ESP32 MQTT对接巴法云平台

沁拒离2025-05-12 21:35

ESP32 MQTT对接巴法云平台

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport ）是一种轻量级的 发布/订阅（Publish/Subscribe） 消息传输协议，专为 低带宽、高延迟、不稳定网络环境 设计，是物联网（IoT）领域的核心通信协议之一。

MQTT 核心特性

特性 说明
轻量级 协议头最小仅 2字节，适合嵌入式设备
发布/订阅模型 设备不直接通信，通过 Broker（代理服务器） 中转，解耦性强
低功耗 适合电池供电设备，支持 心跳包（Keep Alive） 维持长连接
QoS 质量等级 支持 0/1/2 三级消息可靠性保证
主题（Topic） 分层式消息路由（如 home/living_room/temperature），支持通配符 + 和 #

MQTT 与 HTTP 对比

对比维度 MQTT HTTP
协议开销 极低（适合高频小数据） 高（Header 冗余）
通信模式 双向实时推送 单向请求-响应
连接开销 长连接（减少握手延迟） 短连接（每次请求需重建连接）
适用场景 物联网、移动推送、实时监控 Web 服务、API 接口

MQTT 核心概念

  1. Broker（代理服务器）
    • 核心枢纽，负责消息路由（如 Mosquitto、EMQX、HiveMQ）
    • 实现消息存储转发、客户端管理、安全认证
  2. Topic（主题）
    • 消息分类的层级路径（例如：factory/machine1/status）
    • 通配符：
      • +：单级匹配（home/+/temperature 匹配 home/living_room/temperature）
      • #：多级匹配（home/# 匹配 home/living_room/light）
  3. QoS（服务质量）
    • QoS 0：最多一次（尽力交付，可能丢失）
    • QoS 1：至少一次（确保送达，可能重复）
    • QoS 2：恰好一次（严格保证，无重复）

micro python可行性先行验证

python 复制代码 
# 导入必要的库
from umqtt.simple import MQTTClient  # MQTT协议客户端库
import time                          # 时间相关函数
from machine import Timer            # 硬件定时器控制

#################### 用户可修改配置区域 ####################
wifiName = "jianzhiji02"             # WiFi名称（仅支持2.4G网络）
wifiPassword = "8765432111"          # WiFi密码
clientID = "87b4b37b92784dbebb4421b3a20d9f6f"  # 设备密钥，从巴法云控制台获取
subTopic = 'OTALX'                   # 订阅的主题（接收指令）
pubTopic = 'bafa'               # 发布的主题（发送数据）

#################### 固定配置区域 ########################
serverIP = "bemfa.com"               # MQTT服务器地址
port = 9501                          # MQTT端口号
ping_interval = 300                  # 心跳包间隔（秒）

################# WiFi连接函数 ##########################
def do_connect():
    """连接WiFi网络"""
    import network
    sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
    if not sta_if.isconnected():
        print('正在连接网络...')
        sta_if.active(True)
        sta_if.connect(wifiName, wifiPassword)
        while not sta_if.isconnected():
            pass
    print('WiFi连接成功')
    print('网络配置:', sta_if.ifconfig())

################# MQTT消息回调函数 #######################
def msg_callback(topic, msg):
    """处理接收到的MQTT消息"""
    global client  # 声明全局客户端对象
    
    print("[消息到达] 主题:", topic.decode(), "| 载荷:", msg.decode())
    
    # 判断是否是订阅的主题
    if topic.decode() == subTopic:
        # 根据指令执行操作
        if msg == b"on":
            print("执行开机操作")
            # 示例：控制GPIO输出高电平
            # pin.value(1)
            
            # 发送状态确认（推送消息）
            client.publish(pubTopic, "设备已开启")
            
        elif msg == b"off":
            print("执行关机操作")
            # 示例：控制GPIO输出低电平
            # pin.value(0)
            
            # 发送状态确认（推送消息）
            client.publish(pubTopic, "设备已关闭")

################ MQTT连接与订阅函数 #####################
def connect_mqtt():
    """建立MQTT连接并订阅主题"""
    global client  # 声明全局客户端对象
    
    try:
        # 创建客户端实例
        client = MQTTClient(clientID, serverIP, port)
        client.set_callback(msg_callback)  # 设置回调函数
        
        # 建立连接
        client.connect()
        print(f"成功连接到MQTT服务器 {serverIP}:{port}")
        
        # 订阅主题
        client.subscribe(subTopic)
        print(f"已订阅主题: {subTopic}")
        
        # 设置心跳间隔（可选）
        client.keepalive = ping_interval
        
        return client
    
    except Exception as e:
        print("MQTT连接失败:", e)
        restart_and_reconnect()

################ 异常处理函数 ##########################
def restart_and_reconnect():
    """重启设备并重连"""
    print("10秒后重启设备...")
    time.sleep(10)
    machine.reset()

################ 定时推送函数 ##########################
def timed_publish(timer):
    """定时发布设备状态（示例）"""
    global client
    try:
        # 示例数据（可替换为传感器数据）
        status = "11" 
        client.publish(pubTopic, f" {status}")
        print(f"定时推送: {status}")
    except:
        print("定时推送失败")

################# 主程序流程 ###########################
if __name__ == "__main__":
    # 连接WiFi
    do_connect()
    
    # 初始化MQTT连接
    connect_mqtt()
    
    # 设置定时器（每30秒发送心跳）
    timer = Timer(-1)  # 创建虚拟定时器
    timer.init(
        period=3000,    # 间隔3秒（3000毫秒）
        mode=Timer.PERIODIC,
        callback=timed_publish
    )
    print("定时推送已启用")
    
    # 主循环
    try:
        while True:
            try:
                client.check_msg()  # 检查新消息
                time.sleep(1)       # 降低CPU占用
                
            except Exception as e:
                print("运行错误:", e)
                restart_and_reconnect()
                
    except KeyboardInterrupt:
        print("程序终止")
        client.disconnect()
        timer.deinit()

终端打印

成功连接云平台，成功推送，订阅主题。可行性验证成功。

云平台

巴法云物联网平台_MQTT设备云

推送内容控制led

接受ESP32推送内容

Esp-idf+C语言实现

重要代码段分析

MQTT推送

c 复制代码 
//----------------MQTT推送-----------------------------------------------------------------//
//推送字符
        const char *status = "putting";
        //mqtt句柄，推送目标主题，推送内容，长度，服务质量，发布消息的标志位（通常设置为0）
        esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, PUB_TOPIC, status, strlen(status), 0, 0);
  //推送数字
        num+=3;//推送运行时间
        snprintf(num_str, sizeof(num_str), "%d", num); // 将整数转为字符串
        esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, PUB_TOPIC2, num_str, strlen(num_str), 0, 0);
MQTT推送函数

esp_mqtt_client_publish：这是ESP-IDF提供的函数，用于通过MQTT客户端发布消息。

  • mqtt_client：这是MQTT客户端的句柄，通常是在初始化MQTT客户端时创建的。

  • PUB_TOPIC：这是您要发布消息的主题名称，通常是一个字符串。

  • status：这是您要发布的消息内容，通常是一个字符串。

  • strlen(status)：这是消息内容的长度，strlen函数用于计算字符串的长度。

    ：这是QoS（Quality of Service）等级，表示服务质量。MQTT协议定义了三种QoS等级：

    • 0：最多一次（"fire-and-forget"）
    • 1：至少一次
    • 2：只有一次

  • 0：这是发布消息的标志位，通常设置为0。

MQTT订阅（MQTT成功连接）

c 复制代码 
// MQTT事件处理
static void mqtt_event_handler(void *handler_args, esp_event_base_t base, 
                              int32_t event_id, void *event_data) {
    esp_mqtt_event_handle_t event = event_data;

    switch (event->event_id) {
        case MQTT_EVENT_CONNECTED://<MQTT连接事件>---------->MQTT成功连接则订阅主题
            ESP_LOGI(TAG, "MQTT Connected");
            mqtt_connected = true;
            //----------------MQTT订阅(MQTT成功后)-----------------------------------------
            //mqtt句柄,订阅的主题，服务等级（0）
            esp_mqtt_client_subscribe(mqtt_client, SUB_TOPIC, 0);//订阅主题SUB_TOPIC（ledctrl）
            
            
        case MQTT_EVENT_DATA: {//<MQTT接收数据事件>
            // 处理接收数据
            //----------------判断接收主题-----------------------------------------------------------------//
            char topic[event->topic_len + 1];
            memcpy(topic, event->topic, event->topic_len);
            topic[event->topic_len] = '\0';
            //----------------判断接收数据-----------------------------------------------------------------//
            char data[event->data_len + 1];
            memcpy(data, event->data, event->data_len);
            data[event->data_len] = '\0';
            //----------------打印接收主题+数据-----------------------------------------------------------------//
            ESP_LOGI(TAG, "Received: Topic=%s, Data=%s", topic, data);

            if (strcmp(topic, SUB_TOPIC) == 0) {//判断接收主题(ledctrl)数据------>控制led灯->推送led状态信息
                if (strcmp(data, "on") == 0) {
                    gpio_set_level(OUTPUT_PIN, 0);
                    //推送led状态信息到主题ledstate
                    esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, PUB_TOPIC3, "led设备已开启", 0, 0, 0);//同时推送状态到主题ledstate
                } else if (strcmp(data, "off") == 0) {
                    gpio_set_level(OUTPUT_PIN, 1);
                    esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, PUB_TOPIC3, "led设备已关闭", 0, 0, 0);
                }
            }
            break;
        }
        default:
            break;
    }
}

运行逻辑：

MQTT成功连接（MQTT事件）->订阅主题

MQTT接收数据事件->判断接收内容

MQTT订阅函数

esp_mqtt_client_subscribe(mqtt_client, SUB_TOPIC, 0); // 订阅主题SUB_TOPIC（ledctrl）

  • esp_mqtt_client_subscribe：这是ESP-IDF提供的函数，用于订阅MQTT主题。
  • mqtt_client：这是MQTT客户端的句柄，通常是在初始化MQTT客户端时创建的。
  • SUB_TOPIC：这是您要订阅的主题名称，通常是一个字符串。在这个例子中，主题名称是ledctrl，表示用于控制LED灯的主题。
  • 0：这是QoS（Quality of Service）等级，表示服务质量。MQTT协议定义了三种QoS等级：
    • 0：最多一次（"fire-and-forget"）
    • 1：至少一次
    • 2：只有一次

终端现象分析

成功连接WIFI

成功连接MQTT服务器，并推送主题+内容

接受到MQTT服务器订阅的主题内容

完整代码：

c 复制代码 
#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_system.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_netif.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "protocol_examples_common.h"
#include "mqtt_client.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "esp_timer.h"
#include "esp_wifi.h"
// 用户配置参数
#define WIFI_SSID      "jianzhiji02"//wifi名称
#define WIFI_PASS      "8765432111"//wifi密码
#define MQTT_CLIENT_ID ""//巴法云平台秘钥
#define SUB_TOPIC      "ledctrl"//订阅主题（控制核心板led）
#define PUB_TOPIC      "bafa"//推送主题1（测试推送字符）
#define PUB_TOPIC2     "Time"//推送主题2（测试推送数字）
#define PUB_TOPIC3     "ledstate"//推送主题2（推送led状态）


// #define BROKER_URI     "mqtt://bemfa.com:9501"//服务器URL（需DNS解析）
#define BROKER_URI     "mqtt://119.91.109.180:9501"//服务器ip地址+端口
static const char *TAG = "MQTT_DEMO";
static esp_mqtt_client_handle_t mqtt_client = NULL;//mqtt句柄
static esp_timer_handle_t status_timer;//状态定时器句柄
static bool mqtt_connected = false;//mqtt连接状态

#define OUTPUT_PIN     GPIO_NUM_48//led 引脚（低电平点亮）
// GPIO初始化
static void init_gpio(void) {
    gpio_config_t io_conf = {
        .pin_bit_mask = (1ULL << OUTPUT_PIN),
        .mode = GPIO_MODE_OUTPUT,
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE,
        .pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE,
        .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE
    };
    gpio_config(&io_conf);
    gpio_set_level(OUTPUT_PIN, 1);
}


// 定义静态变量 // 缓冲区用于存储转换后的字符串
static int num = 0;static char num_str[16];
// 定时器回调函数（1s周期）
//----------------MQTT推送-----------------------------------------------------------------//
static void publish_status(void *arg) {
    if (mqtt_connected) {
        const char *status = "putting";//推送主题
        esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, PUB_TOPIC, status, strlen(status), 0, 0);
        ESP_LOGI(TAG, "Published status: %s", status);
   
        num+=3;//推送运行时间
        snprintf(num_str, sizeof(num_str), "%d", num); // 将整数转为字符串
        esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, PUB_TOPIC2, num_str, strlen(num_str), 0, 0);
        ESP_LOGI(TAG, "num: %d", num);  // 正确打印整型
    }
}

// MQTT事件处理
static void mqtt_event_handler(void *handler_args, esp_event_base_t base, 
                              int32_t event_id, void *event_data) {
    esp_mqtt_event_handle_t event = event_data;

    switch (event->event_id) {
        case MQTT_EVENT_CONNECTED://<MQTT连接事件>
            ESP_LOGI(TAG, "MQTT Connected");
            mqtt_connected = true;
            //----------------MQTT订阅-----------------------------------------------------------------//
            esp_mqtt_client_subscribe(mqtt_client, SUB_TOPIC, 0);//订阅主题ledctrl
            // 创建状态定时器（3秒周期）
            esp_timer_create_args_t timer_cfg = {
                .callback = &publish_status,
                .name = "status_timer"
            };
            esp_timer_create(&timer_cfg, &status_timer);
            esp_timer_start_periodic(status_timer, 3000000);
            break;

        case MQTT_EVENT_DISCONNECTED:
            ESP_LOGI(TAG, "MQTT Disconnected");
            mqtt_connected = false;
            esp_timer_stop(status_timer);
            break;

        case MQTT_EVENT_DATA: {//<MQTT接收数据事件>
            // 处理接收数据
            //----------------判断接收主题-----------------------------------------------------------------//
            char topic[event->topic_len + 1];
            memcpy(topic, event->topic, event->topic_len);
            topic[event->topic_len] = '\0';
            //----------------判断接收数据-----------------------------------------------------------------//
            char data[event->data_len + 1];
            memcpy(data, event->data, event->data_len);
            data[event->data_len] = '\0';
            //----------------打印接收主题+数据-----------------------------------------------------------------//
            ESP_LOGI(TAG, "Received: Topic=%s, Data=%s", topic, data);

            if (strcmp(topic, SUB_TOPIC) == 0) {//判断接收主题(ledctrl)数据------>控制led灯->推送led状态信息
                if (strcmp(data, "on") == 0) {
                    gpio_set_level(OUTPUT_PIN, 0);
                    //推送led状态信息到主题ledstate
                    esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, PUB_TOPIC3, "led设备已开启", 0, 0, 0);//同时推送状态到主题ledstate
                } else if (strcmp(data, "off") == 0) {
                    gpio_set_level(OUTPUT_PIN, 1);
                    esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, PUB_TOPIC3, "led设备已关闭", 0, 0, 0);
                }
            }
            break;
        }

        case MQTT_EVENT_ERROR:
            ESP_LOGE(TAG, "MQTT Error");
            break;

        default:
            break;
    }
}

// WiFi事件处理
static void wifi_event_handler(void *arg, esp_event_base_t event_base, 
                              int32_t event_id, void *event_data) {
    if (event_id == IP_EVENT_STA_GOT_IP) {
        // WiFi连接成功后启动MQTT
        esp_mqtt_client_config_t mqtt_cfg = {
            .broker.address.uri = BROKER_URI,
            .credentials.client_id = MQTT_CLIENT_ID
        };
        mqtt_client = esp_mqtt_client_init(&mqtt_cfg);
        esp_mqtt_client_register_event(mqtt_client, ESP_EVENT_ANY_ID, mqtt_event_handler, NULL);
        esp_mqtt_client_start(mqtt_client);
    }
}

void app_main(void) {
    // 初始化NVS（堆栈存储wifi连接数据等。。。）
    esp_err_t ret = nvs_flash_init();
    if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND) {
        ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
        ret = nvs_flash_init();
    }
    ESP_ERROR_CHECK(ret);

    // 初始化网络接口
    ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());
    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default());
    
    // 配置WiFi
    esp_netif_create_default_wifi_sta();
    wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));
    
    // 注册WiFi事件
    esp_event_handler_instance_t instance_any_id;
    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_instance_register(IP_EVENT,
                                                        IP_EVENT_STA_GOT_IP,
                                                        &wifi_event_handler,
                                                        NULL,
                                                        &instance_any_id));
    // 设置WiFi参数
    wifi_config_t wifi_config = {
        .sta = {
            .ssid = WIFI_SSID,
            .password = WIFI_PASS,
        },
    };
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA));//设置为STA模式
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &wifi_config));//设置WiFi参数
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());//启动WiFi
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_connect());//连接WiFi

    // 初始化GPIO(led)
    init_gpio();

    // 保持主任务运行
    while (1) {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}
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