在过去的几年中，物联网（IoT）设备已成为我们日常生活中不可分割的一部分。从智能家居、智能灯泡到智能电器，创客和开发人员正在将这项技术结合起来，以创建一个连接设备的网络，这使我们的日常生活更加令人向往。由于易于沟通，所有这些都成为可能。设备之间有许多的通信方式，但是在商业和爱好产品中，通常使用的单个协议是消息队列遥测传输（MQTT）。

在本篇文章中，我们将使用免费且流行的Eclipse MQTT代理，并学习如何将IoT设备连接到MQTT代理，以及如何在MQTT代理和NodeMCU之间传输数据。

什么是MQTT协议？

在继续进行之前，最好对MQTT（消息队列遥测传输）协议有一个清晰的了解。它是一种轻量级消息传递协议，它使用发布/订阅方法并在多个设备之间转换消息。使用MQTT协议，我们还可以发送/接收数据并控制各种输出设备，例如读取传感器数据等。它是在TCP之上开发的，因此它比类似协议（例如HTTP）要快。除此之外，与其他协议相比，它还具有许多其他优点，例如，它非常轻便，因此它不会消耗过多的内存，它可以以非常小的网络带宽工作，此外，它还内置了强大的安全协议。这些功能使其适用于许多应用。

MQTT如何工作？

为了了解MQTT协议的工作原理，我们只需要了解三件事。上图显示了这一点。另外，我们在本文对此进行了说明。

MQTT客户端：

MQTT客户端是任何运行MQTT功能并与中央服务器（称为“代理”）进行通信的设备（可以是微控制器或服务器）。代理处理连接的客户端之间的数据通信。

MQTT发布者（Publisher）：

当客户想要发送任何信息时，该客户被称为“发布者”。发布者将发布有关特定主题的信息。 “主题”是我们可以发布/订阅消息的路径。然后，代理将用户发布的信息发送给已订阅该特定主题的客户端（也称为订户）。

MQTT订户（Subscriber）：

MQTT订户订阅MQTT代理上的主题，以读取代理发送的消息。

Eclipse Mosquitto代理

Eclipse Mosquitto是一个开源MQTT代理，该代理轻巧并且适合在IoT设备上进行通信。 MQTT协议提供了一种使用发布/订阅模型传输信息的轻型方法。如果您想了解更多有关该主题的信息，可以访问Mosquitto官方网站。

设置Eclipse Mosquitto代理

为了与broker代理建立联系，我们需要先进行设置。在此项目中，Android应用程序用于通过Broker发布和订阅信息。以下步骤将使您更好地了解设置过程。

第1步：

首先，下载Google Play商店/ App Store中提供的所有“ MQTT客户端”应用程序并进行安装。在该项目中，使用了名为“MQTT client”的应用程序，其外观类似于下图所示。

第2步：

单击“ +”号以列出应用程序中的其他选项，我们将在其中添加新的代理。单击该按钮后，将出现如下所示的新界面。

第3步：

此后，代理的详细信息需要填写在必填字段中。首先，单击应用程序中显示的“已启用”选项。在该项目中，使用了Eclipse MQTT代理，下面给出了要填充的详细信息：

Nick Name：提供您的名称

主机名：mqtt.eclipse.org

端口：1883

客户ID：提供您的ID

以上细节需要填写在各自的字段中。所有其他字段不是必需的，可以保留为空白。成功完成后，单击保存按钮以保存代理详细信息。

完成后，Android应用程序设置过程结束，现在我们可以继续进行硬件方面的介绍。

所需的组件

●   NodeMCU开发板

●   LED指示灯

●   面包板

●   连接线

Eclipse MQTT测试电路的连接示意图

基本MQTT项目的电路图如下所示：

设置Arduino IDE并上传代码

如果是第一次将代码上传到NodeMCU，则需要先设置Arduino IDE。为此，只需按照以下简单说明即可。

首先，打开Arduino IDE，然后转到 File–> Preferences–> Settings。

接下来，复制下面的URL，并将其粘贴到“Additional Board Manager URL”字段中，然后单击“确定”。链接：https：//arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

接下来，转到Tools > Board > Boards Manager。在Board's Manager窗口中，在搜索框中键入ESP8266，然后按Enter。然后从下拉列表中选择最新版本，然后单击安装。

最后，安装完成后，转到Tools ->Board，然后选择NodeMCU 1.0（ESP-12E模块）。现在，您可以使用Arduino IDE编程NodeMCU。完成设置Arduino IDE后，我们现在可以上传完整的代码。

代码说明

首先，我们在代码中包含用于ESP8266的“ ESP8266WiFi.h”和用于MQTT的“ PubSubClient.h”。

您可以在Arduino库中找到预构建的ESP8266库，但需要从GitHub存储库中下载PubSubClient库。

1. #include <ESP8266WiFi.h>
   
2. #include <PubSubClient.h>

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然后，定义网络凭据，例如您的Wi-Fi用户名和密码。分别替换“ admin”和“ 12345678”。

1. const char* ssid = "admin";
   
2. const char* password =  "12345678";   

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接下来，我们需要配置MQTT服务器。我们在该项目中使用了Eclipse MQTT服务器，这就是为什么服务器地址指定为“ mqtt.eclipse.org”的原因。但是，如果您打算使用任何其他服务器，例如Mosquitto、Adafruit，则可以将其替换为您的特定服务器地址和端口号。

1. const char* mqtt_server = "mqtt.eclipse.org";
   
2. const int mqtt_port = 1883;

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接下来，为类WiFiClient和PubSubClient创建实例，这些实例将在整个程序中使用。

1. WiFiClient espClient;
   
2. PubSubClient client(espClient);

复制代码

在setup()函数中，我们首先调用WiFi.begin()，调用此函数会将ESP连接到您的首选HotSpot。

1. WiFi.begin(ssid, password);
   

复制代码

接下来，我们使用WiFi.status()方法检查网络连接是否成功。成功连接之后，将在串口监视器上打印一条消息显示连接的网络的SSID。

1.   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
   
2.     delay(500);
   
3.     Serial.println("Connecting to WiFi..");
   
4.   }
   
5.   Serial.print("Connected to WiFi :");
   
6.   Serial.println(WiFi.SSID());

复制代码

现在，我们需要创建一个代理。为此，我们使用了setServer函数。此函数采用两个我们先前已预定义的参数。现在，如果要从服务器接收消息，则需要创建一个回调函数。为此，我们使用setCallback(callback)函数。

1. client.setServer(mqtt_server, mqtt_port);
   
2. client.setCallback(MQTTcallback);

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现在，我们使用connect(clientID)函数来连接到ESP8266 client。这里的clientID是客户端的名称，并且必须是唯一的。如果已连接，则可以在串口监视器内显示成功消息。

1. if (client.connect("ESP8266"))
   
2.     {
   
3.       Serial.println("connected");
   
4.     }
   
5.     else
   
6.     {
   
7.       Serial.print("failed with state ")
   
8.       Serial.println(client.state());
   
9.       delay(2000);
   
10.     }

复制代码

接下来，我们调用client.subscribe()，它是内置的MQTT函数，用于订阅特定主题。对于此项目，我们使用“ esp / test”作为订户名称。

1. client.subscribe("esp/test");

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现在，调用MQTTcallback函数以检查是否有任何更新的信息。如果有新数据可用，此函数将处理接收到的数据并在串口监视器中显示一条消息，其中包含原始消息和接收消息的主题名称。

接下来，我们将消息转换为字符串，以便可以对其进行比较和检查是否有任何触发动作。在此项目中，使用MQTT命令打开/关闭LED，如下代码所示。

1. for (int i = 0; i < length; i++)
   
2.   {
   
3.     message = message + (char)payload[i];
   
4.   }
   
5.   Serial.print(message);
   
6.   if (message == "on")
   
7.   {
   
8.     digitalWrite(LED, HIGH);
   
9.   }

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最后，发布有关该主题的信息。使用client.publish()函数。在本文中，将检查按钮状态，如果按下按钮，则会将消息发布到主题“ esp / test1”，如下所示。

1. if(digitalRead(D1)==0))
   
2.   {
   
3.   client.publish("esp/test1", "Hello from ESP8266");
   
4.   }
   
5.   else;
   
6. client.loop();

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使用Arduino使用ESP8266测试MQTT

我们将使用我们先前设置的Android应用程序d进行测试。

打开MQTT客户端应用程序，并确保您的手机具有有效的Internet连接。另外，NodeMCU连接到的热点应具有活动的Internet连接。一切都连接到互联网后，我们将从ESP模块发送“ Hello from ESP8266”字符串，该字符串将反映在Android应用程序内部，并且会收到通知。接下来，我们将从Android应用程序发送一个字符串，这将打开连接到ESP8266 Node MCU板的LED。

第1步 ：（订阅主题）：

单击我们先前配置的App上的Saved MQTT选项。它将弹出一个界面，提示您“订阅主题”。我们之前已将主题配置为“ esp / test1”。因此，在Android应用中，我们将编写“ esp / test1”。单击“订阅”，这样做将为您显示如下界面，内容将类似于特定主题的“未收到消息”。

现在，单击已连接到nodeMCU的“已连接”按钮。现在，按照我们的代码，消息“ Hello from ESP8266”将发布到主题，屏幕上将显示一条通知，其中包含收到的消息，如下所示。

第2步：发布到主题：

现在要发布在主题中，单击应用程序的向上箭头按钮，它将打开一个屏幕，如下所示。

现在，在“主题”字段中，写入“ esp / test”，在消息字段中，写入“ on”或“ off”以分别打开和关闭LED。例如，如果将“ on”发布到主题，则LED将打开，如果将“ off”发布到主题，则LED将关闭。

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