ESP8266 通過 MQTT 協(xié)議實(shí)現(xiàn) LED 的遠(yuǎn)程控制

本文簡(jiǎn)要介紹了搭建 EMQX 服務(wù)器實(shí)現(xiàn)基于 MQTT 協(xié)議遠(yuǎn)程控制 NodeMCU ESP8266 板載 LED 的解決方案。

簡(jiǎn)介

1. MQTT

[MQTT] （Message Queuing Telemetry Transport）是一種基于 publish/subscribe (發(fā)布/訂閱) 模式的 輕量級(jí) 通訊協(xié)議，構(gòu)建于 TCP/IP 協(xié)議上，由 IBM 在1999年發(fā)布。

MQTT 可以實(shí)現(xiàn)用極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù) 。

2. EMQX

[EMQX] 是一款大規(guī)模分布式物聯(lián)網(wǎng) MQTT 服務(wù)器，單集群支持 1 億物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接，消息分發(fā)時(shí)延低于 1 毫秒。為高可靠、高性能的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)移動(dòng)、處理和集成提供動(dòng)力。

3. Home Assistant

[Home Assistant] (HA) 家庭助理，是一款基于 Python 的智能家居開源系統(tǒng)，可以方便地連接各種外部設(shè)備，支持眾多品牌的智能家居設(shè)備。

方案

安裝 Home Assistant

**使用 **[Docker]容器安裝 [Home Assistant] ,

1. **下載 **[Docker] 軟件；
2. **C 盤根目錄新建文件夾 **homeassistant ；
3. **下載部署文件 **[GitHub] 并解壓得到 docker-compose.yml 保存至上述 homeassistant 文件夾；
4. **Windows 打開 **命令提示符 或 Windows PowerShell，輸入如下代碼實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下載鏡像

cd C:homeassistant
docker-compose.yml
docker-compose up

5. 安裝過程需大約 30 分鐘，即可在 Docker 容器中創(chuàng)建 Home Assistant 鏡像；
6. **自動(dòng)從鏡像安裝 Home Assistant 到容器。代碼文件 **docker-compose.yml 將映射 Home Assistant 配置文件到 C:/homeassistant 文件夾；
7. **瀏覽器輸入網(wǎng)址 **http://localhost:8123/ 進(jìn)入Home Assistant 主界面，創(chuàng)建智能家居賬號(hào)。

詳見： [How to run Home Assistant Container on Windows using Docker - Kiril Peyanski's Blog] .

安裝 EMQX

**使用 EMQX 最簡(jiǎn)單的方式是在 **[EMQX Cloud]上創(chuàng)建完全托管的 MQTT 服務(wù)。

這里我們使用 Docker 運(yùn)行 EMQX

Windows 命令行或 PowerShell 輸入并執(zhí)行如下代碼

docker run -d --name emqx -p 1883:1883 -p 8083:8083 -p 8084:8084 -p 8883:8883 -p 18083:18083 emqx/emqx:latest

等待進(jìn)度條下載和部署完成（大約5分鐘），即可獲得 EMQX 服務(wù)器。

**Docker 內(nèi)的 **localhost 或 127.0.0.1 指向的是容器內(nèi)部地址，如需訪問宿主機(jī)地址請(qǐng)使用宿主機(jī)的真實(shí) IP .

詳見： [Gitee] .

配置 EMQX

**（1）瀏覽器打開網(wǎng)址 **http://localhost:18083/ ，初始登錄賬戶名 admin 密碼 public ；

**（2）依次打開 **訪問控制 - 客戶端認(rèn)證 - 創(chuàng)建 - Password-Based - 內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù) - （默認(rèn)配置）- 創(chuàng)建 ；

（3）用戶管理 - 新建用戶 - 自定義用戶名和密碼（建議 admin）.

連接 EMQX 與 HA

**（1）命令行或 PowerShell 輸入 **ipconfig 獲取本地計(jì)算機(jī) IPv4 地址，如 42.34.25.153

（2）配置 Home Assistant ，依次點(diǎn)擊設(shè)置 - 設(shè)備與服務(wù) - 添加集成 - 搜索 MQTT - 填寫代理信息。

代理欄輸入計(jì)算機(jī) IP 地址，端口 1883，用戶名和密碼為 EMQX 中創(chuàng)建的用戶信息。

**（3）點(diǎn)擊 **提交 后顯示 成功創(chuàng)建 MQTT ，此時(shí) 集成 選項(xiàng)下出現(xiàn) MQTT 條目，EMQX 網(wǎng)頁(yè) 集群 的 總連接數(shù) 和 在線連接數(shù) 由 0 變?yōu)?1，表明 MQTT 設(shè)備已連接。

參考： [MQTT 接入 Home Assistant] .

連接 ESP8266 與 EMQX

將如下代碼下載至 ESP8266 開發(fā)板，

需要注意 MQTT 服務(wù)器地址，若是 EMQX Cloud，則根據(jù)創(chuàng)建遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)填寫地址；若是本地計(jì)算機(jī)或Docker容器，則填寫本地物理 IP 地址。

主題為 MQTTX 客戶端定義的訂閱名稱，客戶名和密碼則對(duì)應(yīng) EMQX 服務(wù)器客戶端用戶定義。

#include < ESP8266WiFi.h >
#include < PubSubClient.h >
?
#define LED 2 // on-board LED D4
?
// WiFi
const char *ssid = "xxx"; // Enter your WiFi name
const char *password = "xxxxxx";  // Enter WiFi password
?
// MQTT Broker
const char *mqtt_broker = "xx.xx.xx.xx"; // EMQX Server IP
const char *topic = "emqx/esp8266"; // MQTTX topic
const char *mqtt_username = "UART"; // EMQX Server User Name
const char *mqtt_password = "123456"; //EMQX Server User Password
const int mqtt_port = 1883;
?
bool ledState = false;
?
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
?
void setup() {
    // Set software serial baud to 115200;
    Serial.begin(115200);
    delay(1000); // Delay for stability
?
    // Connecting to a WiFi network
    WiFi.begin(ssid, password);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        delay(500);
        Serial.println("Connecting to WiFi...");
    }
    Serial.println("Connected to the WiFi network");
?
    // Setting LED pin as output
    pinMode(LED, OUTPUT);
    digitalWrite(LED, LOW);  // Turn off the LED initially
?
    // Connecting to an MQTT broker
    client.setServer(mqtt_broker, mqtt_port);
    client.setCallback(callback);
    while (!client.connected()) {
        String client_id = "esp8266-client-";
        client_id += String(WiFi.macAddress());
        Serial.printf("The client %s connects to the public MQTT brokern", client_id.c_str());
        if (client.connect(client_id.c_str(), mqtt_username, mqtt_password)) {
            Serial.println("Public EMQX MQTT broker connected");
        } else {
            Serial.print("Failed with state ");
            Serial.print(client.state());
            delay(2000);
        }
    }
?
    // Publish and subscribe
    client.publish(topic, "hello emqx");
    client.subscribe(topic);
}
?
void callback(char *topic, byte *payload, unsigned int length) {
    Serial.print("Message arrived in topic: ");
    Serial.println(topic);
    Serial.print("Message: ");
    String message;
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        message += (char) payload[i];  // Convert *byte to string
    }
    Serial.print(message);
    if (message == "on" && !ledState) {
        digitalWrite(LED, LOW);  // Turn on the LED
        ledState = true;
    }
    if (message == "off" && ledState) {
        digitalWrite(LED, HIGH); // Turn off the LED
        ledState = false;
    }
    Serial.println();
    Serial.println("-----------------------");
}
?
void loop() {
    client.loop();
    delay(100); // Delay for a short period in each loop iteration
}

測(cè)試

在 MQTTX 客戶端向目標(biāo)主題發(fā)送控制文本 on 和 off 以控制板載 LED

**注意發(fā)送文本格式選項(xiàng)更改為 **Plaintext .

Arduino IDE 的串口助手監(jiān)控可以觀察到反饋信息

**與 MQTTX 客戶端操作類似，在 HomeAssistant 的 **MQTT 設(shè)置 中向目標(biāo)主題發(fā)送消息，即可控制 LED 的亮滅

參考： [ESP8266 + MQTT ：如何實(shí)現(xiàn) LED 燈的遠(yuǎn)程控制 | EMQ (emqx.com)]

視頻展示

?

?

總結(jié)

**完成該項(xiàng)目的關(guān)鍵在于環(huán)境搭建，即 **HomeAssistant 和 EMQX 服務(wù)器的安裝，由于是在 Windows 操作系統(tǒng)環(huán)境下，需要將其安裝于 Docker 容器中運(yùn)行，而 Docker 軟件通過檢索實(shí)現(xiàn)鏡像安裝需要科學(xué)上網(wǎng)，因此環(huán)境搭建是關(guān)鍵。

**此外，該項(xiàng)目可進(jìn)行擴(kuò)展連接智能家居平臺(tái) ** HomeAssistant ，同樣安裝于 Docker 容器，只需要進(jìn)行 MQTT 配置即可實(shí)現(xiàn)開關(guān)可視化和 APP 遠(yuǎn)程 LED 控制，參考[文章]，具體操作如下

**修改 HA 配置文件 **configuration.yaml 添加如下代碼，實(shí)現(xiàn) LED 開關(guān)的界面可視化

# add light
mqtt:
  light:
    # Device name
    - name: "On-board LED"
    # State topic
      state_topic: "emqx/esp8266"
    # Command topic
      command_topic: "emqx/esp8266"
    # Command type
      payload_on: "on"
      payload_off: "off"
    # unique_ID
      unique_id: "on-board LED"
    # optimistic set
      optimistic: false

配置文件 configuration.yaml 的路徑根據(jù) HA 安裝位置確定

保存配置文件后，在 開發(fā)者工具 中點(diǎn)擊 所有 YAML 配置 實(shí)現(xiàn)重載配置文件，效果如下

點(diǎn)擊開關(guān)按鈕即可實(shí)現(xiàn) NodeMCU-ESP8266 板載 LED 的亮滅控制。

審核編輯 黃宇