

https://blog.csdn.net/qq_44350275/article/details/89406527

现搬运到自己的Blog
这里放上我的CSDN链接
https://me.csdn.net/qq_44350275?ref=miniprofile

我在做竞赛项目的时候，在板子和板子远程交互上做的东西
百度上找到的东西也都是七零八碎的，
同时也希望我的博客能给大家一点微薄的帮助

准备工作

Arduino ide的准备安装。
ESP8266模块+UNO 或者 NodeMCU和WIFIduino（初学者推荐后两个选择）
搭建自己的MQTT服务器
准备两个库 PubSubclient 和 esp8266wifi

MQTT服务器的介绍

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的”轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

而对于Arduino来说——只需要简单的发布消息和接收消息——是再好不过的选择，而且有现成的库文件，也不需要我们再去做很多其他工作。

MQTT服务器的搭建

我在Windows上搭建MQTT服务器的时候一直遇到一个.dll文件缺失所以我就转到Ubuntu上搭建服务器了。
个人推荐用EMQ这个软件来搭（管理台界面好看而且有中文）
自己电脑上搭服务器的缺点是，必须在同局域网下——即你的板子你的手机和你的电脑链接的是同一个WIFI——才能链接这个服务器，主要原因是你的电脑不具有公网IP没有办法在公网下访问，如果只是自己学东西建议是在自己的电脑上搭。
如果是要出产品建议去租阿里的服务器（我是白嫖了朋友一个）

两个库文件

PubSubclient 这个库文件应该是对MQTT支持比较完美的库文件
请到该github链接上下载或者官网
github下载链接: link.
官网下载链接: link.
这个库文件的详细说明请见该库文件的API文档
API文档: link.

而我们真正用到的只是其中的一个示例：
ESP8266WIFI
该库可在我的github上找到：
下载链接: link.

接下来我会详细的解释这个例子，这个例子实现了最简单的发布信息和接受信息：

/*
基本的ESP8266 MQTT示例

 该草图演示了pubsub库的组合功能
 与ESP8266板/库。
 它连接到MQTT服务器，然后：
   - 每两秒向“outTopic”主题发布“hello world”
   - 订阅“inTopic”主题，打印出任何消息
    它接收。 NB  - 它假设收到的有效载荷是非二进制的字符串
   - 如果主题“inTopic”的第一个字符为1，则打开ESP Led，
    否则关掉它
 如果使用阻止丢失连接，它将重新连接到服务器
 重新连接功能。有关如何使用，请参阅'mqtt_reconnect_nonblocking'示例
 在不阻塞主循环的情况下实现相同的结果。

 要安装ESP8266板，（使用Arduino 1.6.4+）：
   - 在“文件 - >首选项 - >其他板卡管理器URL”下添加以下第三方板卡管理器：
      http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json
   - 打开“工具 - >板 - >板管理器”，然后单击ESP8266的安装“
   - 在“工具 - >板”中选择您的ESP8266
这个是我用翻译把顶部注释翻译了
*/

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

const char* ssid = "........";//你要让板子链接的WiFi的名字
const char* password = "........";//该WiFi的密码
const char* mqtt_server = "broker.mqtt-dashboard.com";//你的服务器地址

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
long lastMsg = 0;
char msg[50];
int value = 0;

void setup_wifi() {

  delay(10);
   Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);

  WiFi.begin(ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

  randomSeed(micros());

  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}//链接WiFi

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    Serial.print((char)payload[i]);
  }//串口打印出收到的信息
  Serial.println();

  // 如果收到1作为第一个字符，则打开LED
  if ((char)payload[0] == '1') {
    digitalWrite(BUILTIN_LED, LOW);   // 这里他说接受的‘1’就打开灯 但是我在用的时候 接收到0才会打开  这一行的‘LOW’和下面的‘HIGH’应该换下位置，下面也说了 ESP-01是这样的
    // but actually the LED is on; this is because
    // it is active low on the ESP-01)
  } else {
    digitalWrite(BUILTIN_LED, HIGH);  // Turn the LED off by making the voltage HIGH
  }

}

void reconnect() {
  // Loop until we're reconnected
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    // Create a random client ID
    String clientId = "ESP8266Client-";//该板子的链接名称
    clientId += String(random(0xffff), HEX);//产生一个随机数字 以免多块板子重名
    //尝试连接
    if (client.connect(clientId.c_str())) {
      Serial.println("connected");
      // 连接后，发布公告......
      client.publish("outTopic", "hello world");//链接成功后 会发布这个主题和语句
      // ......并订阅
      client.subscribe("inTopic");//这个是你让板子订阅的主题（接受该主题的消息）
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      // 如果链接失败 等待五分钟重新链接
      delay(5000);
    }
  }
}

void setup() {
  pinMode(BUILTIN_LED, OUTPUT);     // 将BUILTIN_LED引脚初始化为输出
  Serial.begin(115200);
  setup_wifi();
  client.setServer(mqtt_server, 1883);//MQTT默认端口是1883
  client.setCallback(callback);
}

void loop() {

  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();

  long now = millis();
  if (now - lastMsg > 2000) {
    lastMsg = now;
    ++value;
    snprintf (msg, 50, "hello world #%ld", value);
    Serial.print("Publish message: ");
    Serial.println(msg);//串口打印，串口调试器可以看到的
    client.publish("outTopic", msg);//接收该主题消息
  }
}

手机调试软件——MyMQTT

该软件已经上架Google，没有条件翻墙的朋友我把该软件上传了百度网盘可以在该链接下下载
链接: link.
提取码：jdd8

下面贴上的是我自己将发布和订阅分开的代码（待完善）

发布消息

/*
基本的ESP8266 MQTT示例

 该草图演示了pubsub库的组合功能
 与ESP8266板/库。
仅仅发布信息，以光敏电阻为例子
*/

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

const char* ssid = "***";//wifi名称
const char* password = "***";//wifi密码
const char* mqtt_server = "***";//服务器地址
const char* out_topic_name="***";//所发布主题的名称
const char* bolid_name="***";//该板的编号-名称
/**/

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
long lastMsg = 0;
char msg[50];
int value = 0;

void setup_wifi() 
{
  delay(10);
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);

  WiFi.begin(ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".....");
  }//链接wifi

  randomSeed(micros());
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void reconnect()
{
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    String clientId = bolid_name;
    if (client.connect(clientId.c_str())) {
      Serial.println("connected");
      // 连接后，发布公告 Success
      client.publish("out_topic_name", "Success!");
      } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      delay(5000);
    }
  }
}//一直循环直到连接上服务器之后

void setup() {
  Serial.begin(115200);//设置波特率
  setup_wifi();
  client.setServer(mqtt_server, 1883);
}

void loop() {
 int sensorValue = analogRead(A0);//光敏读数
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();

    snprintf (msg, 50, "%ld",sensorValue );
    Serial.print("Publish message: ");
    Serial.println(msg);//同时串口输出
    client.publish("out_topic_name", msg);
    delay(10000);
  
}

订阅消息

//接受信息 来控制灯泡的亮灭
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

const char* ssid = "***";
const char* password = "***";
const char* mqtt_server = "***";
const char* in_Topic_name="***";//所接收主题的名称
const char* bolid_name="***";//该板的名称-编号

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
char msg[50];
int light = 255;

void setup_wifi() 
{ delay(10);
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print("....");
  }

  randomSeed(micros());

  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}//链接wifi

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) 
{ int l=0;
  int p=1;
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("]： ");
  for (int i = length-1; i >=0; i--) {
    l+=(int)((char)payload[i]-'0')*p;
    Serial.print(l);//增加串口显示
     p*=10;
  }
  Serial.println();
  light=l;

}//传入信息改变light的值 1-亮 0-不亮

void reconnect() {
  // Loop until we're reconnected
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    String clientId = "bolid_name";//该板子名称
    // Attempt to connect
    if (client.connect(clientId.c_str())) {
      Serial.println("connected");
     
      client.subscribe("in_Topic_name");//订阅主题
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      // 等待五秒钟直到链接上
      delay(5000);
    }
  }
}

void setup() 
{ pinMode(D2, OUTPUT); //控制d2的灯泡 
  Serial.begin(115200);
  setup_wifi();
  client.setServer(mqtt_server, 1883);
  client.setCallback(callback);
}

void loop() 
{  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }//如果链接没有建立 那么重新连接
  client.loop();
  delay(500);
  analogWrite(D2,light);
}

更多PubSubclien库的用法详见上文的官方API文档，