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

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(diǎn)。

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(jī)端App支持。

基本平臺可以在局域網(wǎng)內(nèi)運(yùn)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(gè)最小系統(tǒng)的Demo教程，近乎手把手教你搭建整個(gè)系統(tǒng)。Demo實(shí)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立設(shè)備上LED的本地和遠(yuǎn)程控制。

寫這個(gè)教程，是因?yàn)樽罱�發(fā)現(xiàn)了一個(gè)好東西，PicoMQTT庫。我找能在ESP8266上運(yùn)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(shí)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(shí)間的試用，覺得它完全能夠替代電腦端的Broker。

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

ESP8266開發(fā)板通常搭載ESP-12系列模塊，模塊帶一個(gè)藍(lán)色LED，開發(fā)板還有一個(gè)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(gè)外設(shè)就可以完成這個(gè)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(gè)USB轉(zhuǎn)串口芯片加一個(gè)模塊，它支持Arduino串口自動下載，暫時(shí)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)

   <MQTT Dash (IoT, Smart Home)_4.4_APKPure.apk>

    <MQTTdashboard_0.4.5_APKPure.apk>

    軟件包下載<MQTT Demo.7z>，包含上面兩個(gè)App和例程代碼。

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

2024-10-6 11:08 上傳

點(diǎn)擊文件名下載附件

運(yùn)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(diǎn)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(diǎn)擊esp8266 by ESP8266下面的安裝按鈕，安裝esp8266開發(fā)板支持包，包有點(diǎn)大，要花點(diǎn)時(shí)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(diǎn)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。

[a10.png] 把其中一個(gè)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(xiàng)目-上傳，第一次編譯時(shí)間可能比較長

[a15.png]燒寫完成后的樣子，輸出框有進(jìn)度、校驗(yàn)、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(lán)色LED會亮起來，按FLASH按鈕，LED會亮滅變換，同時(shí)會看到串口LED狀態(tài)同步更新。

分配靜態(tài)IP地址是為了讓路由器在Broker每次連接的時(shí)候得到一個(gè)不變的IP地址。因?yàn)镸QTT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(jìn)行設(shè)置。

(如果暫時(shí)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(gè)IP地址繼續(xù)下面的實(shí)驗(yàn)。但如果要正式投入使用，還是需要固定IP地址。)

[a18.png]按照第4步方法，把另一個(gè)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。

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

安裝App，并運(yùn)行App

[b01.png]打開MQTTDash，點(diǎn)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(diǎn)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(gè)Test控件。

[b04.png]點(diǎn)擊進(jìn)入Test后，點(diǎn)右上角+新建控件

[b05.png]點(diǎn)Switch/button，添加開關(guān)控件

[b06.png]這個(gè)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(diǎn)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(gè)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(diǎn)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(gè)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(gè)按鈕分別控制兩個(gè)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。

如果你有公網(wǎng)IP和DDNS，在路由器上添加一個(gè)端口映射即可。公網(wǎng)端口選一個(gè)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(fèi)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(gè)賬號，再申請一個(gè)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(gè)NAS掛著就行。很久沒有研究過免費(fèi)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(gè)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(jī)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(yùn)行也有一定的實(shí)用價(jià)值。

Demo已經(jīng)內(nèi)置了Arduino的OTA，當(dāng)你后續(xù)更新ESP8266的時(shí)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。

附件里另一個(gè)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(diǎn)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(gè)Broker池，每個(gè)Dash可以包含多個(gè)Broker，也就是多個(gè)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(shí)沒精力去逐個(gè)逐個(gè)找好用的了。

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(gè)回調(diào)函數(shù)，需要工程師自行區(qū)別Topic，分別處理。

*. 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(gè)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(shí)間一個(gè)控制器用了PicoMQTT的客戶端庫，使用中出現(xiàn)未知原因隨機(jī)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。