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《用于物联网的Arduino项目开发:实用案例解析》—— 3.3 MQTT

简介: MQTT是一个轻量级的机器对机器的协议。它采用的是发布者-订阅者模型,就是说由一个发布者把数据发布给服务器(也叫作代理),然后订阅者就能收到这个数据。发布者和订阅者彼此互不相识,但他们都连接在代理上,代理异步地完成这个通信。

本节书摘来自华章出版社《用于物联网的Arduino项目开发:实用案例解析》一 书中的第3章,第3.3节,作者[美]安德尔·杰韦德(Adeel Javed),更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

3.3 MQTT

MQTT是一个轻量级的机器对机器的协议。它采用的是发布者-订阅者模型,就是说由一个发布者把数据发布给服务器(也叫作代理),然后订阅者就能收到这个数据。发布者和订阅者彼此互不相识,但他们都连接在代理上,代理异步地完成这个通信。
代理用话题的概念来通知所有的订阅者相关的数据已经发布这一消息。话题就像新闻推送,你可以订阅某些想要接收的新闻的话题。发布者和订阅者可以是传感器、机器或移动应用。图3-4是MQTT协议的高层概览。
理解MQTT协议对于构建物联网应用是很重要的,接下来,看几个场景来进一步理解MQTT。

3.3.1 入侵检测系统

图3-5为一个简单的入侵检测系统,包括三个部件:检测入侵发布数据的运动传感器、接收这个数据通知用户的移动应用,以及MQTT代理上的一个话题。

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传感器一检测到入侵,就会作为发布者向MQTT代理商的codifythings/intrusion-Detected话题发布新的消息。MQTT代理会把这个消息加到话题中。移动应用可以订阅codifythings/intrusionDetected话题,当有新的消息被发布到这个话题时,它就会得到通知,继而可以通知用户。第6章将构建一个这样的系统。

3.3.2 远程灯光控制

MQTT另一种很棒的用处是为各种类型的设备开发遥控器,比如做一个灯光控制应用。如图3-6所示,一个遥控应用也是由三个部分组成,不过和上一个例子相比,前两个部件的顺序交换了一下。也就是说,首先是移动应用,它的用户可以控制灯光的开关,然后是连着灯光的设备,第三个部分是MQTT代理商的一个话题。
用户与移动应用交互来开灯或关灯,无论做哪种动作,移动应用就会给MQTT代理商的codifythings/lightsControl话题发布一条消息。MQTT代理会把这个消息加到话题中。连接到实际的灯的设备可以订阅codifythings/intrusionDetected话题,当有新的消息被发布到这个话题时,它就会得到通知,继而可以开关灯光。第8章将构建一个这样的遥控器。

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所需的硬件、软件和电路,请阅读2.3节。

3.3.3 代码(Arduino)

接下来,我们来写用WiFi将Arduino和互联网相连,并通过MQTT协议发布数据给服务器的代码。
启动Arduino IDE,输入下面的代码,或者从本书的网站下载代码文件然后打开。所有的文件都在单个源文件(*.ino)中,不过为了便于理解和重用,这个代码被分成以下四个部分:

  • 外部库
  • 互联网连接(无线)
  • 数据发布(MQTT)
  • 数据订阅(MQTT)

外部库

程序3-6给出了代码的第一部分,引入了运行代码所需的全部外部库。这个程序主要有两个依赖。为了实现互联网连接,需要包含(假设用的是WiFi盾板),而为了实现与MQTT代理的通信,需要包含。

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互联网连接(无线)

代码的第二部分定义了连接互联网要用的变量、常量和函数。在这里使用了程序2-7、程序2-8和程序2-9中的代码。
MQTT的数据发布和订阅
代码的第三部分定义了将来向MQTT代理发布和订阅要用到的变量、常量和函数。这个代码会发布和订阅同一个话题。
程序3-7首先定义了要Arduino连接的MQTT代理的地址和端口(默认为1883)。topic变量定义了在代理上发布和订阅所用的话题。如果你的电脑上没有安装MQTT代理,可以使用Eclipse基金会设立的公共MQTT代理(iot.eclipse.org)或Mosquitto(test.mosquitto.org)。

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如程序3-8所示来初始化MQTT客户端。callback()函数把从代理收到的消息内容的细节封装了起来。

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标准函数

最后,程序3-9是代码的最后一部分,实现了Arduino标准函数setup()和loop()。
在setup()函数中,代码初始化串口,然后连接到互联网。如果连上了MQTT代理,就订阅codifythings/testMessage话题。一旦订阅成功,代码就向codifythings/testMessage话题发布一条新消息。代码订阅了它所发布的同一个话题,所以消息一发布出去,callback()函数就会被调用。loop()函数只是等待MQTT代理来的新消息。

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这样,Arduino代码就完成了。

3.3.4 最终的作品

要测试这个应用,按照第1章所介绍的,校验然后上传代码到Arduino。代码上传后,打开串口监视器会看到如图3-7所示的日志消息。

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