8.4 IoT-Kommunikation mit MQTT

Dieses Projekt konzentriert sich auf die Nutzung von MQTT, einem beliebten Kommunikationsprotokoll im Bereich des Internets der Dinge (IoT). MQTT ermöglicht es IoT-Geräten, Daten über ein Publish/Subscribe-Modell auszutauschen, bei dem Geräte über Themen kommunizieren.

In diesem Projekt erforschen wir die Implementierung von MQTT, indem wir einen Schaltkreis aufbauen, der eine LED, einen Knopf und einen Thermistor umfasst. Der ESP32-WROOM-32E-Mikrocontroller wird verwendet, um eine Verbindung zum WLAN herzustellen und mit einem MQTT-Broker zu kommunizieren. Der Code ermöglicht es dem Mikrocontroller, sich für bestimmte Themen zu abonnieren, Nachrichten zu empfangen und die LED basierend auf den empfangenen Informationen zu steuern. Zusätzlich demonstriert das Projekt das Veröffentlichen von Temperaturdaten vom Thermistor zu einem festgelegten Thema, wenn der Knopf gedrückt wird.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten.

Es ist definitiv praktisch, ein komplettes Set zu kaufen. Hier ist der Link:

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ARTIKEL IN DIESEM KIT

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ESP32 Starter Kit

320+

ESP32 Starter Kit

Sie können sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

KOMPONENTENVORSTELLUNG

KAUF-LINK

ESP32 WROOM 32E

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ESP32-Kameraerweiterung

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Steckbrett

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Überbrückungsdrähte

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Widerstand

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LED

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Taste

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Thermistor

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Code hochladen

  1. Bauen Sie den Schaltkreis.

    Bemerkung

    Bei der Herstellung einer Verbindung zum WLAN können nur die Pins 36, 39, 34, 35, 32, 33 für die Analogmessung verwendet werden. Bitte stellen Sie sicher, dass der Thermistor mit diesen festgelegten Pins verbunden ist.

    ../../_images/iot_4_matt_bb.png

  2. Verbinden Sie dann ESP32-WROOM-32E mit dem Computer über das USB-Kabel.

    ../../_images/plugin_esp32.png

  3. Öffnen Sie den Code.

    • Öffnen Sie die Datei iot_4_mqtt.ino, die sich im Verzeichnis esp32-starter-kit-main\c\codes\iot_4_mqtt befindet, oder kopieren Sie den Code in die Arduino IDE.

    • Nachdem Sie das Board (ESP32 Dev Module) und den passenden Port ausgewählt haben, klicken Sie auf den Upload-Knopf.

    • „Unbekanntes COMxx“ wird immer angezeigt?

    • Hier wird die Bibliothek PubSubClient verwendet, die Sie über den Library Manager installieren können.

      ../../_images/mqtt_lib.png

  4. Suchen Sie die folgenden Zeilen und ändern Sie sie mit Ihrem <SSID> und <PASSWORD>.

    // Replace the next variables with your SSID/Password combination
const char* ssid = "<SSID>";
const char* password = "<PASSWORD>";

  5. Finden Sie die nächste Zeile und ändern Sie Ihren unique_identifier. Stellen Sie sicher, dass Ihr unique_identifier wirklich einzigartig ist, da identische IDs, die versuchen, sich bei demselben MQTT-Broker anzumelden, zu einem Anmeldefehler führen können.

    // Add your MQTT Broker address, example:
const char* mqtt_server = "broker.hivemq.com";
const char* unique_identifier = "sunfounder-client-sdgvsda";

Themenabonnement

  1. Um Störungen durch Nachrichten anderer Teilnehmer zu vermeiden, können Sie es als obskuren oder ungewöhnlichen String setzen. Ersetzen Sie einfach das aktuelle Thema SF/LED mit Ihrem gewünschten Themennamen.

    Bemerkung

    Sie haben die Freiheit, das Thema als jeden beliebigen Charakter festzulegen. Jedes MQTT-Gerät, das das gleiche Thema abonniert hat, kann dieselbe Nachricht empfangen. Sie können auch gleichzeitig mehrere Themen abonnieren.

    void reconnect() {
    // Loop until we're reconnected
    while (!client.connected()) {
        Serial.print("Attempting MQTT connection...");
        // Attempt to connect
        if (client.connect(unique_identifier)) {
            Serial.println("connected");
            // Subscribe
            client.subscribe("SF/LED");
        } else {
            Serial.print("failed, rc=");
            Serial.print(client.state());
            Serial.println(" try again in 5 seconds");
            // Wait 5 seconds before retrying
            delay(5000);
        }
    }
}

  2. Ändern Sie die Funktionalität, um auf das abonnierte Thema zu reagieren. Im bereitgestellten Code wird geprüft, ob eine Nachricht zum Thema SF/LED empfangen wurde und ob die Nachricht on oder off ist. Abhängig von der empfangenen Nachricht ändert es den Ausgabestatus, um den LED-Zustand zu steuern.

    Bemerkung

    Sie können es für jedes Thema, das Sie abonniert haben, anpassen und Sie können mehrere if-Anweisungen schreiben, um auf mehrere Themen zu reagieren.

    void callback(char* topic, byte* message, unsigned int length) {
    Serial.print("Message arrived on topic: ");
    Serial.print(topic);
    Serial.print(". Message: ");
    String messageTemp;

    for (int i = 0; i < length; i++) {
        Serial.print((char)message[i]);
        messageTemp += (char)message[i];
    }
    Serial.println();

    // If a message is received on the topic "SF/LED", you check if the message is either "on" or "off".
    // Changes the output state according to the message
    if (String(topic) == "SF/LED") {
        Serial.print("Changing state to ");
        if (messageTemp == "on") {
            Serial.println("on");
            digitalWrite(ledPin, HIGH);
        } else if (messageTemp == "off") {
            Serial.println("off");
            digitalWrite(ledPin, LOW);
        }
    }
}

  3. Nachdem Sie das richtige Board (ESP32 Dev Module) und den Port ausgewählt haben, klicken Sie auf den Upload-Knopf.

  4. Öffnen Sie den seriellen Monitor und wenn die folgenden Informationen gedruckt werden, zeigt dies eine erfolgreiche Verbindung zum MQTT-Server an.

    WiFi connected
IP address:
192.168.18.77
Attempting MQTT connection...connected

Nachrichtenpublikation über HiveMQ

HiveMQ ist eine Messaging-Plattform, die als MQTT-Broker fungiert und schnellen, effizienten und zuverlässigen Datentransfer zu IoT-Geräten ermöglicht.

Unser Code nutzt speziell den MQTT-Broker von HiveMQ. Wir haben die Adresse des HiveMQ MQTT-Brokers im Code wie folgt aufgenommen:

// Add your MQTT Broker address, example:
const char* mqtt_server = "broker.hivemq.com";

  1. Öffnen Sie jetzt HiveMQ Web Client in Ihrem Webbrowser.

  2. Verbinden Sie den Client mit dem Standard-öffentlichen Proxy.

    ../../_images/sp230512_092258.png

  3. Veröffentlichen Sie eine Nachricht im Thema, das Sie abonniert haben. In diesem Projekt können Sie on oder off veröffentlichen, um Ihre LED zu steuern.

    ../../_images/sp230512_140234.png

Nachrichtenpublikation an MQTT

Wir können den Code auch nutzen, um Informationen an das Thema zu senden. In dieser Demonstration haben wir eine Funktion codiert, die die von dem Thermistor gemessene Temperatur an das Thema sendet, wenn Sie den Knopf drücken.

  1. Klicken Sie auf Add New Topic Subscription.

    ../../_images/sp230512_092341.png

  2. Geben Sie die Themen ein, denen Sie folgen möchten, und klicken Sie auf Subscribe. Im Code senden wir Temperaturinformationen an das Thema SF/TEMP.

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

    // if the button pressed, publish the temperature to topic "SF/TEMP"
    if (digitalRead(buttonPin)) {
            long now = millis();
            if (now - lastMsg > 5000) {
            lastMsg = now;
            char tempString[8];
            dtostrf(thermistor(), 1, 2, tempString);
            client.publish("SF/TEMP", tempString);
        }
    }
}

  3. Daher können wir dieses Thema auf HiveMQ überwachen und die von Ihnen veröffentlichten Informationen einsehen.

    ../../_images/sp230512_154342.png