用ESP8266+MQTT構(gòu)建完全屬于自己的物聯(lián)網(wǎng)平臺

ID:1130698 · 發(fā)表于 2024-10-6 11:19

1. 簡介

使用Arduino + ESP8266，基于MQTT協(xié)議，構(gòu)建完全屬于自己的物聯(lián)網(wǎng)平臺。

完全屬于自己，意思是包括MQTT Broker（MQTT服務(wù)器）都自己搭建，而且是使用ESP8266，這是亮點。

由于不依賴于任何第三方服務(wù)平臺，不擔(dān)心他們跑路和忍受各種使用限制。

MQTT支持用戶認(rèn)證，具有一定的安全性。

有開放的手機端App支持。

基本平臺可以在局域網(wǎng)內(nèi)運行，如果你有公網(wǎng)IP和域名，也可以從公網(wǎng)訪問。

這里僅給出一個最小系統(tǒng)的Demo教程，近乎手把手教你搭建整個系統(tǒng)。Demo實現(xiàn)兩個獨立設(shè)備上LED的本地和遠程控制。

寫這個教程，是因為最近發(fā)現(xiàn)了一個好東西，PicoMQTT庫。我找能在ESP8266上運行的Broker很久了，可能是關(guān)鍵字太過精準(zhǔn)，找到的Broker都不好用或用不起來。前段時間突發(fā)奇想，在Arduino的庫上扒拉，把包含mqtt或沾邊的庫都人肉過濾了一遍，找到了PicoMQTT。經(jīng)過一段時間的試用，覺得它完全能夠替代電腦端的Broker。

2. 軟硬件需求

硬件：ESP8266開發(fā)板2套(其實1套也可以，僅編譯和下載Broker，配合手機App即可完成驗證)

ESP8266開發(fā)板通常搭載ESP-12系列模塊，模塊帶一個藍色LED，開發(fā)板還有一個切換引導(dǎo)模式的物理按鍵，按鍵旁邊通常標(biāo)注了”FLASH”絲印，有這兩個外設(shè)就可以完成這個Demo。

ESP8266開發(fā)板，最方便的是用淘寶那種自帶USB串口的開發(fā)板，板上有一個USB轉(zhuǎn)串口芯片加一個模塊，它支持Arduino串口自動下載，暫時不用去關(guān)心ESP8266的引導(dǎo)模式。

[01.開發(fā)板.png] [02.開發(fā)板.png]

WiFi和路由器：此Demo要有可用的2.4GHz WiFi網(wǎng)絡(luò)，路由器要能為客戶端設(shè)定靜態(tài)IP地址(僅Broker有此要求)

開發(fā)軟件：Arduino 2.x下載地址

https://www.arduino.cc/en/software

https://downloads.arduino.cc/arduino-ide/arduino-ide_2.3.3_Windows_64bit.exe

應(yīng)用軟件：安卓App用MQTT儀表臺軟件(iOS也有類似應(yīng)用)

<MQTTdashboard_0.4.5_APKPure.apk>

Demo例程

<ESP8266_Broker> MQTT Broker(服務(wù)器)例程

<ESP8266_Client> MQTT客戶端例程

軟件包下載<MQTT Demo.7z>，包含上面兩個App和例程代碼。

MQTT Demo.7z (10.37 MB, 下載次數(shù): 18)

3. 建立Arduino開發(fā)環(huán)境

運行Arduino安裝包arduino-ide_2.3.3_Windows_64bit.exe，如果有防火墻提示，全部允許。

安裝完成，啟動Arduino，開始配置：

[a01.png]打開Arduino配置菜單，F(xiàn)ile-Preferences...

[a02.png]添加ESP8266開發(fā)板管理器地址，填入

http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

[a03.png]更改語言為中文，點OK提交，會被要求重啟軟件。

[a04.png]打開開發(fā)板管理器菜單，工具-開發(fā)板-開發(fā)板管理器...

[a05.png]在搜索框中輸入esp8266(區(qū)分大小寫)，搜索出來后，點擊esp8266 by ESP8266下面的安裝按鈕，安裝esp8266開發(fā)板支持包，包有點大，要花點時間。

[a07.png]打開軟件庫管理，工具-管理庫...

[a08.png]搜索PicoMQTT(區(qū)分大小寫)，點安裝

[a09.png]搜索PubSubClient(區(qū)分大小寫)，安裝，安裝完成后關(guān)掉Arduino IDE。

4.編譯和下載ESP8266_Broker例程到ESP8266開發(fā)板

[a10.png] 把其中一個開發(fā)板插入電腦，我們先編譯和燒寫B(tài)roker。解壓壓縮包，找到并雙擊ESP8266_Broker.ino啟動Arduino IDE。

[a11.png]為工程指定開發(fā)板ESPino(ESP-12 Module)

[a12.png]首次下載程序，選用開發(fā)板對應(yīng)的串口。如果有多串口的，在設(shè)備管理器里面，通過插入和拔出開發(fā)板，確定串口號。如果需要串口驅(qū)動請自行安裝。

[a13.png]修改WiF配置：選中<ESP8266LibCfg.h>，把STA_SSID和STA_PSK修改成你WiFi的SSID和密碼。

[a14.png]開始編譯和上傳(燒寫程序到ESP8266)，項目-上傳，第一次編譯時間可能比較長

[a15.png]燒寫完成后的樣子，輸出框有進度、校驗、硬件復(fù)位等提示。

[a16.png]打開串口監(jiān)視器，工具-串口監(jiān)視器

[a17.png]波特率選115200，按開發(fā)板的復(fù)位RST，串口能看到ESP8266的引導(dǎo)提示和獲取到的IP地址，模塊的藍色LED會亮起來，按FLASH按鈕，LED會亮滅變換，同時會看到串口LED狀態(tài)同步更新。

5.配置路由器，給Broker分配一個靜態(tài)IP地址

分配靜態(tài)IP地址是為了讓路由器在Broker每次連接的時候得到一個不變的IP地址。因為MQTT客戶端連接到Broker的地址，不能是變化的，并且后期公網(wǎng)端口映射也需要靜態(tài)IP地址。

由于不同路由器的配置方法不同，大致就是在LAN設(shè)置里面，把Broker加到靜態(tài)地址列表。請自行查看路由器幫助文檔進行設(shè)置。

(如果暫時無法完成Broker靜態(tài)地址的配置，只要Broker不斷電重連，通常IP地址不會變化，可以記下這個IP地址繼續(xù)下面的實驗。但如果要正式投入使用，還是需要固定IP地址。)

6.編譯和下載ESP8266_Client例程到ESP8266開發(fā)板

[a18.png]按照第4步方法，把另一個開發(fā)板接入電腦的USB口(前面已下載好的Broker不要從電腦上拔下來，等待MQTT Client連接)，打開ESP8266_Client工程，配置開發(fā)板和下載串口，然后配置<ESP8266LibCfg.h>，把STA_SSID和STA_PSK修改成你WiFi的SSID和密碼，把MQTT_BROKER_ADDR后面的IP地址換成你前面Broker的IP地址。

[a19.png]同樣打開串口監(jiān)視儀，配置波特率115200，并按一下開發(fā)板的復(fù)位，能看到WiFi和MQTT的連接狀態(tài)，如下圖所示表示W(wǎng)iFi和MQTT都連接成功。

7. 安卓MQTT儀表臺軟件配置

下面以<MQTT Dash (IoT, SmartHome)_4.4_APKPure.apk>舉例配置方法

安裝App，并運行App

[b01.png]打開MQTTDash，點右上角+添加服務(wù)器

[b02.png]Name可隨便填，地址填寫前面MQTT Broker的IP地址，端口填1883，下面用戶名填User，密碼填12345678，點右上角的磁盤圖標(biāo)保存配置。

(用戶名和密碼與<ESP8266LibCfg.h>里面的

#define BROKER_USERNAME "User"

#define BROKER_PASSWORD "12345678"

保持一致)

[b03.png]Test服務(wù)器添加完成，App主界面多了一個Test控件。

[b04.png]點擊進入Test后，點右上角+新建控件

[b05.png]點Switch/button，添加開關(guān)控件

[b06.png]這個開關(guān)我們用來控制Broker的LED，Name里填寫” BrokerLED”(可隨意填寫)；Topic(sub)里面填寫B(tài)T_LED，下面Topic(pub)填寫B(tài)R_LED，然后點右上角磁盤圖標(biāo)保存。

Broker的控制按鈕創(chuàng)建好了，沒有意外的話，按這個按鈕就可以控制Broker的LED了。

(所有的Topic在源代碼里都能找到定義)

[b07.png] Broker LED控制按鈕創(chuàng)建好了，點擊右上角+繼續(xù)創(chuàng)建Client LED按鈕。

[b08.png]按圖輸入名稱和兩個Topic，保存即可。

[b09.png]Broker和Client的控制按鈕都創(chuàng)建完成。

可以通過這兩個按鈕分別控制兩個開發(fā)板的LED了。

如果按開發(fā)板的FLASH按鈕，改變LED狀態(tài)，會同步更新到App界面。

至此，大功告成。

8. 關(guān)于公網(wǎng)訪問

如果你有公網(wǎng)IP和DDNS，在路由器上添加一個端口映射即可。公網(wǎng)端口選一個非標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)端口，映射到內(nèi)網(wǎng)Broker IP的1883端口上即可。

公網(wǎng)IP，可以試著向ISP服務(wù)商(電信、聯(lián)通、移動等互聯(lián)網(wǎng)提供商)申請，如果申請成功，請ISP服務(wù)商把光貓改成橋接模式，并要到寬帶賬號密碼，在你自己的路由器上撥號上網(wǎng)。

只有公網(wǎng)IP，沒有動態(tài)域名，公網(wǎng)也沒法用。接著該去申請免費的動態(tài)域名了。

TPLink的部分路由器內(nèi)置支持DDNS刷新服務(wù)，從TPLink申請一個賬號，再申請一個tpddns的二級域名，在路由器上配置好即可。另外部分TPLink路由器還支持第三方動態(tài)域名刷新服務(wù)，比如花生殼，3322、科邁等。

不用路由器，也可以使用電腦端刷新動態(tài)域名。各動態(tài)域名提供商一般都有Windows平臺的刷新軟件，找個NAS掛著就行。很久沒有研究過免費動態(tài)域名了，最新行情啥樣也不清楚，各位自己試試吧。

現(xiàn)在，假設(shè)你已經(jīng)有了動態(tài)域名，并配置好，Broker也映射到公網(wǎng)。

和Broker在同一個局域網(wǎng)的MQTT客戶端，使用局域網(wǎng)IP訪問Broker，保證可靠性；手機和局域網(wǎng)外的客戶端，使用動態(tài)域名訪問Broker，保證移動性和連接性。

沒有公網(wǎng)IP和動態(tài)域名，在局域網(wǎng)運行也有一定的實用價值。

9. 關(guān)于OTA

Demo已經(jīng)內(nèi)置了Arduino的OTA，當(dāng)你后續(xù)更新ESP8266的時候，可以使用OTA更新，密碼是0000，具體細(xì)節(jié)就不展開講了，網(wǎng)上教程很多，請自行查找。

10. 關(guān)于另一個安卓App和iOS App

附件里另一個安卓App是<MQTTdashboard_0.4.5_APKPure.apk>，也可以用于MQTT控制，控件更多，更花哨，它的架構(gòu)和<MQTT Dash (IoT, Smart Home)_4.4_APKPure.apk>有點不同，請大家自行嘗試。

4.4版本的是以Broker為頂層，生成的Dash都是該Broker的交互。

而0.4.5版本的App，有一個Broker池，每個Dash可以包含多個Broker，也就是多個Broker交互可以混合在一起。

iOS在App Store里面也有MQTT相關(guān)的App可用，暫時沒精力去逐個逐個找好用的了。

11. 關(guān)于PicoMQTT庫和PubSubClient庫

PicoMQTT客戶端庫，回調(diào)函數(shù)與Sub一一對應(yīng)；

PubSubClient客戶端，只有一個回調(diào)函數(shù)，需要工程師自行區(qū)別Topic，分別處理。

12. 其他

*. 關(guān)于PicoMQTTBroker性能。在GitHub上，開發(fā)者對PicoMQTT作了比較詳細(xì)的性能測試，從測試結(jié)果來看，對于個人或家庭應(yīng)用足夠了。附件Doc里面有打包下載的性能測試文檔。

*. PicoMQTT也包含客戶端庫，但是ESP8266_Client工程并沒有用PicoMQTT客戶端庫，而是用的PubSubClient。前段時間一個控制器用了PicoMQTT的客戶端庫，使用中出現(xiàn)未知原因隨機重啟，換用PubSubClient后正常。在找到PicoMQTT之前，我一直用的PubSubClient，Broker用電腦搭。

附測試視頻

MQTT Demo Video.7z (4.24 MB, 下載次數(shù): 10)

ID:21740 · 發(fā)表于 2024-10-9 18:34

找不到庫PicoMQTT.h

ID:1130698 · 發(fā)表于 2024-10-9 20:42

zying 發(fā)表于 2024-10-9 18:34
找不到庫PicoMQTT.h

安裝PicoMQTT庫了沒？
參考上面 [a08.png]搜索PicoMQTT(區(qū)分大小寫)，點安裝

ID:21740 · 發(fā)表于 2024-10-9 21:52

發(fā)表于 2024-10-9 20:42
安裝PicoMQTT庫了沒？
參考上面 [a08.png]搜索PicoMQTT(區(qū)分大小寫)，點安裝

搜索不到PicoMQTT

ID:21740 · 發(fā)表于 2024-10-9 22:02

發(fā)表于 2024-10-9 20:42
安裝PicoMQTT庫了沒？
參考上面 [a08.png]搜索PicoMQTT(區(qū)分大小寫)，點安裝

呵呵~找到了！編譯成功！謝謝分享��！

ID:21740 · 發(fā)表于 2024-10-11 15:15

請問修改另一個通道編譯不成功。

ID:21740 · 發(fā)表于 2024-10-11 16:04

搞定了！修改一下定義！

ID:1048397 · 發(fā)表于 2024-10-14 08:11

感謝樓主的分享，收藏了慢慢看。

ID:88256 · 發(fā)表于 2024-11-6 21:32

謝謝樓主的分享！我編譯ESP8266_Client沒有問題，但在編譯ESP8266_Broker時報錯，報錯信息分別如下，請問是什么原因？

Error while detecting libraries included by C:\Windows\TEMP\arduino_build_376235\sketch\ESP8266_Broker.ino.cpp
Error while detecting libraries included by C:\Windows\TEMP\arduino_build_376235\sketch\ESP8266Lib.cpp

Error while detecting libraries included by C:\Windows\TEMP\arduino_build_376235\sketch\key.cpp

Error while detecting libraries included by C:\Windows\TEMP\arduino_build_376235\sketch\main_routing.cpp

Error while detecting libraries included by C:\Windows\TEMP\arduino_build_376235\sketch\mqtt.cpp

error PicoMQTT requires ESP8266 board core version >= 3.1

ID:1130698 · 發(fā)表于 2024-11-8 08:17

發(fā)表于 2024-11-6 21:32
謝謝樓主的分享！我編譯ESP8266_Client沒有問題，但在編譯ESP8266_Broker時報錯，報錯信息分別如下，請問是 ...

[a02.png]添加ESP8266開發(fā)板管理器地址，填入
http://arduino.esp8266 com/stable/package_esp8266com_index.json

開發(fā)板是不是按上面填的？開發(fā)板包有沒有更新成功？

ID:1130698 · 發(fā)表于 2024-11-8 08:20

hhdsdy 發(fā)表于 2024-11-6 21:32
謝謝樓主的分享！我編譯ESP8266_Client沒有問題，但在編譯ESP8266_Broker時報錯，報錯信息分別如下，請問是 ...

有最后一個錯誤，"Error PicoMQTT requires ESP8266 board core version >= 3.1"，懷疑與開發(fā)板支持包有關(guān)。
訪問國外的一些網(wǎng)站不是很穩(wěn)定，多試試吧。

ID:88256 · 發(fā)表于 2024-11-8 17:59

發(fā)表于 2024-11-8 08:17
[a02.png]添加ESP8266開發(fā)板管理器地址，填...

我之前有用過ESP8266，開發(fā)板的管理地址用的是 www arduino cn/package_esp8266com_index.json ，一直都是很正常使用的，剛才用你提供的地址替換并確認(rèn)，沒有提示重啟，編譯也是一樣的錯誤。

ID:1130698 · 發(fā)表于 2024-11-8 21:14

hhdsdy 發(fā)表于 2024-11-8 17:59
我之前有用過ESP8266，開發(fā)板的管理地址用的 ...

我新裝Arduino，開發(fā)板使用www arduino cn/package_esp8266com_index.json，連不上。

如果你愿意，試試把 C:\Users\xxx\AppData\Local\Arduino15\packages下面的ESP8266開發(fā)板刪除，再從IDE里面重新安裝。

壓縮包里面的IDE和例程是用全新虛擬機一步一步安裝、編譯截圖來的，例程應(yīng)該不會有問題。

ID:88256 · 發(fā)表于 2024-11-9 10:15

Hecat 發(fā)表于 2024-11-8 21:14
我新裝Arduino，開發(fā)板使用www arduino cn/package_esp8266com_index.json，連不上。

如果你愿意，試 ...

刪除舊的重新安裝，還是一摸一樣的的結(jié)果，應(yīng)該是其它的原因了，不知道會不會和我使用win7有關(guān)？

ID:400333 · 發(fā)表于 2024-11-9 11:00

收藏學(xué)習(xí)！

ID:1130698 · 發(fā)表于 2024-11-10 12:38

hhdsdy 發(fā)表于 2024-11-9 10:15
刪除舊的重新安裝，還是一摸一樣的的結(jié)果，應(yīng)該是其它的原因了，不知道會不會和我使用win7有關(guān)？

你裝的IDE是1.8.x還是2.3.x的？
這兩個版本差別有點大。
我在WIN7的虛擬機上，2.3.x的IDE運行不起來。

ID:88256 · 發(fā)表于 2024-11-10 15:59

Hecat 發(fā)表于 2024-11-10 12:38
你裝的IDE是1.8.x還是2.3.x的？
這兩個版本差別有點大。
我在WIN7的虛擬機上，2.3.x的IDE運行不起來。

1.8.19的，更高版本的好像在win7上不能用的，會不會和版本低有關(guān)系？

ID:1130698 · 發(fā)表于 2024-11-10 20:34

hhdsdy 發(fā)表于 2024-11-10 15:59
1.8.19的，更高版本的好像在win7上不能用的，會不會和版本低有關(guān)系？

估計是有庫不支持1.8.x的IDE了

ID:291549 · 發(fā)表于 2024-11-25 18:51

感謝樓主，這么詳細(xì)的資料。

ID:624685 · 發(fā)表于 2025-1-3 11:57

謝謝這么詳細(xì)，馬上開始照葫蘆畫瓢

ID:926990 · 發(fā)表于 2025-1-23 17:35

Client ID是必填項，沒找到啊?

ID:468878 · 發(fā)表于 2025-2-8 11:18

為啥我很反感Arduino

ID:830831 · 發(fā)表于 2025-2-23 11:55

哪位編譯通過了？

ID:830831 · 發(fā)表于 2025-2-23 12:03

rsx9583 發(fā)表于 2025-2-8 11:18
為啥我很反感Arduino

自己不行，還啥看不上，頂頂大名的aduipliot飛控就是Arduino寫的

ID:830831 · 發(fā)表于 2025-2-23 16:52

Hecat 發(fā)表于 2024-11-8 21:14
我新裝Arduino，開發(fā)板使用www arduino cn/package_esp8266com_index.json，連不上。

如果你愿意，試 ...

我在win10下成功了，服務(wù)器和客戶端的燈都能控，非常棒

ID:497780 · 發(fā)表于 2025-4-26 15:25

這APP還不錯,簡單的設(shè)置了一下,我在homeassistant 的MQTT里都可以發(fā)布和訂閱數(shù)據(jù)了!

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