MQTT 入门

2021-10-21

MQTT 入门

在当今连接设备无处不在的世界中，物(wù)联网(IoT) 一词已成為(wèi)“连接到互联网的小(xiǎo)部件”的事实上的描述。虽然这个美化的骆驼案例，首字母缩略词本身就很(hěn)漂亮，但“互联网连接设备”的含义遠(yuǎn)比人们意识到的要多(duō)。在本文(wén)中，我想深入探讨 IoT 设备中使用(yòng)的最流行的协议之一：MQ 遥测传输 (MQTT) 协议。我们将简要介绍它是什么，它是如何工作的，以及它与其他(tā)使用(yòng)的技术相比有(yǒu)何新(xīn)颖之处。

MQTT 是什么以及為(wèi)什么

在典型的客户端-服務(wù)器设置中，我们有(yǒu)一个将传感器数据发布到服務(wù)器的提供者（即设备本身）和一个请求从服務(wù)器查看传感器数据的消费者。MQTT 也不例外。它是一种用(yòng)于设备之间通信的轻量级协议。设备通常会将数据“发布”（即发送）到 MQTT“代理(lǐ)”（或服務(wù)器），然后将其保留以提供给其他(tā)设备或 Web 应用(yòng)程序。另一个设备或 Web 应用(yòng)程序将从 MQTT 代理(lǐ)“订阅”该数据集（即请求数据），然后 MQTT 代理(lǐ)将该数据传送给它们。把它想象成一个美化的 Web 服務(wù)器，有(yǒu)两个主要的例外：

数据包非常轻量级（提高了速度、效率和成本）

MQTT 可(kě)以使用(yòng)互联网以外的其他(tā)通信模式（例如蓝牙）

图 1：带有(yǒu)设备的 MQTT 代理(lǐ)

由于上述两个原因，MQTT 已成為(wèi)物(wù)联网设备非常流行的协议。从历史上看，人们会使用(yòng) HTTP POST/GET 请求来实现这种形式的设备-服務(wù)器通信，但这会限制他(tā)们使用(yòng)其他(tā)通信设备（如蓝牙或 ZigBee）的能(néng)力。由于 MQTT 在这方面是不可(kě)知的，我们现在可(kě)以使用(yòng) MQTT在基于网格的网络中拥有(yǒu)消息传递功能(néng)，而无需连接到互联网

MQTT 入门

有(yǒu)很(hěn)多(duō)方法可(kě)以开始使用(yòng) MQTT，包括设计完整的端到端解决方案。為(wèi)了简单起见，我们将在本示例中使用(yòng) Adafruit 提供的免费 MQTT 代理(lǐ)服務(wù)。这将使我们能(néng)够专注于开发过程的客户端。要开始使用(yòng)，您需要具备以下条件：

Arduino 设备（此示例使用(yòng)Arduino Uno）

支持互联网连接的 Arduino扩展板（即Arduino 以太网扩展板）或基于 Wifi 的 Arduino 兼容设备，例如ESP8266。

Arduino IDE软件

使用(yòng)Adafruit IO 的帐户。

為(wèi)了设置我们的环境，我们需要先做一些事情。让我们首先设置我们的硬件。我将使用(yòng)连接到本地网络的 Arduino Uno 和 Arduino Ethernet Shield。 

图 2：并排放置 Arduino Uno 和 Arduino Ethernet Shield

我们需要在 Arduino 顶部堆叠以太网扩展板并将其插入网络，如下所示：

图 3：Arduino Uno 和 Arduino Ethernet Shield 连接在一起并插入

配置好硬件后，让我们打开 Arduino IDE 并安装必要的库。打开 Arduino IDE 并导航到工具 > 管理(lǐ)库...

图 4：管理(lǐ)库菜单选项

搜索 Adafruit MQTT 库并单击安装：

图 5：库管理(lǐ)器

系统还会提示您安装库依赖项。继续并单击“全部安装”。

图 6：库依赖项对话框

安装支持库后，您可(kě)以通过导航到文(wén)件 > 示例 > Adafruit MQTT 库 > mqtt_ethernet 打开示例。

图 7：mqtt_ethernet 示例的菜单导航

在这一点上，我们需要暂停并从我们的 Adafruit IO 帐户中获取我们的凭据。登录Adafruit IO并单击顶部的“我的密钥”：

图 8：My Key 菜单选项

现在回到您的 Arduino mqtt_ethernet草(cǎo)图示例，并使用(yòng)位于您的 Adafruit IO 帐户中的“用(yòng)户名”和“活动密钥”字段填写 AIO_USERNAME 和 AIO_KEY 字段。确保您的设备已连接，然后单击上传：

图 9：准备好上传的 Arduino Sketch

要查看设备的状态（并确保它已连接到 MQTT 代理(lǐ)），请导航到工具 > 串行监视器。您应该会看到如下所示的输出：

图 10：Arduino mqtt_ethernet 示例的串行监视器输出

此时我们已经确认数据已成功发送到 MQTT 代理(lǐ)。要查看服務(wù)器上的实际数据，让我们返回我们的 Adafruit IO 帐户并单击“Feeds”，然后单击“photocell”

图 11：Adafruit IO 馈送

我们现在可(kě)以实时捕获 Arduino 发送到 MQTT 代理(lǐ)的数据。我们也可(kě)以下载历史数据。

图 12：从 Arduino 发送到 MQTT 代理(lǐ)的实时和历史数据

恭喜！您现在已经设置了启用(yòng) MQTT 的设备并将您的数据发布到 MQTT 代理(lǐ)。现在进行下一步，构建您自己的自定义传感器并将数据发布到您的 MQTT 代理(lǐ)。

结论

我们了解了 MQTT 是什么、使用(yòng)它的原因以及如何在微控制器上实现它。我们还演示了如何开始使用(yòng)免费的 MQTT 代理(lǐ)服務(wù)并查看其服務(wù)器上的数据。您现在应该可(kě)以根据我们用(yòng)来将您自己的传感器数据发布到 MQTT 代理(lǐ)并在云上查看的示例开始您自己的 Arduino 草(cǎo)图。