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レッスン47: MQTTを用いたIoT通信

このプロジェクトでは、モノのインターネット（IoT）分野で人気のある通信プロトコルであるMQTTを使用します。MQTTは、デバイスがトピックを介してデータを交換するためのパブリッシュ/サブスクライブモデルを提供します。

このプロジェクトでは、LED、ボタン、サーミスタを含む回路を構築し、MQTTの実装を探ります。ESP32-WROOM-32Eマイクロコントローラを使用してWiFiに接続し、MQTTブローカーと通信します。このコードは、マイクロコントローラが特定のトピックをサブスクライブし、メッセージを受信し、受信した情報に基づいてLEDを制御できるようにします。また、プロジェクトでは、ボタンを押したときにサーミスタからの温度データを指定されたトピックに公開する方法も示します。

必要なコンポーネント

このプロジェクトでは、以下のコンポーネントが必要です。

キット全体を購入するのが便利です。リンクはこちら：

Name

ITEMS IN THIS KIT

LINK

Universal Maker Sensor Kit

94

Universal Maker Sensor Kit

以下のリンクから個別に購入することもできます。

COMPONENT INTRODUCTION

PURCHASE LINK

ESP32 & Development Board

購入

ボタンモジュール

-

ブレッドボード

購入

RGB LEDモジュール

-

コードのアップロード

  1. 回路を構築します。

    注釈

    WiFiに接続する際には、36、39、34、35、32、33のピンのみがアナログ読み取りに使用できます。サーミスタがこれらの指定されたピンに接続されていることを確認してください。

    ../_images/Lesson_01_Button_Module_esp32_bb.png

  2. その後、USBケーブルを使用してESP32-WROOM-32Eをコンピュータに接続します。

  3. コードを開きます。

    • universal-maker-sensor-kit\esp32\Lesson_47_MQTT ディレクトリにある Lesson_47_MQTT.ino ファイルを開くか、Arduino IDEにコードをコピーします。

    • ボード（ESP32 Dev Module）と適切なポートを選択した後、 Upload ボタンをクリックします。

    • 常に「Unknown COMxx」が表示される場合

    • ここでは PubSubClient ライブラリが使用されますので、 Library Manager からインストールしてください。

      ../_images/mqtt_lib.png

  4. 以下の行を見つけて、 <SSID> と <PASSWORD> で修正します。

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

  5. 次の行を見つけて、 unique_identifier を修正します。 unique_identifier が真にユニークであることを保証してください。同じIDを使用して同じMQTTブローカーにログインしようとすると、ログインに失敗する可能性があります。

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

トピックサブスクリプション

  1. 他の参加者が送信したメッセージの干渉を避けるために、あまり一般的でない文字列に設定することをお勧めします。現在のトピック SF/LED を希望のトピック名に置き換えるだけです。

    注釈

    トピックを任意の文字に設定する自由があります。同じトピックをサブスクライブしているMQTTデバイスは同じメッセージを受信できます。また、複数のトピックを同時にサブスクライブすることも可能です。

    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. サブスクライブしたトピックに応答するように機能を変更します。提供されたコードでは、 SF/LED トピックでメッセージを受信した場合、メッセージが on または off であるかどうかを確認します。受信したメッセージに応じて、LEDのオンまたはオフの状態を制御します。

    注釈

    サブスクライブしている任意のトピックに対応するように変更でき、複数のトピックに対応するために複数のif文を書くこともできます。

    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. 正しいボード（ESP32 Dev Module）とポートを選択した後、 Upload ボタンをクリックします。

  4. シリアルモニターを開き、以下の情報が表示された場合、MQTTサーバーへの接続が成功したことを示します。

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

HiveMQを介したメッセージの公開

HiveMQは、MQTTブローカーとして機能するメッセージングプラットフォームであり、IoTデバイスへのデータ転送を迅速かつ効率的、信頼性の高いものにします。

私たちのコードは、特にHiveMQが提供するMQTTブローカーを利用しています。以下のようにコードにHiveMQ MQTTブローカーのアドレスを含めました：

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

  1. 現在、Webブラウザで HiveMQ Web Client を開きます。

  2. クライアントをデフォルトのパブリックプロキシに接続します。

    ../_images/sp230512_092258.png

  3. サブスクライブしているトピックにメッセージを公開します。このプロジェクトでは、LEDを制御するために on または off を公開できます。

    ../_images/sp230512_140234.png

MQTTへのメッセージの公開

コードを使用してトピックに情報を公開することもできます。このデモでは、ボタンを押すとトピックにシンプルなメッセージを送信する機能をコーディングしました。

  1. Add New Topic Subscription をクリックします。

    ../_images/sp230512_092341.png

  2. フォローしたいトピックを入力し、 Subscribe をクリックします。このコードでは、 SF/TEMP トピックにメッセージを送信します。

    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);
        }
    }
}

  3. したがって、HiveMQでこのトピックを監視し、公開された情報を確認できます。

    ../_images/sp230512_154342.png