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Lektion 47: 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 mithilfe eines Publish/Subscribe-Modells auszutauschen, wobei Geräte über Themen (Topics) kommunizieren.

In diesem Projekt erkunden wir die Implementierung von MQTT, indem wir eine Schaltung mit einer LED, einem Taster und einem Thermistor aufbauen. 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, bestimmte Themen zu abonnieren, Nachrichten zu empfangen und die LED basierend auf den empfangenen Informationen zu steuern. Darüber hinaus demonstriert das Projekt das Veröffentlichen von Temperaturdaten des Thermistors in einem bestimmten Thema, wenn der Taster gedrückt wird.

Benötigte Komponenten

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

Es ist definitiv praktisch, ein komplettes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

Name	ITEMS IN THIS KIT	LINK
Universal Maker Sensor Kit	94	Universal Maker Sensor Kit

Sie können sie auch einzeln über die folgenden Links kaufen.

COMPONENT INTRODUCTION	PURCHASE LINK
ESP32 & Development Board	BUY
Tastenmodul	-
Steckbrett	KAUFEN
RGB LED-Modul	-

Code-Upload

Bauen Sie die Schaltung auf.

Bemerkung

Beim Herstellen einer Verbindung zum WLAN können nur die Pins 36, 39, 34, 35, 32, 33 für das analoge Lesen verwendet werden. Bitte stellen Sie sicher, dass der Thermistor an diese bestimmten Pins angeschlossen ist.
Verbinden Sie dann den ESP32-WROOM-32E mit dem USB-Kabel mit dem Computer.
Öffnen Sie den Code.
- Öffnen Sie die Datei Lesson_47_MQTT.ino im Verzeichnis universal-maker-sensor-kit\esp32\Lesson_47_MQTT oder kopieren Sie den Code in die Arduino IDE.
- Nachdem Sie das Board (ESP32 Dev Module) und den entsprechenden Port ausgewählt haben, klicken Sie auf die Schaltfläche Upload.
- „Unknown COMxx“ wird immer angezeigt?
- Die Bibliothek PubSubClient wird hier verwendet und kann über den Library Manager installiert werden.

Suchen Sie die folgenden Zeilen und passen Sie sie mit Ihrem <SSID> und <PASSWORD> an.

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

Suchen Sie die nächste Zeile und passen Sie Ihren unique_identifier an. Stellen Sie sicher, dass Ihr unique_identifier wirklich einzigartig ist, da identische IDs, die versuchen, sich beim selben 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";

Topic-Abonnement

Um Störungen durch Nachrichten anderer Teilnehmer zu vermeiden, können Sie einen ungewöhnlichen oder seltenen String festlegen. Ersetzen Sie einfach das aktuelle Topic SF/LED durch Ihren gewünschten Topic-Namen.

Bemerkung

Sie haben die Freiheit, das Topic auf beliebige Zeichen zu setzen. Jedes MQTT-Gerät, das dasselbe Topic abonniert hat, kann dieselbe Nachricht empfangen. Sie können auch gleichzeitig mehrere Topics 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);
        }
    }
}

Ändern Sie die Funktionalität, um auf das abonnierte Topic zu reagieren. Im bereitgestellten Code wird, wenn eine Nachricht auf dem Topic SF/LED empfangen wird, überprüft, ob die Nachricht on oder off ist. Abhängig von der empfangenen Nachricht ändert sich der Ausgangszustand, um den LED-Status zu steuern.

Bemerkung

Sie können es für jedes abonniertes Topic anpassen und mehrere if-Anweisungen schreiben, um auf mehrere Topics 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);
        }
    }
}

Nachdem Sie das richtige Board (ESP32 Dev Module) und den entsprechenden Port ausgewählt haben, klicken Sie auf die Schaltfläche Upload.
Öffnen Sie den seriellen Monitor. Wenn die folgende Information ausgegeben wird, bedeutet dies, dass die Verbindung zum MQTT-Server erfolgreich hergestellt wurde.
WiFi connected IP address: 192.168.18.77 Attempting MQTT connection...connected

Nachrichtenübermittlung über HiveMQ

HiveMQ ist eine Messaging-Plattform, die als MQTT-Broker fungiert und eine schnelle, effiziente und zuverlässige Datenübertragung zu IoT-Geräten ermöglicht.

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

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

Öffnen Sie nun HiveMQ Web Client in Ihrem Webbrowser.
Verbinden Sie den Client mit dem Standard-Öffentlichkeits-Proxy.
Veröffentlichen Sie eine Nachricht im abonnierten Topic. In diesem Projekt können Sie on oder off veröffentlichen, um Ihre LED zu steuern.

Nachrichtenübermittlung an MQTT

Wir können den Code auch nutzen, um Informationen an das Topic zu senden. In dieser Demonstration haben wir eine Funktion programmiert, die eine einfache Nachricht an das Topic sendet, wenn Sie die Taste drücken.

Klicken Sie auf Add New Topic Subscription.

Füllen Sie die gewünschten Topics aus und klicken Sie auf Subscribe. Im Code senden wir eine Nachricht an das Topic 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];
            strcpy(tempString,"hello");
            client.publish("SF/TEMP", tempString);
        }
    }
}

Daher können wir dieses Topic auf HiveMQ überwachen und die Informationen anzeigen, die Sie veröffentlicht haben.