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8.4 Comunicazione IoT con MQTT

Questo progetto si concentra sull’utilizzo di MQTT, un popolare protocollo di comunicazione nel dominio dell’Internet of Things (IoT). MQTT consente ai dispositivi IoT di scambiarsi dati utilizzando un modello publish/subscribe, in cui i dispositivi comunicano attraverso argomenti (topics).

In questo progetto, esploreremo l’implementazione di MQTT costruendo un circuito che include un LED, un pulsante e un termistore. Il microcontrollore ESP32 scheda viene utilizzato per stabilire una connessione WiFi e comunicare con un broker MQTT. Il codice consente al microcontrollore di iscriversi a specifici argomenti, ricevere messaggi e controllare il LED in base alle informazioni ricevute. Inoltre, il progetto dimostra come pubblicare i dati di temperatura dal termistore a un argomento designato quando viene premuto il pulsante.

Componenti Necessari

Per questo progetto, avremo bisogno dei seguenti componenti.

È sicuramente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link:

Nome

ELEMENTI IN QUESTO KIT

LINK

Kit Iniziale ESP32

320+

ESP32 Starter Kit

Puoi anche acquistarli separatamente dai link qui sotto.

INTRODUZIONE AI COMPONENTI

LINK PER L’ACQUISTO

ESP32 Scheda

ACQUISTA

Estensione Fotocamera ESP32

ACQUISTA

Breadboard

ACQUISTA

Cavi Jumper

ACQUISTA

Resistore

ACQUISTA

LED

ACQUISTA

Pulsante

ACQUISTA

Termistore

ACQUISTA

Caricamento del Codice

  1. Assembla il circuito.

    Nota

    Durante la connessione al WiFi, solo i pin 36, 39, 34, 35, 32, 33 possono essere utilizzati per la lettura analogica. Assicurati che il termistore sia collegato a questi pin designati.

    ../../_images/iot_4_matt_bb.png

  2. Poi, collega l’ESP32 scheda al computer utilizzando il cavo USB.

    ../../_images/plugin_esp32.png

  3. Apri il codice.

    • Apri il file iot_4_mqtt.ino situato nella directory esp32-starter-kit-main\c\codes\iot_4_mqtt, oppure copia il codice nell’IDE di Arduino.

    • Dopo aver selezionato la scheda (ESP32 Dev Module) e la porta appropriate, clicca sul pulsante Upload.

    • Vedi sempre «COMxx sconosciuto»?

    • Qui viene utilizzata la libreria PubSubClient, che puoi installare dal Library Manager.

      ../../_images/mqtt_lib.png

  4. Individua le seguenti righe e modificale con il tuo SSID e PASSWORD.

    // Sostituisci le prossime variabili con la combinazione SSID/Password
const char* ssid = "SSID";
const char* password = "PASSWORD";

  5. Trova la seguente riga e modifica il tuo unique_identifier. Assicurati che il tuo unique_identifier sia davvero unico, poiché qualsiasi ID identico che tenta di accedere allo stesso MQTT Broker potrebbe causare un fallimento del login.

    // Aggiungi l'indirizzo del tuo Broker MQTT, esempio:
const char* mqtt_server = "broker.hivemq.com";
const char* unique_identifier = "sunfounder-client-sdgvsda";

Sottoscrizione a un Topic

  1. Per evitare interferenze con i messaggi inviati da altri partecipanti, puoi impostarlo come una stringa oscura o poco comune. Sostituisci semplicemente l’attuale topic SF/LED con il nome dell’argomento che desideri.

    Nota

    Hai la libertà di impostare il Topic con qualsiasi carattere desideri. Qualsiasi dispositivo MQTT che si è iscritto allo stesso Topic sarà in grado di ricevere lo stesso messaggio. Puoi anche iscriverti contemporaneamente a più Topic.

    void reconnect() {
    // Cicla finché non siamo riconnessi
    while (!client.connected()) {
        Serial.print("Attempting MQTT connection...");
        // Tentativo di connessione
        if (client.connect(unique_identifier)) {
            Serial.println("connected");
            // Sottoscrizione
            client.subscribe("SF/LED");
        } else {
            Serial.print("failed, rc=");
            Serial.print(client.state());
            Serial.println(" try again in 5 seconds");
            // Attendi 5 secondi prima di riprovare
            delay(5000);
        }
    }
}

  2. Modifica la funzionalità per rispondere al topic sottoscritto. Nel codice fornito, se viene ricevuto un messaggio sul topic SF/LED, verifica se il messaggio è on o off. A seconda del messaggio ricevuto, cambia lo stato di output per controllare l’accensione o lo spegnimento del LED.

    Nota

    Puoi modificarlo per qualsiasi topic a cui sei iscritto, e puoi scrivere più istruzioni if per rispondere a più topic.

    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();

    // Se viene ricevuto un messaggio sul topic "SF/LED", controlla se il messaggio è "on" o "off".
    // Cambia lo stato dell'output in base al messaggio
    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. Dopo aver selezionato la scheda corretta (ESP32 Dev Module) e la porta, clicca sul pulsante Upload.

  4. Apri il monitor seriale e se viene stampata la seguente informazione, indica che la connessione al server MQTT è avvenuta con successo.

    WiFi connesso
Indirizzo IP:
192.168.18.77
Tentativo di connessione MQTT...connesso

Pubblicazione di Messaggi tramite HiveMQ

HiveMQ è una piattaforma di messaggistica che funziona come un broker MQTT, facilitando un trasferimento dati veloce, efficiente e affidabile ai dispositivi IoT.

Il nostro codice utilizza specificamente il broker MQTT fornito da HiveMQ. Abbiamo incluso l’indirizzo del broker MQTT di HiveMQ nel codice come segue:

// Aggiungi l'indirizzo del tuo Broker MQTT, esempio:
const char* mqtt_server = "broker.hivemq.com";

  1. Ora, apri il HiveMQ Web Client nel tuo browser web.

  2. Connetti il client al proxy pubblico di default.

    ../../_images/sp230512_092258.png

  3. Pubblica un messaggio nel Topic a cui ti sei iscritto. In questo progetto, puoi pubblicare on o off per controllare il tuo LED.

    ../../_images/sp230512_140234.png

Pubblicazione di Messaggi su MQTT

Possiamo anche utilizzare il codice per pubblicare informazioni sul Topic. In questa dimostrazione, abbiamo codificato una funzione che invia la temperatura misurata dal termistore al Topic quando premi il pulsante.

  1. Clicca su Add New Topic Subscription.

    ../../_images/sp230512_092341.png

  2. Compila i topic che desideri seguire e clicca su Subscribe. Nel codice, inviamo le informazioni sulla temperatura al topic SF/TEMP.

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

    // se il pulsante è premuto, pubblica la temperatura sul 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. Pertanto, possiamo monitorare questo Topic su HiveMQ, permettendoci di visualizzare le informazioni che hai pubblicato.

    ../../_images/sp230512_154342.png