嵌入式IoT[05]_ESP32-C3 mqtt操作实践

草帽王子

ESP32-C3 mqtt操作实践

1.本文概述
2.环境搭建
3.esp32-c3 mqtt源代码编译与配置
4.手机控制
5.手机发送消息点亮led灯
  5.1 设计思路
  5.2 代码设计
  5.3 功能测试
6.小结


1.本文概述

对于ESP32-C3模块，是乐鑫的第一个基于RISCV架构的芯片，其主要定位还是一个物联网模块，所以在使用上更多的去考虑物联网的应用。本文主要是介绍在ESP32-C3模块上使用MQTT进行通信。

MQTT在物联网领域的使用非常的广泛，其协议在众多的智能控制领域广泛的使用。

本次实验在使用上，可以将PC上搭建一个mosquitto的mqtt服务器，并且在手机上控制模块的行为。


2.环境搭建

主要是在Ubuntu20.04上进行开发，首先需要安装相关的开发环境，这一部分已经在前面的文章中介绍过了，现在主要介绍下面的步骤。

首先搭建mosquitto的mqtt服务器。下面用最简单的办法搭建好一个可以使用的mqtt服务器。

第一步：安装mosquitto

1. $ sudo apt-add-repository ppa:mosquitto-dev/mosquitto-ppa
   
2. $ sudo apt-get update
   
3. $ sudo apt-get install mosquitto

复制代码

第二步：安装开发包和客户端

1. $ sudo apt-get install libmosquitto-dev
   
2. $ sudo apt-get install mosquitto-clients

复制代码

第三步：修改配置文件

正常情况下，上面步骤完成后，输入sudo service mosquitto start就可以启动了。

但是发现只能用localhost的ip地址或者127.0.0.1的ip地址，在本地才能访问。如果要让开发板正常的访问，显然是不行的。

所以此时修改了配置文件。

1. sudo vim /etc/mosquitto/mosquitto.conf

复制代码

文件内容如下：

1. # Place your local configuration in /etc/mosquitto/conf.d/
   
2. #
   
3. # A full description of the configuration file is at
   
4. # /usr/share/doc/mosquitto/examples/mosquitto.conf.example
   
5. 
   
6. persistence true
   
7. persistence_location /var/lib/mosquitto/
   
8. 
   
9. bind_address 192.168.15.123
   
10. 
    
11. # 禁止匿名访问
    
12. allow_anonymous true
    
13. 
    
14. # 认证配置
    
15. #password_file /etc/mosquitto/pwfile
    
16. 
    
17. # 权限配置
    
18. #acl_file /etc/mosquitto/aclfile
    
19. 
    
20. log_dest file /var/log/mosquitto/mosquitto.log
    
21. 
    
22. include_dir /etc/mosquitto/conf.d

复制代码

解释一下上述的配置

bind_address 192.168.15.123这里设置是服务器的ip地址，如果不设置，只能访问 127.0.0.1。后面的ip地址可以根据自己电脑的ip地址进行设置。
allow_anonymous true这里的参数配置为true表示可以不需要用户名和密码访问，否则如果填写成 false则需要配置认证和权限，这里简单起见，不用用户名密码。

第四步：启动mosquitto

输入下面的命令即可

1. sudo service mosquitto start

复制代码

如果需要停止

1. sudo service mosquitto stop

复制代码

还可以查看是否正常的启动。

1. sudo service mosquitto status

复制代码

如下图所示，表示启动成功。

第五步：功能验证和环境测试

往往看服务器是否搭建成功，需要测试一下，这里先本地测试一下。

首先订阅一个topic

1. mosquitto_sub -h 192.168.15.123 -t "test_mqtt" -v

复制代码

另外再开一个终端，往这个topic发布消息。

1. mosquitto_pub -t "test_mqtt" -h 192.168.15.123 -m "hello_mqtt"

复制代码

最后可以看到效果如下

可以说明mqtt服务器基本成功。


3.esp32-c3 mqtt源代码编译与配置

前文已经搭建好开发环境，这里只说明操作步骤。

首先将ESP-IDF中的protocols的例程拷贝到自己的工作路径下。

1. cp -r $IDF_PATH/examples/protocols .

复制代码

接着找到mqtt/tcp的例子。

1. cd protocols/mqtt/tcp

复制代码

设置相关的编译目标为esp32c3。

1. idf.py set-target esp32c3

复制代码

选择配置

1. idf.py menuconfig

复制代码

这里有两个地方的配置需要自行填写。

其中的Example Connection Configuration用于配置wifi的连接信息。

而Example Configuration则是配置mqtt的服务器地址。

该地址前面记得加上mqtt://这样才能正常的解析，其地址为刚才搭建好的mqtt服务器的地址。

配置完成后开始编译

1. idf.py build

复制代码

下载

1. idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash

复制代码

查看串口信息

1. idf.py -p /dev/ttyUSB0 monitor

复制代码

正常情况下，会输入下面的信息

其topic为/topic/qos0。

注意：需要保证esp32-c3模块与mqtt服务器的电脑在同一个局域网内，这样才能正常的操作。

然后pc往开发板发一条消息。

1. mosquitto_pub -t /topic/qos0 -h 192.168.15.123 -m "test_esp32"

复制代码

其中-t /topic/qos0表示需要往那个topic发送。

此时，可以看到开发板正常接受到了pc发过来的消息。


4.手机控制

此处只做局域网内的控制，也就是手机、电脑、esp32-c3在同一个局域网内，如果要远程控制，那么需要进行内网穿透。

本次用安卓手机做演示

下载EasyMQTT客户端。

添加连接，设置Broker为服务器地址。

正常情况下连接服务器如下

选择箭头，然后填写topic和消息

这样，就可以通过手机往开发板发送消息了。


5.手机发送消息点亮led灯

5.1 设计思路

基本的思路是手机连接mqtt的服务器，通过发布topic，电脑和开发板监听该topic，当开发板监听到该topic的消息后，将收到的数据解析出来。比如led=on表示开灯，led=off关灯。

点灯采用外接的GPIO，因为板载的LED需要PWM。

5.2 代码设计

在ESP32 IDF的编程模型中，对于GPIO的控制也是通过API接口进行控制。

最基本的操作

1. gpio_reset_pin(LED_CTL); //复位gpio
   
2. gpio_set_direction(LED_CTL, GPIO_MODE_OUTPUT); //设置gpio为输出模式
   
3. gpio_set_level(LED_CTL, 1); //设置为高电平

复制代码

配置完成后，可以在

1. static esp_err_t mqtt_event_handler_cb(esp_mqtt_event_handle_t event)

复制代码

函数中编写操作逻辑。

1. case MQTT_EVENT_DATA:
   
2.      ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_DATA");
   
3.      printf("TOPIC=%.*s\r\n", event->topic_len, event->topic);
   
4.      printf("DATA=%.*s\r\n", event->data_len, event->data);
   
5.      if(strstr(event->data, "led=on") != NULL)
   
6.      {
   
7.           gpio_set_level(LED_CTL, 0);
   
8.      }
   
9.      else if(trstr(event->data, "led=off") != NULL)
   
10.      {
    
11.            gpio_set_level(LED_CTL, 1);
    
12.      }
    
13.      break;

复制代码

当接受到led=on的指令，将GPIO拉低，此时灯点亮。

当接受到led=off的指令，将GPIO拉低，此时灯熄灭。

这样就完成了程序的设计。

硬件上的连接采用的GPIO3。

5.3 功能测试

输入idf.py build开始编译程序，并且输入idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash开始下载。

最后idf.py -p /dev/ttyUSB0 monitor监听数据。

可以正常观测到数据了。

手机上发送led=on的消息，可以看到led被点亮。

6.小结

在esp32-c3上做mqtt的业务逻辑设计，使用上注意mqtt的服务器的搭建，以及esp32-c3的mqtt的相关例子，还有将整个链路弄清楚即可。

从上层逻辑上来看，这种ESP-IDF的框架更加友好，通过对mqtt协议层面的支持，使得用户拿到数据后，直接控制相关的硬件操作即可。

做室内的智能家居应用也是非常好的选择。

完