阿里MQTT物联网平台“云产品流转”实战——两片ESP32通过物联网平台实现远程互操作

关键词：阿里，物联网，MQTT，ESP32，ARDUINO，云产品流转。

摘要：本文介绍了阿里MQTT物联网平台关于“规则引擎”中“云产品流转”设置方法，以及利用“云产品流转”消息转发机制，选用两片ESP32，使用ARDUINO软件编程实现MQTT设备远程互连互通。项目包含硬件说明、平台设置、ARDUINO代码及演示资料。

资源下载地址：阿里MQTT物联网平台“云产品流转”实战(设备间远程互操作）-C++文档类资源-CSDN下载

目录

一、硬件说明：

二、平台设置。

​（一）、创建产品和设备。

1、创建产品。

2、创建自定义Topic。

3、创建设备

4、获取设备密钥（设备三元组信息）

（二）、“规则引擎”——“云产品流转”设置。

1、创建规则。

2、“处理数据”设置。

3、“转发数据”设置。

4、启用规则。

三、ARDUINO代码编写烧录。

1、软件环境搭建。

2、程序代码。

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        之前写过两篇关于阿里MQTT物联网平台的相关文章，其中有连接阿里MQTT物联网的相关资源，但仅仅是设备与云的连接。可以在平台上进行调试，但还远远没有达到MQTT实用化目的。要想让MQTT真正地实用化，必须进行“设备——云——设备”互连互通。这种互连互通可以是物联网设备与电脑（包括云平台服务）之间的互连互通，也可以是物联网设备与手机之间的互连互通，还可以是两个物联网设备之间的互连互通。而电脑和手机编程涉及到复杂的系统性编程知识，不在本文讨论范围，本文主要使用ARDUINO编程，实现两个物联网设备（两片ESP32）间的互连互通。利用ESP32板载LED和按键，实现远程互操作。即利用A板按键控制B板LED，使用B板按键控制A板LED，并可以互传消息。实现了设备间的数据传输、消息收发、协调控制。是学习阿里MQTT物联网运用的很好的案例。

一、硬件说明：

        某宝购买两片ESP32最小系统板，板载一个LED，一个烧录键，一个复位键，USB电源接口。外加2根USB数据线，将模块用数据线连接到电脑上，既可以方便地烧录程序，又不必另外提供电源，就可以实现本项目的实验了。

二、平台设置。

        平台地址：阿里云登录 - 欢迎登录阿里云，安全稳定的云计算服务平台

        扫码登陆后,注意上边的站点默认显示为“华东2（上海）”，其站点域名为“cn-shanghai”，如果你选择其他站点，MQTT连接的时候，需要修改站点域名，与其一致。

（一）、创建产品和设备。

1、创建产品。

        现在点“公共实例”，如果还没有免费开通，请先开通。

        左边导般栏点“设备管理”下的“产品”，然后点“创建产品”进入创建产品设置界面：

        这里设置“产品名称”：ESP32_1；“所属品类”：自定义品类；“节点类型”：直连设备；其余默认值，点“确认”创建产品成功。

2、创建自定义Topic。

        左边导般栏点“设备管理”下的“产品”，就会在产品列表里看到我们刚创建的产品“ESP32_1”。        点其后的“查看”，进入“产品详情”设置页面。依次点“Topic 类列表”、“自定义Topic”，然后点“定义Topic类”，进行自定义Topic设置。

        “设备操作权限”选“发布”；“Topic 类”填“post”；“描述”填“数据上行”，点“确认”完成。

照此方法再建一个自定义Topic。“设备操作权限”选“订阅”；“Topic 类”填“set”；“描述”填“数据下行”。

        最后点右上角的“发布”，接下来的界面中三步确认全部打勾，点“发布”完成。(右上角的“发布”变成了“撤消发布”，如果以后要修改产品，需要点右上角的“撤消发布”)

3、创建设备

        左边导航栏点“设备管理”下的“设备”，然后点“添加设备”进入添加设备界面。

        “产品”列表中选我们刚刚创建的产品“ESP32_1”；“DeviceName”下输入“ESP32_1_0”；“备注名称”里填“第一个设备”，点“确认”，接下来再点“完成”。

        至此，我们创建了产品“ESP32_1”，并创建了其设备实例 “ESP32_1_0”。照此方法再建一个产品“ESP32_2”，并创建其设备实例 “ESP32_2_0”。注意两种产品都建立了相同的自定义Topic。（将来设置“云产品流转”需要用到）

4、获取设备密钥（设备三元组信息）

        导航栏点“设备管理”下面的“设备”，点设备列表右边的“查看”

        上边文字“DeviceSecret”后边显示为几个星号，点其右边的“查看”，如下图，你就得到设备证书信息（三元组）。将其保存好，MQTT连接必须使用这些信息。

这里总结一下,本步骤中需要用到的信息包括五个:

（1）、站点域名：“cn-shanghai”。

（2）、自定义Topic。（包括发布Topic： /user/post。订阅Topic：/user/set。）

（3）、设备三元组信息（你创建的设备信息与之类似,但不会完全相同。）：

productKey：a1Ptlr1aTzy

deviceName：ESP32_1_0

deviceSecret：193260d46730301dea3874a920fc4c2e

（二）、“规则引擎”——“云产品流转”设置。

        为了使两片ESP32模块两两互通，还必须进行消息发布和订阅的流转设置。这里特别强调：阿里MQTT设备实例只能订阅自身的Topic，不能订阅其他设备的Topic，要想收到其他设备发布的消息，必须进行“云产品流转”设置。其实就是消息转发，也就是通过平台将一台设备发布的消息转发到另一设备订阅的Topic上。两台设备消息互通，就必须做双向的发布和订阅的转发规则。

1、创建规则。

        左边导航栏点“规则引擎”下的“云产品流转”，如下图：

        点“创建规则”，如下图：        填入规则名称：1TO2，数据格式：JSON，规则描述：设备一发消息给设备二。点“确认”，创建规则成功。

2、“处理数据”设置。

        进入规则设置界面，点“处理数据”栏后面的“编写SQL”，如下图：

        “字段”里输入一个“*”号，表示所有字段；“Topic”选择“自定义”；接下来选产品“ESP32_1”,T选择设备“ESP32_1_0”，Topic余下部分选user/post。点“确认”，生成“规则查询语句”：SELECT * FROM "/a1Ptlr1aTzy/ESP32_1_0/user/post。

3、“转发数据”设置。

        然后，点“转发数据”栏后面的“添加操作”，如下图：

        “选择操作”选“发布到另一个Topic”，“Topic”下选“自定义”，选择产品：“ESP32_2”，选择设备：“ESP32_2_0”，Topic余下部分选user/set。点“确认”完成规则创建。

4、启用规则。

        左侧导航栏点“规则引擎”下的“云产品流转”，你就会看到刚建立的规则：1TO2，其后有个“启动”，点击并“确认”，此条规则生效，就完成了将设备1发布消息转给设备2的设置工作了。

        照此方法再建一条规则：2TO1，进行反向消息转发，两设备就可以互连互通了。

        至此，平台设置大功告成，就等我们烧写程序，连上平台，进行两设备的远程互操作了。

三、ARDUINO代码编写烧录。

1、软件环境搭建。

请自行百度完成。这里提供一些关键软件资源，可以参考：

（1）ESP32开发环境资源（解决开发板不能下载的问题）：ARDUINO编译ESP32开发环境文件。_esp32文件-C++文档类资源-CSDN下载

（2）阿里MQTT连接库及示例代码：ESP32连接阿里云MQTT物联网平台的Arduino支持库及示例代码。_esp32连接阿里云,esp32mqtt阿里云-C++文档类资源-CSDN下载

我之前写的相关文章：《ESP32连接阿里云MQTT物联网平台》ESP32连接阿里云MQTT物联网平台_悟渔的博客-CSDN博客_esp32连接阿里云

2、程序代码。

        虽然本项目只是实现简单的按键传送和LED控制，但实现代码仍然比较长，其中连接阿里MQTT平台的代码封装为一个库：ALIMQTT.C，按键状态机封装为一个库：KEYS.C，ESP32板载资源封装为一个库：ESP32OBJ.C，所有代码为本人参考各种资源，耗费大量时间写成，全部加了中注文释，包括下面要讲到的主程序文件，一并打包。需要的可以下载：

阿里MQTT物联网平台“云产品流转”实战(设备间远程互操作）-C++文档类资源-CSDN下载

主程序说明：

        引用相关库，建立需要的操作对象：

#include"ALIMQTT.C"
#include"KEYS.C"
#include"ESP32OBJ.C"
ALIMQTT mqtt;
ESP32_KEYS keys;
ESP32OBJ esp32;

        mqtt对象负责物联网平台连接和消息收发；keys对象负责处理按键；esp32对象负责WIFI连接，LED控制等。

void setup() {Serial.begin(115200);esp32.begin("ShuFang","12345678");//请修改WIFI信息与您正在使用的WIFI信息一致.mqtt.begin("a1Ptlr1aTzy","ESP32_1_0","193260d46730301dea3874a920fc4c2e","cn-shanghai");//mqtt.begin("a1hFJKTMj3p","ESP32_2_0","4adbd6fe103f6fb92b04e6499cb1b9dd","cn-shanghai");//以下回调可以自己定义.与MQTT消息体中的JSON键值对KEY对应.mqtt.addItemCallback("COMMAND",mqttCommand);//mqtt属性回调函数.(接收对方指令)mqtt.addItemCallback("MESSAGE",mqttMessage);//mqtt属性回调函数.(接收对方消息)mqtt.addItemCallback("KEYS",mqttKeys);//mqtt属性回调函数.(接收键值)keys.begin(0,false);
}

        启动过程setup()首先设置串口波特率，注意调试时设置相关软件的波特率，使其一致。然后连接WIFI，注意修改相关信息与你所在环境WIFI一致（如果你不提供WIFI信息，程序将自动转入微信配网模式，你可以使用安信可微信公众号进行配网，从而正确连接WIFI）。然后是MQTT对象信息设置，请使用前面创建的设备相关信息。烧录前确认，两片ESP32要使用不同的信息烧录，如果两片ESP32烧录完全一样，平台会把它们当着一台设备，后者上线将迫使前者下线，就达不到两设备同时在线，互连互通了，切记！紧接着注册回调函数，这里使用了mqtt对象的属性回调注册，可以添加多个回调函数（最多可以达20个，可以进ALIMQTT.C里修改）。注意这里没有订阅Topic代码，因为在ALIMQTT.C文件的连接成功代码里加了自动订阅，你可以进入该文件修改相关代码，使订阅的Topic与你平台添加的自定义Topic保持一致。过程中WIFI连接和MQTT连接会在串口输出相应信息，可以使用串口调试程序观察，便于掌握程序执行情况。保证设备连上WIFI，连上平台。最后初始化按键状态机（本项目使用定时器0设置按键状态机，可以实现按键的单击、双击、三连击、长按等功能）。

void loop() {int keyNum;mqtt.loop();keyNum=keys.getKey();if(keyNum){mqtt.add("KEYS",keyNum);//加入消息队列.mqtt.add("MESSAGE","呵呵!板载按钮键值传给你,怎么处理看着办!");//加入消息队列.if(keyNum==255){mqtt.add("COMMAND","RESET");}//长按发送复位指令.其实mqtt.add("KEYS",keyNum);已经传过去信息,对方可以判断键值255复位,这里只是演示可以用不同的方式传输信息.mqtt.send();//立即发送}}

        loop（）过程里必须加入mqtt.loop();以使MQTT连接保持心跳，如果不加这句，就接收不到消息。keys.getKey();获取按键信息，如果有按键信息，则发送给对方，本项目演示了发送int型数据，发送字符串数据，发送控制指令。mqtt.add（）将要发送的消息内容添加到MQTT发送缓冲区，该方法有两个参数，第一个参数表示设备属性，在消息体中表示JSON键值对的键名KEY，第二个参数为发送的数据，在消息体中表示JSON键值。mqtt.send（）将发送缓冲区中的内容发布出去。

        阿里MQTT物联网平台接收到设备发来的消息，会根据“云产品流转”设置将消息转发出去，订阅该消息的设备就会收到消息。

        消息接收成功，就会根据mqtt.addItemCallback()方法注册的回调函数，查询消息体中是否有相应的JSON键，如果有，则会产生回调事件，并将相应键值传给回调函数处理。

本案例注册了三个回调函数：

void mqttCommand(JsonVariant params){//注意参数params是以指针方式进行传递的,不要对参数params指向的内容进行改变(清除),否则会影响其他属性调用(一条消息传递多个属性会调用多个属性回调函数).String command="";serializeJson(params["COMMAND"], command);command=command.substring(1,command.length()-1);//去掉字符串首尾的引号.command.toLowerCase();if(command=="reset"||command=="restart"){ESP.restart();}//板块复位.
}
void mqttMessage(JsonVariant params){//注意参数params是以指针方式进行传递的,不要对参数params指向的内容进行改变(清除),否则会影响其他属性调用(一条消息传递多个属性会调用多个属性回调函数).String message="";serializeJson(params["MESSAGE"], message);message=message.substring(1,message.length()-1);//去掉字符串首尾的引号.Serial.println(message);//显示接收到的消息.
}
void mqttKeys(JsonVariant params){//注意参数params是以指针方式进行传递的,不要对参数params指向的内容进行改变(清除),否则会影响其他属性调用(一条消息传递多个属性会调用多个属性回调函数).int keyNum=0;if(params.containsKey("KEYS")){//测试JSON是否存在相应键值对.if(params["KEYS"].is<int>()){//测试键值对类型是否相符.keyNum=params["KEYS"].as<int>();//取键值.}}switch(keyNum){case 0://按键未按下.break;case 1://单击.esp32.light();//改变LED显示状态.if(esp32.getLed()==0){mqtt.add("MESSAGE","处理结果:LED 已熄灭!");}else{mqtt.add("MESSAGE","处理结果:LED 已点亮!");}//向对方反馈LED状态.mqtt.send();break;case 2://双击.break;case 3://三连击.break;case 255://长按状态.break;default://其他情况.break;}
}

        mqttCommand（）回调函数处理对方发来的字符串指令，根据指令进行相应控制（如复位模块等）。

        mqttMessage（）回调函数处理对方发来的提示信息，将其发送给串行调试软件，以直观检测系统通信处理情况。

        mqttKeys（）回调函数处理对方发来的按键信息，根据按键信息进行相应处理，就像是远程键盘一样。

        将下载的两个目录直接复制到ARDUINO程序文件夹下，打开.ino后缀文件（主程序文件），分别编译烧写（注意setup()过程里的注释行,两块ESP32使用不同的设备信息进行烧录）。成功后，两块ESP32都接上USB电源，会看到LED闪烁后常亮，如果使用串行调试助手，会看到串口信息提示WIFI连接情况、MQTT连接情况、消息接收情况。

        两块ESP32模块都连接成功，按一下设备上的按键（烧写键），另一设备上的LED灯灭了，再按一下，另一设备上的LED又亮了，反之亦然。如果长按，你就会看到另一设备复位重启，LED灯闪烁，重新连接WIFI，连接阿里MQTT物联网平台……

总结：本案例成功的关键在阿里MQTT物联网平台的“云产品流转”设置，也就是消息转发设置。目前，平台已经上线新的消息转发处理机制，大家可以使用旧版（就像本文），也可以使用新的消息处理转发机制，平台设备界面里点右上角“体验新版”就可以开启新的旅程了。