როგორ გამოვიყენოთ MQTT Raspberry Pi და ESP8266: 8 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:18

ამ ინსტრუქციაში, მე ავხსნი რა არის MQTT პროტოკოლი და როგორ გამოიყენება იგი მოწყობილობებს შორის კომუნიკაციისთვის. შემდეგ, როგორც პრაქტიკული დემონსტრაცია, მე გაჩვენებთ თუ როგორ უნდა დააყენოთ მარტივი ორი კლიენტის სისტემა, სადაც ESP8266 მოდული გამოგიგზავნით შეტყობინებას პითონის პროგრამაში ღილაკის დაჭერისას. კერძოდ, მე ვიყენებ Adafruit HUZZAH მოდულს ამ პროექტისთვის, Raspberry Pi და დესკტოპის კომპიუტერი. Raspberry Pi იმოქმედებს როგორც MQTT ბროკერი, ხოლო Python კლიენტი იმუშავებს ცალკე დესკტოპის კომპიუტერიდან (სურვილისამებრ, რადგან ეს შეიძლება იყოს Raspberry Pi– ზე).

ამ ინსტრუქციასთან ერთად, თქვენ უნდა გქონდეთ ელექტრონიკის ძირითადი ცოდნა და როგორ გამოიყენოთ Arduino პროგრამული უზრუნველყოფა. თქვენ ასევე უნდა იცოდეთ ბრძანების ხაზის ინტერფეისის გამოყენება (ჟოლოს პიისთვის). იმედია, მას შემდეგ რაც მიიღებთ ცოდნას რა არის MQTT და როგორ გამოვიყენოთ იგი ძირითად სცენარში, თქვენ შეძლებთ შექმნათ თქვენი საკუთარი IoT პროექტები!

საჭირო ნაწილები

• 1 x Raspberry Pi, დაკავშირებულია ადგილობრივ ქსელთან (მუშაობს ჯესი)
• 1 x ESP8266 მოდული (Adafruit HUZZAH)
• 1 x პურის დაფა
• 3 x Jumper Wires (კაცი-კაცი)
• 1 x ღილაკი
• 1 x 10k Ohm რეზისტორი (ყავისფერი-შავი-ნარინჯისფერი ფერის კოდი)

მე შევქმენი ეს Instructable, რადგან MQTT ყოველთვის მაინტერესებდა როგორც პროტოკოლი და მისი გამოყენების მრავალი განსხვავებული გზა არსებობს. თუმცა, მე არ ჩანს, რომ ჩემი უფროსი გარშემო როგორ კოდირების მოწყობილობების გამოიყენოს იგი. ეს იმიტომ მოხდა, რომ მე არ ვიცოდი/მესმოდა რა ხდებოდა სინამდვილეში ჩემი "გამარჯობა, მსოფლიო!" ა მოწყობილობიდან და გავაგზავნე მოწყობილობაზე B. მაშასადამე, მე გადავწყვიტე დავწერო ეს ინსტრუქცია (იმედია) გასწავლით თუ როგორ მუშაობს იგი და ასევე გავაძლიერე ჩემი საკუთარი გაგება მის შესახებ!

ნაბიჯი 1: რა არის MQTT?

MQTT, ან MQ Telemetry Transport, არის შეტყობინებების პროტოკოლი, რომელიც საშუალებას აძლევს მრავალ მოწყობილობას ესაუბრონ ერთმანეთს. ამჟამად, ეს არის ნივთების ინტერნეტის პოპულარული პროტოკოლი, თუმცა ის სხვა მიზნებისთვის გამოიყენება - მაგალითად, Facebook Messenger. საინტერესოა, რომ MQTT გამოიგონეს 1999 წელს - რაც იმას ნიშნავს, რომ ის ისეთივე ძველია, როგორც მე!

MQTT ემყარება იმ აზრს, რომ მოწყობილობებს შეუძლიათ გამოაქვეყნონ ან გამოიწერონ თემები. ასე რომ, მაგალითად. თუ მოწყობილობამ #1 დააფიქსირა ტემპერატურა მისი ერთ -ერთი სენსორიდან, მას შეუძლია გამოაქვეყნოს შეტყობინება, რომელიც შეიცავს ჩაწერილ ტემპერატურულ მნიშვნელობას თემაზე (მაგ. "ტემპერატურა"). ეს შეტყობინება იგზავნება MQTT ბროკერთან, რომელიც შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ როგორც გადამრთველი/როუტერი ადგილობრივ ქსელში. მას შემდეგ რაც MQTT ბროკერმა მიიღო შეტყობინება, ის გაუგზავნის მას ნებისმიერ მოწყობილობას (ამ შემთხვევაში, მოწყობილობას #2), რომელიც გამოწერილია იმავე თემაზე.

ამ პროექტში ჩვენ გამოვაქვეყნებთ თემას ESP8266- ის გამოყენებით და შევქმნით პითონის სკრიპტს, რომელიც გამოწერილი იქნება იმავე თემაზე, ჟოლოს პიის საშუალებით, რომელიც იქნება MQTT ბროკერის როლი. MQTT– ის მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ ის არის მსუბუქი, ასე რომ ის სრულყოფილია მცირე მიკროკონტროლერებზე მუშაობისას, როგორიცაა ESP8266, მაგრამ ის ასევე ფართოდ არის ხელმისაწვდომი - ასე რომ ჩვენ შეგვიძლია ის პითონის სკრიპტზეც გავუშვათ.

ვიმედოვნებთ, რომ ამ პროექტის ბოლოს გექნებათ გაგება რა არის MQTT და როგორ გამოვიყენოთ იგი მომავალში საკუთარი პროექტებისთვის.

ნაბიჯი 2: MQTT ბროკერის დაყენება Raspberry Pi– ზე

ჩვენი MQTT სისტემის დასაყენებლად ჩვენ გვჭირდება ბროკერი, როგორც ეს წინა საფეხურშია აღწერილი. ჟოლოს Pi- სთვის ჩვენ ვიყენებთ "Mosquitto" MQTT ბროკერს. სანამ ამას დავაინსტალირებთ, ყოველთვის უმჯობესია განვაახლოთ ჩვენი Raspberry Pi.

sudo apt-get განახლება

sudo apt-get განახლება

ამის გაკეთების შემდეგ დააინსტალირეთ კოღო და შემდეგ კოღო-კლიენტების პაკეტები.

sudo apt -get დააინსტალირეთ mosquitto -y

sudo apt-get დააინსტალირეთ mosquitto-clients -y

როდესაც დაასრულებთ ამ ორი პაკეტის დაყენებას, ჩვენ დაგვჭირდება ბროკერის კონფიგურაცია. მწერების ბროკერის კონფიგურაციის ფაილი მდებარეობს /etc/mosquitto/mosquitto.conf, ასე რომ გახსენით ეს თქვენი საყვარელი ტექსტური რედაქტორით. თუ არ გაქვთ საყვარელი ტექსტური რედაქტორი ან არ იცით როგორ გამოიყენოთ ბრძანების ხაზის რომელიმე რედაქტორი, მე ვიყენებ ნანოს, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ მიყევით:

sudo nano/და ა.შ./mosquitto/mosquitto.conf

ამ ფაილის ბოლოში თქვენ უნდა ნახოთ ხაზი:

მოიცავს_დირ/და სხვ./mosquitto/conf.d

წაშალეთ ეს ხაზი. დაამატეთ შემდეგი ხაზები ფაილის ბოლოში.

ნებადართულია ანონიმური ყალბი

password_file/etc/mosquitto/pwfile მსმენელი 1883 წ

ამ ხაზების აკრეფით ჩვენ mosquitto- ს ვუთხარით, რომ ჩვენ არ გვინდა ვინმე დაუკავშირდეს ჩვენს ბროკერს, რომელიც არ მოგვაწოდებს მოქმედ მომხმარებლის სახელს და პაროლს (ჩვენ დავაყენებთ მათ წამში) და რომ ჩვენ გვსურს კოღო მოუსმინეთ შეტყობინებებს პორტის ნომერზე 1883.

თუ არ გსურთ, რომ ბროკერმა მოითხოვოს მომხმარებლის სახელი და პაროლი, არ შეიტანოთ ჩვენ მიერ დამატებული პირველი ორი ხაზი (ანუ ნებადართულია ანონიმური… და პაროლი_ ფაილი…). თუ ეს გააკეთეთ, გამოტოვეთ Raspberry Pi– ს გადატვირთვა.

ახლა დახურეთ (და შეინახეთ) ეს ფაილი. თუ ნანო მაგალითს მიჰყვებით, დააჭირეთ CTRL+X და მოთხოვნისთანავე ჩაწერეთ Y.

რადგან ჩვენ ახლახან ვუთხარით mosquitto– ს, რომ მომხმარებლები, რომლებიც ცდილობენ გამოიყენონ MQTT ბროკერი, უნდა იყოს დამოწმებული, ჩვენ ახლა უნდა ვუთხრათ mosquitto– ს რა არის მომხმარებლის სახელი და პაროლი! ასე რომ, ჩაწერეთ შემდეგი ბრძანება - შეცვალეთ მომხმარებლის სახელი თქვენთვის სასურველი მომხმარებლის სახელით - შემდეგ შეიყვანეთ პაროლი, რომელიც მოგეთხოვებათ (შენიშვნა: თუ კონფიგურაციის ფაილის რედაქტირებისას თქვენ მიუთითეთ სხვა პაროლი_ ფაილის ბილიკი, შეცვალეთ ქვემოთ მოცემული გზა ერთი თქვენ გამოიყენეთ)

sudo mosquitto_passwd -c/etc/mosquitto/pwfile მომხმარებლის სახელი

როგორც ჩვენ შევცვალეთ კოღოს კონფიგურაციის ფაილი, ჩვენ უნდა გადატვირთოთ Raspberry Pi.

sudo გადატვირთვა

მას შემდეგ, რაც Raspberry Pi- ს გადატვირთვა დაასრულებს, თქვენ უნდა გქონდეთ სრულად ფუნქციონირებადი MQTT ბროკერი! შემდეგი, ჩვენ შევეცდებით მასთან ურთიერთქმედებას, სხვადასხვა მოწყობილობების/მეთოდების გამოყენებით!

ნაბიჯი 3: ბროკერის ტესტირება

მას შემდეგ, რაც თქვენ დაამონტაჟეთ კოღო Raspberry Pi– ზე, შეგიძლიათ მისცეთ სწრაფი ტესტი - მხოლოდ იმისთვის, რომ დარწმუნდეთ, რომ ყველაფერი სწორად მუშაობს. ამ მიზნით, არსებობს ორი ბრძანება, რომელიც შეგვიძლია გამოვიყენოთ ბრძანების ხაზზე. mosquitto_pub და mosquitto_sub. ამ ნაბიჯში, მე გაგიძღვებით თითოეული მათგანის გამოყენებით ჩვენი ბროკერის შესამოწმებლად.

ბროკერის შესამოწმებლად, თქვენ უნდა გახსნათ ორი ბრძანების ხაზის ფანჯარა. თუ თქვენ იყენებთ Putty- ს ან სხვა SSH კლიენტს, ეს ისეთივე მარტივია, როგორც სხვა SSH ფანჯრის გახსნა და ჩვეულებისამებრ შესვლა. თუ თქვენ წვდებით თქვენს Pi- ს UNIX ტერმინალიდან, ეს არის ზუსტად იგივე. თუ თქვენ პირდაპირ იყენებთ Raspberry Pi– ს, თქვენ დაგჭირდებათ ორი ტერმინალის ფანჯრის გახსნა GUI რეჟიმში (ბრძანება startx შეიძლება გამოყენებულ იქნას GUI– ს დასაწყებად).

ახლა, როდესაც თქვენ გახსენით ორი ფანჯარა, ჩვენ შეგვიძლია დავიწყოთ ტესტირება. ორი ტერმინალიდან ერთ -ერთში ჩაწერეთ შემდეგი ბრძანება, შეცვალეთ მომხმარებლის სახელი და პაროლი იმით, რაც წინა ნაბიჯში დააყენეთ.

mosquitto_sub -d -u მომხმარებლის სახელი -P პაროლი -t ტესტი

თუ თქვენ გადაწყვიტეთ არ დააყენოთ მომხმარებლის სახელი და პაროლი წინა ეტაპზე, ამიერიდან იგნორირება გაუკეთეთ -u და -P დროშებს ბრძანებებში. მაგალითად, mosquitto_sub ბრძანება იქნება:

mosquitto_sub -d -t ტესტი

Mosquitto_sub ბრძანება გამოწერილ თემას გამოაქვეყნებს და ტერმინალის ფანჯარაში აჩვენებს შეტყობინებებს, რომლებიც იგზავნება მითითებულ თემაზე. აქ, -d ნიშნავს გამართვის რეჟიმს, ასე რომ ყველა შეტყობინება და აქტივობა გამოვა ეკრანზე. -u და -P უნდა იყოს ახსნილი. დაბოლოს, -t არის იმ თემის სახელი, რომლის გამოწერაც გვინდა - ამ შემთხვევაში, "ტესტი".

შემდეგი, სხვა ტერმინალის ფანჯარაში, ჩვენ ვცდილობთ გამოვაქვეყნოთ შეტყობინება "ტესტის" თემაზე. ჩაწერეთ შემდეგი, გახსოვდეთ ისევ მომხმარებლის სახელისა და პაროლის შეცვლა:

mosquitto_pub -d -u მომხმარებლის სახელი -P პაროლი -t ტესტი -m "გამარჯობა, მსოფლიო!"

როდესაც დააჭირეთ Enter- ს, თქვენ უნდა ნახოთ თქვენი შეტყობინება "გამარჯობა, მსოფლიო!" გამოჩნდება ჩვენს მიერ გამოყენებული ტერმინალის პირველ ფანჯარაში (გამოწერისთვის). თუ ეს ასეა, თქვენ მზად ხართ დაიწყოთ მუშაობა ESP8266– ზე!

ნაბიჯი 4: ESP8266 (Adafruit HUZZAH) დაყენება

ეს ნაბიჯი სპეციფიკურია Adafruit HUZZAH– სთვის (რადგან ეს არის ის, რასაც მე ვიყენებ ამ პროექტის დასასრულებლად). თუ თქვენ იყენებთ სხვა Arduino / ESP8266 მოწყობილობას, შეგიძლიათ გამოტოვოთ ეს ნაბიჯი. თუმცა, მე გირჩევთ, რომ წაიკითხოთ, მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ აქ არის რაიმე ინფორმაცია, რომელიც შეიძლება თქვენთვის შესაბამისი იყოს.

ამ პროექტისთვის მე ვაპირებ HUZZAH- ის პროგრამირებას Arduino პროგრამული უზრუნველყოფით. ასე რომ, თუ ეს უკვე არ გაქვთ, დარწმუნდით, რომ დააინსტალირეთ Arduino პროგრამული უზრუნველყოფა (უფრო ახალი, ვიდრე 1.6.4). შეგიძლიათ გადმოწეროთ აქ.

მას შემდეგ რაც დააინსტალირეთ Arduino პროგრამული უზრუნველყოფა, გახსენით იგი და გადადით ფაილი-> პარამეტრები. აქ თქვენ უნდა ნახოთ (ფანჯრის ბოლოში) ტექსტური ყუთი წარწერით: "დამატებითი დაფების მენეჯერის მისამართები". ამ ტექსტურ ყუთში დააკოპირეთ და ჩასვით შემდეგი ბმული:

arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

დააწკაპუნეთ OK თქვენი ცვლილებების შესანახად. ახლა გახსენით დაფის მენეჯერი (ინსტრუმენტები-> დაფა-> დაფის მენეჯერი) და მოძებნეთ ESP8266. დააინსტალირეთ esp8266 ESP8266 Community პაკეტით. გადატვირთეთ Arduino პროგრამა.

ახლა, სანამ დაფის დაპროგრამებას შევძლებთ, უნდა შევარჩიოთ რამდენიმე განსხვავებული ვარიანტი. Tools მენიუს ვარიანტში აირჩიეთ Adafruit HUZZAH ESP8266 დაფისთვის, 80 MHz CPU სიხშირისთვის (შეგიძლიათ გამოიყენოთ 160 MHz თუ გსურთ მისი გადატვირთვა, მაგრამ ახლა მე გამოვიყენებ 80 MHz), 4M (3M SPIFFS) Flash ზომისთვის და 115200 ატვირთვის სიჩქარისთვის. ასევე, დარწმუნდით, რომ შეარჩიეთ COM პორტი, რომელსაც თქვენ იყენებთ (ეს დამოკიდებული იქნება თქვენს კონფიგურაციაზე).

სანამ რაიმე კოდს ატვირთავთ, უნდა დარწმუნდეთ, რომ HUZZAH ჩატვირთვის რეჟიმშია. ამის გასააქტიურებლად, დააჭირეთ ღილაკს დაფაზე, რომელზეც აღინიშნება GPIO0, ხოლო სანამ ის შენარჩუნებულია, ასევე დააჭირეთ ღილაკს გადატვირთვის ღილაკს. შემდეგ, გაათავისუფლეთ გადატვირთვის ღილაკი და შემდეგ GPIO0. თუ ეს სწორად გააკეთეთ, წითელი LED, რომელიც გამოჩნდა GPIO0– ზე დაჭერისას, ახლა მკრთალად უნდა იყოს განათებული.

მიკროკონტროლერში კოდის ასატვირთად, ჯერ დარწმუნდით, რომ HUZZAH ჩატვირთვის რეჟიმშია, შემდეგ კი უბრალოდ დააწკაპუნეთ ატვირთვის ღილაკზე Arduino IDE- ში.

თუ რაიმე პრობლემა შეგექმნათ HUZZAH– ის დაყენებაში, დამატებითი ინფორმაცია შეგიძლიათ ნახოთ ადაფრუტის საკუთარ სახელმძღვანელოში.

ნაბიჯი 5: პროგრამირება ESP8266

ახლა ჩვენ ვიწყებთ ESP8266– ის პროგრამირებას, მაგრამ სანამ დავიწყებთ, თქვენ დაგჭირდებათ შემდეგი ბიბლიოთეკების დაყენება Arduino ბიბლიოთეკის მენეჯერში (ესკიზი-> ბიბლიოთეკების ჩართვა-> ბიბლიოთეკების მართვა)

• Bounce2
• PubSubClient

ამ ბიბლიოთეკების დაყენების შემდეგ, თქვენ შეძლებთ იმ კოდის გაშვებას, რომელიც მე შევიტანე ამ ინსტრუქციულში (MQTT_Publish.zip). მე დარწმუნებული ვარ, რომ კომენტარი გავაკეთე ისე, რომ თქვენ გაიგოთ რას აკეთებს თითოეული სექცია და ეს იმედია საშუალებას მოგცემთ მოერგოთ მას თქვენს საჭიროებებზე.

გახსოვდეთ, რომ უნდა შეცვალოთ მუდმივები კოდის ზედა ნაწილში ისე, რომ თქვენი ESP8266 შეძლოს თქვენი WiFi ქსელთან და MQTT ბროკერთან (Raspberry Pi) დაკავშირება.

თუ თქვენ გადაწყვიტეთ არ დააყენოთ მომხმარებლის სახელი და პაროლი MQTT ბროკერისთვის, ამის ნაცვლად ჩამოტვირთეთ MQTT_PublishNoPassword.zip ფაილი.

ნაბიჯი 6: პითონის კლიენტის დაყენება (paho-mqtt)

საბედნიეროდ, ეს ნაბიჯი ძალიან მარტივია! Mosquitto python კლიენტის დასაყენებლად, თქვენ უბრალოდ უნდა ჩაწეროთ შემდეგი ბრძანების ხაზში (Linux/Mac) ან თუნდაც ბრძანების სტრიქონი (Windows).

pip დააინსტალირეთ paho-mqtt

შენიშვნა: Windows ბრძანების სტრიქონს შეიძლება ჰქონდეს პრობლემა pip ბრძანების გაშვებით, თუ არ დააკონკრეტებთ, რომ გინდათ pip დაინსტალირდეს და Python დაემატოს თქვენს PATH ცვლადს Python– ის დაყენებისას. ამის გამოსწორების მრავალი გზა არსებობს, მაგრამ მე ვფიქრობ, რომ უბრალოდ პითონის ხელახალი ინსტალაცია ყველაზე მარტივი გზაა. თუ ეჭვი გეპარებათ - მიეცით მას Google!

ნაბიჯი 7: პითონის კლიენტი - გამოწერა

ამ ნაბიჯში ჩვენ ვაპირებთ პითონის სკრიპტის დაყენებას (ან თავად Raspberry Pi- ზე, ან ქსელში ჩართულ სხვა კომპიუტერზე), რათა გაუმკლავდეს ყველა შეტყობინებას, რომელიც ESP8266- ის მიერ არის გაგზავნილი (გამოქვეყნებული) MQTT თემაზე.

ქვემოთ შევიტანე პითონის კოდი (PythonMQTT_Subscribe.py), რომელიც კომენტარებულია იმის გასაგებად, თუ რა ხდება, მაგრამ აქაც განვმარტავ ზოგიერთ ძირითად მახასიათებელს.

თუ ადრე არ დააყენეთ მომხმარებლის სახელი და პაროლი MQTT კავშირისთვის, ამის ნაცვლად გადმოწერეთ PythonMQTT_SubscribeNoPassword.py ფაილი.

ნაბიჯი 8: კომუნიკაცია ESP8266 მოწყობილობებს შორის

თუ გსურთ IoT ქსელის შექმნა, მაგალითად, შეიძლება დაგჭირდეთ კომუნიკაცია ESP8266 მოწყობილობებს შორის. საბედნიეროდ, ეს არ არის ბევრად უფრო რთული, ვიდრე ადრე დაწერილი კოდი, თუმცა, არსებობს რამდენიმე შესამჩნევი ცვლილება.

იმისათვის, რომ ერთმა ESP– მ მონაცემებს გაუგზავნოს მეორე, პირველი ESP უნდა გამოაქვეყნოს თემაზე, ხოლო მეორე ESP– მა უნდა გამოიწეროს ეს თემა. ეს კონფიგურაცია საშუალებას მისცემს ცალმხრივ საუბარს - ESP (1) ESP (2). თუ ჩვენ გვსურს, რომ ESP (2) დაუბრუნდეს ESP (1) -ს, ჩვენ შეგვიძლია შევქმნათ ახალი თემა, რომელსაც გამოაქვეყნებს ESP (2) და ESP (1) იქნება გამოწერილი. საბედნიეროდ, ჩვენ შეგვიძლია გვყავდეს რამდენიმე აბონენტი ერთი და იმავე თემაზე, ასე რომ, თუ გსურთ მონაცემების გაგზავნა რიგ სისტემებზე, თქვენ დაგჭირდებათ მხოლოდ ერთი თემა (რომელსაც ისინი ყველა იწერს, გარდა იმ მოწყობილობისა, რომელიც აგზავნის მონაცემებს) გამოქვეყნება).

თუ გჭირდებათ დახმარება იმის გასარკვევად, თუ რა სჭირდება თითოეულ მოწყობილობას, იფიქრეთ სისტემაზე, როგორც ხალხის ოთახში. თუ ESP (1) გამოქვეყნებულია, თქვენ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ ეს მოწყობილობა როგორც „სპიკერი“, და ნებისმიერი მოწყობილობა, რომელიც იწერს თემას, არის „მსმენელი“ამ მაგალითში.

ქვემოთ მოვიყვანე რამდენიმე მაგალითი კოდი, რომელიც აჩვენებს, თუ როგორ შეუძლია ESP8266– ს გამოიწეროს თემა და მოუსმინოს გარკვეულ შეტყობინებებს - 1 და 0. თუ 1 მიიღება, ბორტზე LED (HUZZAH - GPIO 0) ჩართულია რა თუ 0 მიიღება, ეს LED გამორთულია.

თუ გსურთ უფრო რთული მონაცემების დამუშავება, ეს უნდა გაკეთდეს ReceivedMessage ფუნქციაში (იხ. კოდი).

საკუთარი პროექტებისთვის, თუ თქვენ გჭირდებათ მონაცემების გაგზავნა და მიღება, შეგიძლიათ წინა მაგალითის გამოქვეყნების ფუნქცია ჩართოთ ამ ნაბიჯში შესულ კოდში. ეს უნდა იყოს დამუშავებული Arduino loop () ძირითად ფუნქციაში.

დაიმახსოვრეთ ცვლადების შეცვლა კოდის ზედა ნაწილში თქვენი ქსელის შესატყვისად!