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😬 作者:单片机菜鸟哥
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零基础从入门到熟悉Arduino平台下开发ESP8266,同时会涉及网络编程知识。专栏文章累计超过60篇,分为基础篇、网络篇、应用篇、高级篇,涵盖ESP8266大部分开发技巧。
👻最近更新:ESP32 MicroPython应用
讲解Python在esp32上的应用,包括网络请求、爬虫
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文章目录
- 1.MQTT简介
- 2.MQTT接入说明
- 2.1 Step1 —— 创建产品,选择接入协议
- 2.2 Step2 —— 创建设备,记录设备ID等信息
- 2.3 Step3 —— 建立设备与平台间的协议连接
- 2.4 Step4 —— 数据流创建,数据点上传
- 2.5 Step5 —— 数据流展示,查看数据点
- 3. MQTT API
- 3.1 新增设备
- 3.2 注册设备
- 3.3 更新设备信息
- 3.4 查询设备详情
- 3.5 批量查询设备信息
- 3.6 批量查询设备状态
- 3.7 删除设备
- 3.8 新增数据流
- 3.9 更新数据流属性
- 3.10 查询数据流详情
- 3.11 批量查询数据流信息
- 3.12 删除数据流
- 3.13 查询设备历史数据
- 3.14 批量查询设备最新数据
- 3.15 新增数据点
- 3.16 上传文件
- 3.17 获取文件
- 3.18 发送命令
- 3.19 查询命令状态
- 3.20 查询命令响应
- 3.21 查询设备历史命令
- 3.22 新增触发器
- 3.23 更新触发器
- 3.24 查询触发器
- 3.25 删除触发器
- 3.26 新增apikey
- 3.27 更新apikey
- 3.28 查询apikey
- 3.29 删除apikey
- 3.30 发布消息
- 3.31 查询订阅topic的设备
- 3.32 查询设备订阅的topic
- 3.33 查询产品的topic
- 4.设备端接入MQTT流程
- 4.1 连接鉴权
- 4.2 消息发布
- 4.2.1 数据点上报协议说明
- 4.2.2 数据点上报 —— 质量等级Qos0(Client->Server)
- 4.2.3 数据点上报 —— 质量等级Qos1(Client->Server)
- 4.2.4 数据点上报 —— 质量等级Qos2(Client->Server)
- 4.2.5 下发平台命令协议说明
- 4.2.6 下发平台命令 —— 质量等级Qos0(Server->Client)
- 4.2.7 命令回复协议说明
- 4.2.8 命令回复 —— 质量等级Qos0(Client->Server)
- 4.2.9 命令回复 —— 质量等级Qos1(Client<-> Server)
- 4.2.10 命令回复 —— 质量等级Qos2(Client<-> Server)
- 4.3 创建Topic
- 4.4 订阅
- 4.5 取消订阅
- 4.6 推送设备Topic
- 4.6.1 Publish 报文推送协议说明
- 4.6.2 Publish 报文推送 —— 质量等级Qos0
- 4.6.3 Publish 报文推送 —— 质量等级Qos1
- 4.6.4 Publish 报文推送 —— 质量等级Qos2
- 4.6.5 HTTP 请求推送
- 4.7 离线Topic
- 4.8 数据点订阅
- 5.常见问题
- 5.1 MQTT连接鉴权时,Payload中ClientIdentifier;UserName;UserPassword分别填写什么?
- 5.2 MQTT需要在连接鉴权通过后才能发送其它报文吗?
- 5.3 MQTT可以订阅Topic有什么限制?
- 5.4 如何利用MQTT协议上传数据到云平台?
- 5.5 订阅之前是否需要创建Topic?
- 5.6 设备可否通过订阅的方式,获取其他设备的数据流信息?
- 5.7 设备发布消息(Publish)有什么限制??
- 6. 新手手把手感受OneNet MQTT案例
- 6.1 创建 ESP8266智能灯系统 产品(MQTT协议)
- 6.2 API调试创建 deviceA和deviceB两个设备
- 6.3 官方工具调试deviceA和deviceB
- 6.3.1 配置deviceA
- 6.3.2 配置deviceB
- 6.3.3 deviceA订阅主题“deviceB_to_A”
- 6.3.4 deviceB订阅主题“deviceA_to_B”
- 6.3.5 deviceB发布信息给deviceA
- 6.3.6 deviceA发布信息给deviceB
- 6.3.7 平台下发命令给deviceA
- 6.3.8 deviceA上传数据点到平台
- 7.总结
1.MQTT简介
MQTT协议是一个面向物联网应用的即时通信协议,使用TCP/IP提供网络连接,能够对负载内容实现消息屏蔽传输,开销小,可以有效降低网络流量。
参考博主线上博文:玩转PubSubClient MQTT库
特点及功能
- 长连接协议(保持心跳,keepAlive)
- 终端数据点上报,支持的数据点类型包括
整型(int)
浮点数(float)
字符串(string)
JSON格式
二进制数据
- 平台消息下发
- 基于Topic的订阅、发布以及消息推送,可以实现设备间的消息单播以及组播
典型应用场景
MQTT协议适用于设备和平台需要保持长连接的使用场景,MQTT特点在于可以实现设备间的消息单播以及组播,可以不依赖于其他服务(下发命令服务,推送服务等)实现让设备以应用服务器的方式对真实设备进行管理和控制。
读者所需知识储备:
- 玩转PubSubClient MQTT库
- 玩转OneNET物联网平台之简介
2.MQTT接入说明
接入流程分为:
- 平台域(也就是OneNet平台上的操作)
- 设备域(8266设备上的SDK,我们这里用PubSubClient)
接入步骤如下:
2.1 Step1 —— 创建产品,选择接入协议
- 首先您需要在平台创建一个接入协议为MQTT的产品,查看产品创建
- 创建产品后,记录该产品的产品ID(ProductId)
2.2 Step2 —— 创建设备,记录设备ID等信息
创建设备有两种方式:
- 第一种 可以通过页面点击添加设备,输入设备名称和鉴权信息(即设备编号,在8266中我们可以使用 ESP+Mac地址的方式或者ESP+ChipId的方式),具体平台的资源模型可详情请查看第一章 资源模型,并记录下该设备编号(deviceId).
- 第二种 可以通过调用创建设备API 实现设备的创建,输入设备的设备名、接入协议、鉴权信息以及MasterKey等信息,即可在平台上创建设备(博主比较喜欢这一种,也比较灵活)。
2.3 Step3 —— 建立设备与平台间的协议连接
- MQTT服务器地址域名为:mqtt.heclouds.com
使用Step1和Step2中的参数作为登录参数,使用SDK中的对应接口组织MQTT连接报文,发送到平台,与平台建立MQTT连接
若已经连接成功,在设备信息中会看到一个在线标记:
对于初学者,博主建议先用OneNet提供的MQTT调试工具来试玩一下,已亲测可用。
2.4 Step4 —— 数据流创建,数据点上传
- 利用SDK中提供的接口函数,编写代码将数据上传到平台
2.5 Step5 —— 数据流展示,查看数据点
- 在OneNET上的设备管理下点击数据展示,进入数据展示页面,点击下拉菜单,查看近期上传的数据点;也可以选择时间区间来查看历史时间
3. MQTT API
API根据用途做了几种分类,博主这里不重复,请参考 玩转OneNET物联网平台之简介
当然,OneNet为了简单方便调试API,也给我们提供了调试界面,具体请参考
博主在这里不会去讲解各个API的详细用法,请大家自行去查阅官方文档(查阅官方文档也是锻炼能力的一种)。
3.1 新增设备
- 具体参考 OneNet官方文档 - 新增设备
- 此方法比较重要,请仔细理解
3.2 注册设备
3.3 更新设备信息
3.4 查询设备详情
3.5 批量查询设备信息
- 具体参考 OneNet官方文档 - 批量查询设备信息
3.6 批量查询设备状态
- 具体参考 OneNet官方文档 - 批量查询设备状态
3.7 删除设备
3.8 新增数据流
3.9 更新数据流属性
- 具体参考 OneNet官方文档 - 更新数据流属性
3.10 查询数据流详情
- 具体参考 OneNet官方文档 - 查询数据流详情
3.11 批量查询数据流信息
- 具体参考 OneNet官方文档 - 批量查询数据流信息
3.12 删除数据流
3.13 查询设备历史数据
- 具体参考 OneNet官方文档 - 查询设备历史数据
3.14 批量查询设备最新数据
- 具体参考 OneNet官方文档 - 批量查询设备最新数据
3.15 新增数据点
3.16 上传文件
3.17 获取文件
3.18 发送命令
3.19 查询命令状态
3.20 查询命令响应
3.21 查询设备历史命令
- 具体参考 OneNet官方文档 - 查询设备历史命令
3.22 新增触发器
3.23 更新触发器
3.24 查询触发器
3.25 删除触发器
3.26 新增apikey
- 具体参考 OneNet官方文档 - 新增apikey
3.27 更新apikey
- 具体参考 OneNet官方文档 - 更新apikey
3.28 查询apikey
- 具体参考 OneNet官方文档 - 查询apikey
3.29 删除apikey
- 具体参考 OneNet官方文档 - 删除apikey
3.30 发布消息
3.31 查询订阅topic的设备
- 具体参考 OneNet官方文档 - 查询订阅topic的设备
3.32 查询设备订阅的topic
- 具体参考 OneNet官方文档 - 查询设备订阅的topic
3.33 查询产品的topic
- 具体参考 OneNet官方文档 - 查询产品的topic
4.设备端接入MQTT流程
前提:
- 读者已经了解MQTT协议
- 读者已经在OneNet上建立了Mqtt协议产品,比如博主这里建立了彩灯-MQTT项目
4.1 连接鉴权
在 2.3 Step3 —— 建立设备与平台间的协议连接中说到,我们第一步就是和OneNet平台建立连接鉴权:
- 设备向平台发起 connect 请求.connect 中携带鉴权信息
- 平台拿到鉴权信息进行鉴权
- 鉴权通过后,如果 cleansession=0, 平台将会加载保存的设备的一些信息.如订阅列表; 如果 cleansession=1, 设备没有保存信息在平台,则不加载设备相关信息
- 返回鉴权结果 ConnAck 报文
4.2 消息发布
4.2.1 数据点上报协议说明
设备使用publish报文来上传数据点, 报文格式如下:
字段 | Field名称 | 说明 | 格式 |
---|
Field1 | TopicName=”$dp” | $dp为系统上传数据点的指令 | 2字节字串长度 + utf8字串 |
- Payload
Payload包含真正的数据点内容,支持的格式如下:
数据类型 1(type == 1)格式说明:
数据类型 2(type == 2)格式说明:
数据类型 3(type == 3)格式说明:
数据类型 4(type ==4)格式说明:
数据类型 5(type ==5)格式说明:
数据类型 6(type ==6)格式说明:
数据类型 7(type == 7)格式说明:(每次最多 500 个数据流的浮点数):
4.2.2 数据点上报 —— 质量等级Qos0(Client->Server)
- 设备发布 Qos0 消息(上报数据点)
- 平台收到上报数据点后保存起来.
4.2.3 数据点上报 —— 质量等级Qos1(Client->Server)
- 设备发布 Qos1 消息(上报数据点)
- 平台收到上报数据点后保存起来.
- 平台给设备回复相应的 PubAck报文
4.2.4 数据点上报 —— 质量等级Qos2(Client->Server)
- 设备发布 Qos2 消息(上报数据点)
- 平台收到上报数据点后保存起来
- 平台给设备回复相应的 PubRec 报文
- 设备需回复平台 PubRel 报文,如超时不回平台则会断开相应连接
- 平台给设备回复 PubComp 报文
注意:
4.2.5 下发平台命令协议说明
平台使用publish 报文来下发平台指令, 报文格式如下:
FixHeader:
VariableHeader:
字段 | Field名称 | 说明 | 格式 |
---|
Field1 | TopicName=”$creq/cmduuid” | $creq 为系统下发Cmd 的指令,cmduuid 为该条指令的uuid | 2 字节字串长度+ utf8 字串 |
Payload:
注意点:
- 因为这里的cmduuid为某条指令的uuid,所以我们可以考虑正则表达式的topic
4.2.6 下发平台命令 —— 质量等级Qos0(Server->Client)
- 平台向设备发送topic 为
c
r
e
q
的
消
息
(
该
t
o
p
i
c
为
平
台
命
令
)
.
设
备
收
到
t
o
p
i
c
为
creq 的消息(该topic 为平台命令). 设备收到topic 为
creq的消息(该topic为平台命令).设备收到topic为creq 的topic 时,需将其作为平台下发的指令来处理.
注意:
4.2.7 命令回复协议说明
平台使用publish 报文来回复平台指令, 报文格式如下:
FixHeader:
VariableHeader:
字段 | Field名称 | 说明 | 格式 |
---|
Field1 | TopicName=”$crsp/cmduuid” | $crsp为系统处理设备回复cmd 的指令,cmduuid 为该条指令的uuid | 2 字节字串长度+ utf8 字串 |
Payload:
注意点:
- 因为这里的cmduuid为某条指令的uuid,所以我们可以考虑正则表达式的topic
4.2.8 命令回复 —— 质量等级Qos0(Client->Server)
4.2.9 命令回复 —— 质量等级Qos1(Client<-> Server)
- 如果设备回复响应时以Qos1 回复,则平台需要给设备回复一个Puback 报文
4.2.10 命令回复 —— 质量等级Qos2(Client<-> Server)
如果设备回复响应时以Qos2 回复,则:
- 1.平台需回复设备一个PubRec 报文
- 2.设备在收到PubRec 后需向平台回复PubRel 报文
- 3.平台收到PubRel 报文后,向设备回复PubComp 报文
4.3 创建Topic
- 设备通过发送HTTP 请求进行topic 的创建操作.
- 平台收到请求后创建topic 并返回结果.
请求及响应定义如下:
4.4 订阅
- 设备发起订阅请求报文
- 平台收到请求后更新topic 列表
- 平台给设备回复SubAck报文
注意:
- subscribe 的request qos 级别可以为0、1、2
4.5 取消订阅
- 设备发起取消订阅请求
- 平台收到请求后更新topic 列表
- 平台给设备回复UnSubAck
4.6 推送设备Topic
4.6.1 Publish 报文推送协议说明
FixHeader:
VariableHeader:
字段 | Field名称 | 说明 | 格式 |
---|
Field1 | TopicName | 填写设备订阅的topic | 2 字节字串长度+ utf8 字串 |
Payload:
4.6.2 Publish 报文推送 —— 质量等级Qos0
- 设备发起推送topic 请求(以Qos0 级别)
- 平台收到请求后,将topic 以Qos0 级别推送到相关订阅设备(支持离线设备推送)
- 平台不返回PubAck 或PubRec 等报文
4.6.3 Publish 报文推送 —— 质量等级Qos1
- 设备发起推送topic 请求(以Qos1 级别)
- 平台收到请求后,将topic 以Qos1 级别推送到相关订阅设备(支持离线设备推送)
- 平台返回PubAck 报文
4.6.4 Publish 报文推送 —— 质量等级Qos2
- 设备发起推送topic 请求(以Qos2 级别)
- 平台收到请求后,回复PubRec 报文
- 设备收到PubRec 后需回复PubRel 报文(如超时不回复,平台会断开与设备的连接)
- 平台收到PubRel 报文后,回复PubComp 给设备
- 平台在回复PubComp 后会以Qos2 级别推送到相关订阅设备(支持离线设备推送)
- 设备需回复PubRec 报文(如超时不回复,平台会断开与设备的连接)
- 平台发送PubRel 报文给设备
- 设备需回复PubComp(发布完成)
4.6.5 HTTP 请求推送
- 设备以HTTP 的方式发起推送topic 请求
- 平台收到请求后,将topic 推送到相关订阅设备.(目前只支持在线推送)
- 平台返回推送结果
请求及响应定义如下:
4.7 离线Topic
普通推送(上面的推送设备Topic)只针对在线设备进行topic消息的推送,离线设备不会收到订阅的topic 的消息。
离线Topic则会将该消息推送给在线以及离线设备。
注意点:
- 如果设备在上线时设置了clean session flag,服务端会删除其订阅的topic 及相关的离线topic 消息。
- 如果设备没有设置clean session flag,如果有与该设备相关的离线topic 消息,则在鉴权成功后将离线消息
推送给设备。 - 遗嘱消息(will msg)只会推送给订阅了该will topic 的在线的设备,离线设备不会收到。
- 离线消息的有效期默认为2 天(暂不支持用户设定有效期),服务器只会推送在2 天内的最近10 条消息。
4.8 数据点订阅
含义:
- 同一产品下的设备可以订阅其他设备的数据点,订阅的topic 格式为:/deviceid/数据流名称。即
被关注的设备在上传了该数据流名称的数据点后,订阅了该topic 的其他设备都会收到上传的数据点。
例子:
- A、B 设备的deviceid 分别为9277、9278。
- A 设备订阅了名为/9278/9527 的topic(9278 为设备B 的id,9527 为B 设备上传的数据流名称)。
- B 设备上传了名为9527 的数据流(数据点为11; 15;78…)。
- A 设备会收到多条(取决于设备B 上传的数据点的个数)推送的topic 名为/9278/9527 的publish 消息,消息的
payload 中则包含设备B 上传的数据点。
注意点:
- 目前支持订阅的数据点的类型为Type1~Type7
5.常见问题
5.1 MQTT连接鉴权时,Payload中ClientIdentifier;UserName;UserPassword分别填写什么?
- ClientIdentifier: 创建设备时得到的设备ID,为数字字串;
- UserName: 注册产品时,平台分配的产品ID,为数字字串;
- UserPassword: 为设备的鉴权信息(即唯一设备编号,SN),或者为apiKey,为字符串。
5.2 MQTT需要在连接鉴权通过后才能发送其它报文吗?
- 是的,MQTT协议必须在鉴权通过后(收到ConnAck后),才能发送后续报文进行交互,不然服务器会直接丢弃报文。
5.3 MQTT可以订阅Topic有什么限制?
5.4 如何利用MQTT协议上传数据到云平台?
- 设备完成连接鉴权之后,将数据按照一定的格式(见协议文档说明)打包,将数据发布到$dp系统Topic上即可。
5.5 订阅之前是否需要创建Topic?
- 设备在执行订阅时,OneNET会自动判断该Topic是否存在,若不存在则自动创建该Topic。
5.6 设备可否通过订阅的方式,获取其他设备的数据流信息?
- 可以,可以通过订阅 /device_id/数据流名 的方式,及时获取到某设备最新的数据点信息。
5.7 设备发布消息(Publish)有什么限制??
- 发布消息只能在同一产品ID下进行,不能进行跨产品间的Publish消息推送。
6. 新手手把手感受OneNet MQTT案例
博主这里认为大家已经注册了OneNet账号。接下来请按照下面步骤进行:
6.1 创建 ESP8266智能灯系统 产品(MQTT协议)
注意点:
创建完毕后,我们点击查看具体的产品信息:
注意点:
- 需要记录产品ID,其用来区分产品唯一标识符
- Master-APIkey,网络请求鉴权信息,接口调用需要带入
6.2 API调试创建 deviceA和deviceB两个设备
API接口定义:
操作步骤:
http body:
{
"title": "mqtt_device_A",
"desc": "mqtt_device_A",
"tags": ["china", "mobile"],
"location": {
"lon": 109,
"lat": 23.54
},
"auth_info": "mqtt_device_A",
"other": {
"version": "1.0.0",
"manufacturer": "china mobile"
}
}
http body:
{
"title": "mqtt_device_B",
"desc": "mqtt_device_B",
"tags": ["china", "mobile"],
"location": {
"lon": 109,
"lat": 23.54
},
"auth_info": "mqtt_device_B",
"other": {
"version": "1.0.0",
"manufacturer": "china mobile"
}
}
6.3 官方工具调试deviceA和deviceB
读者请自行下载 MQTT-device 工具。下载完工具之后请复制出两份,一个工具代表deviceA,一个工具代表deviceB,我们模拟Mqtt操作。
6.3.1 配置deviceA
注意点:
- 重点关注博主标红的地方,DeviceID和ProductID、AuthInfo需要填写读者自身创建的
- 配置完毕连接服务器
6.3.2 配置deviceB
注意点:
- 重点关注博主标红的地方,DeviceID和ProductID、AuthInfo需要填写读者自身创建的
- 配置完毕连接服务器
6.3.3 deviceA订阅主题“deviceB_to_A”
注意点:
6.3.4 deviceB订阅主题“deviceA_to_B”
注意点:
6.3.5 deviceB发布信息给deviceA
6.3.6 deviceA发布信息给deviceB
6.3.7 平台下发命令给deviceA
6.3.8 deviceA上传数据点到平台
7.总结
本篇作为OneNet Mqtt篇的开头篇,主要讲解了Mqtt的使用注意事项,并且在调试工具下模拟Mqtt的常用操作,请关注接下来的篇章。