MicroPython-On-ESP8266——使用MQTT实现两块开发板之间联动（远程控制）

MicroPython-On-ESP8266——使用MQTT实现两块开发板之间联动（远程控制）

1. MQTT学习

MQTT本人好早之前在一个项目中接触过，这里我就不再过多介绍相关的原理什么的，主要精力是后面的实验部分。如果不熟悉的话，自行百度再学习下。

大家经常在外面用微信或支付宝扫码支付，有些店家会使用到一个外置的独立小喇叭盒子来播放收款信息，那个盒子就是使用了MQTT，支付渠道会把你支付完成的信息广播给那个小喇叭。

还有如手机扫码点餐，点完后餐厅自动打印小票，那个云打印机也是如此。

1.1. MQTT服务安装

mqtt服务端这里使用的是Mosquitto，对于咱这种体量的学习和测试使用，完全足够了。也可以安装EMQX开源版本，也是一样好用，且有管理界面。

去到下载页面，我下载的是windows版本，在本机直接安装。
我安装时候没有选vc库和service服务，手动按照目录里面的README.md去执行就行了。都是命令行参数，也很容易上手。

1.2. 要点记录：订阅主题和消息可靠性

1.2.1. 主题

关于mqtt订阅主题这块，还是记录点资料吧，这个东西比较强大，长时间不会也会忘记。这里把学习到内容再巩固一下。

主题可以对消息进行分类，主题字符串中使用反斜杠表示多个层级关系。层级的妙用在于订阅端，订阅端可以通过通配符对主题进行过滤。其中，+可以过滤一个层级，#只能出现在主题最后表示过滤任意级别的层级。

举个例子：

building-b/floor-5/room-1：代表B楼5层1号房的设备。
building-b/+/room-1：代表B楼任何一层1号房的设备。
building-b/floor-5/#：代表B楼5层所有房的设备。
building-b/#：代表B楼所有的设备。
#：单独一个#也是合法的，代表所有设备。

注意，MQTT允许使用通配符订阅主题，但是并不允许使用通配符广播。

1.2.2. 消息可靠性

为了满足不同的场景，MQTT支持三种不同级别的服务质量（Quality of Service，QoS）为不同场景提供消息可靠性：

级别0：尽力而为。消息发送者会想尽办法发送消息，但是遇到意外并不会重试。
级别1：至少一次。消息接收者如果没有知会或者知会本身丢失，消息发送者会再次发送以保证消息接收者至少会收到一次，当然可能造成重复消息。
级别2：恰好一次。保证这种语义肯待会减少并发或者增加延时，不过丢失或者重复消息是不可接受的时候，级别2是最合适的。

具体使用哪个级别，还是看自己业务上对消息的处理方式吧。

1.3. 使用测试

Mosquitto安装好后，自带有命令行pub与sub工具，咱们来试用一下，同时测试一下主题过滤：

向不同的房间发送亮灯指令，订阅到具体房间的客户端或通配订阅的都可以正常接收到消息。

另外也可以用使用客户端比如MQTTX测试一下效果，其他的像mqtt.fx什么的也都是很好用的客户端。

2. 实验

2.1. 目的是一块板上按钮控制另一块板上的led灯

前面学习使用四角开关控制led灯，见链接。那咱们学习了mqtt以后，就可以跨板实现了。

咱们这里做两个实验。

• 实验一：控制板按钮，每按一下，受控板led灯状态就切换一次

  主控板：上接四角按钮作控制端，触发条件是按钮按下，每次按下向mqtt发送切换信号。
  受控板：板载led灯作状态展示，触发条件是mqtt信号指令。

• 实验二：控制板按下受控板灯亮，松开后受控板led也跟着灭

  主控板：上接四角按钮作控制端，触发条件是按钮状态的变更，每次变更向mqtt发送状态信号。
  受控板：板载led灯作状态展示，触发条件是mqtt信号指令。

2.2. 接线

控制板接线方法还如单板控制时候一样，我这里还是用的简化版的走线。

按下按钮是低电平。找到个大的四角按钮，直接在面包板上把0/1两脚接到GND和D6（GPIO 12）端，都不用另外走线。

受控板led灯就直接用板载LED灯。

2.3. MQTT驱动库

micropython官方开源库中有umqtt.simple库来支持mqtt连接，使用流程分pub（广播）端和sub（订阅）端。

• pub：创建mqtt连接，定义触发事件，广播主题和消息
• sub：创建mqtt连接，定义和绑定回调函数，订阅主题，监听消息

需要注意的是，umqtt库传递主题和消息时，得使用bytes字节型。这样减少了底层封包和拆包的额外开销。

如果在生产环境使用mqtt客户端时，对连接质量有要求的话，可以用simple派生出的umqtt.robust库，可以实现自动重连。

下载simple.py文件后，我这里把它重命名为umqtt.simple.py，然后上传到开发板待用。

ampy -p COM5 put umqtt.simple.py 

好像可以用micropython固件内置的upip来安装，得空再研究。

2.4. 业务代码

开发板默认已在boot.py中配置了启动时自动连接WIFI，见前面的学习链接。咱们这里main.py代码就只用关心mqtt的交互就可以了。

2.4.1. 受控端

基于两个实验目的，先定义受控端，回调函数响应时定义三个类型的事件

• on：点亮led灯
• off：熄灭led灯
• toggle：切换亮灭状态

有这三个类型，实验一切换状态和实验二跟随按钮状态就都能支撑得到了。

下面代码其实就是umqtt官方库中的example_sub_led.py示例，修改下SERVER地址（前面搭建Mosquitto的地址）就可以直接用了。

from umqtt.simple import MQTTClient
from machine import Pin, unique_id
import ubinascii# 待控制的对象
led = Pin(2, Pin.OUT, value=1)  # 使用默认的板载led，起始先不亮
state = 0# MQTT 服务端参数
SERVER = "192.168.0.100"
CLIENT_ID = ubinascii.hexlify(unique_id())
TOPIC = b"iot/led"def sub_cb(topic, msg):global stateprint((topic, msg))if msg == b"on":led.value(0)  # 板载灯是低电平点亮state = 1elif msg == b"off":led.value(1)state = 0elif msg == b"toggle":led.value(state)state = 1 - statedef main(server=SERVER):c = MQTTClient(CLIENT_ID, server)c.set_callback(sub_cb)c.connect()c.subscribe(TOPIC)print("Connected to %s, subscribed to %s topic" % (server, TOPIC))try:while 1:c.wait_msg()finally:c.disconnect()main()

2.4.2. 主控端

实验一：控制板按钮，每按一下，受控板led灯状态就切换一次

from umqtt.simple import MQTTClient
from machine import Pin, unique_id
import ubinascii# 触发控制的按钮
button = Pin(12, Pin.IN)# MQTT 服务端参数
SERVER = "192.168.0.100"
CLIENT_ID = ubinascii.hexlify(unique_id())
TOPIC = b"iot/led"def main(server=SERVER):c = MQTTClient(CLIENT_ID, server)c.connect()print("Connected to %s, waiting for button presses" % server)while True:utime.sleep_ms(200)  # 加入一个长的容错时间，防止连续触发if button.value() == 0:  # ！注意这里，按钮按下时value=0，按自己接线的方式调整print("Button pressed")c.publish(TOPIC, b"toggle")c.disconnect()main()

【实验演示】

实验二：控制板按下受控板灯亮，松开后受控板led也跟着灭

from machine import Pin,unique_id# 触发控制的按钮
button = Pin(12, Pin.IN)
last_val = 1# MQTT 服务端参数
SERVER = "192.168.0.100"
CLIENT_ID = ubinascii.hexlify(unique_id())
TOPIC = b"iot/led"def main(server=SERVER):global last_valc = MQTTClient(CLIENT_ID, server)c.connect()print("Connected to %s, waiting for button presses" % server)while True:utime.sleep_ms(200)  # 加入一个长的容错时间，防止连续触发val = button.value()if val != last_val:  # 状态有变last_val = valif val:  # !注意val值与控制的方式，松开时val=1，按自己接线的方式调整print("Button released")c.publish(TOPIC, b"off")else:print("Button pressed")c.publish(TOPIC, b"on")c.disconnect()main()

【实验演示】