ESP8266 通过 MQTT 协议上报温湿度数据

时间：2022-12-22 03:30:00 w4g传感器

如何通过这个何演示基于 ESP8266 的 NodeMCU，把通过 DHT11 通过传感器收集的温湿度数据 MQTT 协议将其上报云端 MQTT 并显示应用程序端如何订阅和处理这些数据。本文使用 MQTT 协议的原因是该协议相对较轻，节能，非常适合物联网的相关使用场景；目前，主要的公共云提供商基本上是开放的 MQTT 协议的 IoT Hub 服务。比如 AWS 的 IoT Core，以及 Azure 的 IoT Hub 等，通过 MQTT 将这些数据直接连接到这些公共云服务是非常方便的。

本示例的总体结构如下

Artboard Copy 11.png

配置

硬件配置

NodeMCU board x 1：NodeMCU 是开源的 IoT (硬件)开发平台，NodeMCU 包含可以运行的内容 ESP8266 Wi-Fi SoC 芯片上的固件，以及基于芯片的固件 ESP-12 模块硬件。NodeMCU” 缺陷一般是指固件，而不是开发套件。使用固件 Lua 脚本语言。
DHT11 temperature/humidity sensor x 1：DHT11 数字温湿度传感器是一种含有校准数字信号输出的温湿度复合传感器
面包板（Breadboard ）x 1
跳线（Jumper wires）若干
连接图（Connection Graph）请参考以下截图

[外链图片存储失败，源站可能有防盗链机制，建议保存图片直接上传(img-Lje8W4Il-1609230292970)(https://static.emqx.net/images/ab1d6dee2e4870a45ada34fb584f8328.png)]

Arduino 配置

下载并安装 CH340G USB 驱动
安装 ESP8266模块
安装 PubSubClient 库 (by Nick O’Leary)
Sketch -> Include Library -> Manage Libraries… -> Type PubSub in Search field -> Install

MQTT 云服务配置

我们在本文中选择原因 EMQ X Cloud 提供的公共 MQTT Broker 服务作为 broker 接入地址，broker 访问信息如下：

Broker: broker.emqx.io
TCP Port: 1883
Websocket Port: 8083

ESP8266 代码编写

首先，我们将导入 ESP8266WiFi 和 PubSubClient 库，ESP8266WiFi 库能够将 ESP8266 连接到 Wi-Fi 网络，PubSubClient 库能使 ESP8266 连接到 MQTT 服务器发布消息，订阅主题。
```
#include  #include  #include  #include "DHT.h" 
```

设置 Wi-Fi 名称和密码，以及 MQTT 服务器连接地址和端口

// WiFi const char *ssid = "mousse"; // Enter your WiFi name const char *password = "qweqweqwe";  // Enter WiFi password const char *mqtt_broker = "broker.emqx.io"; const char *topic = "temp_hum/emqx"; const char *mqtt_username = "emqx"; const char *mqtt_password = "public"; const int mqtt_port = 1883;

打开串行连接，以便输出程序的结果并连接到 Wi-Fi 网络

// Set software serial baud to 115200; Serial.bgin(115200);
// connecting to a WiFi network
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { 
          
    delay(500);
    Serial.println("Connecting to WiFi..");
}

设置 MQTT Broker 信息

//connecting to a mqtt broker
client.setServer(mqtt_broker, mqtt_port);
client.setCallback(callback);
//connecting to a mqtt broker
while (!client.connected()) { 
          
    String client_id = "esp8266-client-";
    client_id += String(WiFi.macAddress());
    Serial.println("Connecting to public emqx mqtt broker.....");
    if (client.connect(client_id, mqtt_username, mqtt_password)) { 
          
        Serial.println("Public emqx mqtt broker connected");
    } else { 
          
        Serial.print("failed with state ");
        Serial.print(client.state());
        delay(2000);
    }
}

MQTT 服务器连接成功后初始化温湿度传感器
```
dht.begin();
```

读取温湿度传感器数据以 json 格式上报数据

float temp = dht.readTemperature();
float hum = dht.readHumidity();
// json serialize
DynamicJsonDocument data(256);
data["temp"] = temp;
data["hum"] = hum;
// publish temperature and humidity
char json_string[256];
serializeJson(data, json_string);
// {"temp":23.5,"hum":55}
Serial.println(json_string);
client.publish(topic, json_string, false);

完整代码

#include 
#include 
#include 
#include "DHT.h"

// WiFi
const char *ssid = "mousse"; // Enter your WiFi name
const char *password = "qweqweqwe";  // Enter WiFi password

// MQTT Broker
const char *mqtt_broker = "broker.emqx.io";
const char *topic = "temp_hum/emqx";
const char *mqtt_username = "emqx";
const char *mqtt_password = "public";
const int mqtt_port = 1883;

// DHT11
#define DHTPIN D4
#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11
unsigned long previousMillis = 0;

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() { 
          
    // Set software serial baud to 115200;
    Serial.begin(115200);
    // 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");
    //connecting to a mqtt broker
    client.setServer(mqtt_broker, mqtt_port);
    client.setCallback(callback);
    //connecting to a mqtt broker
    while (!client.connected()) { 
          
        String client_id = "esp8266-client-";
        client_id += String(WiFi.macAddress());
        Serial.println("Connecting to public emqx mqtt broker.....");
        if (client.connect(client_id, mqtt_username, mqtt_password)) { 
          
            Serial.println("Public emqx mqtt broker connected");
        } else { 
          
            Serial.print("failed with state ");
            Serial.print(client.state());
            delay(2000);
        }
    }
    // dht11 begin
    dht.begin();
}


void loop() { 
          
    client.loop();
    unsigned long currentMillis = millis();
    // temperature and humidity data are publish every five second
    if (currentMillis - previousMillis >= 5000) { 
          
        previousMillis = currentMillis;
        float temp = dht.readTemperature();
        float hum = dht.readHumidity();
        // json serialize
        DynamicJsonDocument data(256);
        data["temp"] = temp;
        data["hum"] = hum;
        // publish temperature and humidity
        char json_string[256];
        serializeJson(data, json_string);
        // {"temp":23.5,"hum":55}
        Serial.println(json_string);
        client.publish(topic, json_string, false);
    }
}

运行测试

请使用 Arduino IDE 将完整代码上传到 ESP8266，并打开串口监视器
建立 MQTT X 客户端与 MQTT 服务器的连接, 并测试温湿度数据接收

使用 Python 客户端订阅温湿度数据

# python 3.x

import random

from paho.mqtt import client as mqtt_client


BROKER = 'broker.emqx.io'
PORT = 1883
TOPIC = "temp_hum/emqx"
# generate client ID with pub prefix randomly
CLIENT_ID = "python-mqtt-tcp-sub-{id}".format(id=random.randint(0, 1000))
USERNAME = 'emqx'
PASSWORD = 'public'


def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    if rc == 0:
        print("Connected to MQTT Broker!")
        client.subscribe(TOPIC)
    else:
        print("Failed to connect, return code {rc}".format(rc=rc), )


def on_message(client, userdata, msg):
    print("Received `{payload}` from `{topic}` topic".format(
        payload=msg.payload.decode(), topic=msg.topic))


def connect_mqtt():
    client = mqtt_client.Client(CLIENT_ID)
    client.username_pw_set(USERNAME, PASSWORD)
    client.on_connect = on_connect
    client.on_message = on_message
    client.connect(BROKER, PORT)
    return client


def run():
    client = connect_mqtt()
    client.loop_forever()


if __name__ == '__main__':
    run()

总结

至此为止，完成了从 NodeMCU 采集数据，并上传到 EMQ 提供的 MQTT 云服务，最后由 Python 写的后端程序对数据进行处理的简单过程。但在实际的生产应用中，会需要更高的要求，比如，

更加安全的连接方式
对物联网数据进行实时处理
对数据进行持久化
更大规模的连接要求

EMQ 企业版，及其物联网 MQTT 云服务在解决上述问题已经提供了很好的解决方案，有兴趣的读者可以参考相关链接了解更多的信息。

为了实现数据的高安全性（避免上传到云端），降低业务处理时延，以及数据传输成本，在解决方案中可以考虑采用边缘计算。Azure IoT Edge 和 AWS 的 Greengrass 提供了在边缘端的解决方案。EMQ 也提供了开源的超轻量级边缘物联网实时数据分析 (IoT Edge streaming analytics) 方案 Kuiper，读者可以参考这篇文章以获取更详细的信息。

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