MQTT jest popularnym, bo prostym w obsłudze protokołem komunikacji. Najłatwiej jest porównać to do systemu YouTube: są subskrybenci i nadawcy. Nadawca może mieć wielu subskrybentów ale też jedno urządzenie może słuchać wielu nadawców (co - trochę jak w prawdziwym życiu - nie zawsze kończy się dobrze). Cała architektura wygląda w ogólnym przypadku w następujący sposób:
W tym artykule zajmiemy się przygotowaniem środowiska oraz wysłaniem “hello world”. Zakładam, że na Raspberry jest zainstalowany raspbian. Jeśli nie to koniecznie sięgnij do odpowiedniego poradnika na Forbocie. Na Raspberry możesz pracować zdalnie lub lokalnie, to nijak nie wpływa na działanie systemu.
Ten wpis brał udział konkursie na najlepszy artykuł o elektronice lub programowaniu. Sprawdź wyniki oraz listę wszystkich prac »
Partnerem tej edycji konkursu (marzec 2020) był popularny producent obwodów drukowanych, firma PCBWay.
Konfiguracja serwera
W charakterze serwera posłuży nam Raspberry Pi. W zasadzie każdy model powinien się sprawdzić, ale zalecane jest użycie przynajmniej drugiej wersji. Aby wszystko działało jak trzeba potrzebujemy pakietu Mosquitto. Wydajemy następujące komendy:
aktualizacja systemu:
sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade -y
instalacja mosquitto:
sudo apt-get install mosquitto -y
automatyczne uruchomienie przy starcie:
sudo systemctl enable mosquitto.service
I… to już. Serwer został zainstalowany. Teraz jeszcze tylko restart i możemy przejść dalej.
Potrzebujemy jeszcze dwa urządzenia, które będziemy ze sobą komunikować. Pierwszym z nich będzie Raspberry Pi. Będzie na nim uruchomiona usługa Node-Red dzięki której będziemy mogli w łatwy sposób odczytywać dane i sterować urządzeniami wykonawczymi. Drugie urządzenie to ESP32. Przy jego pomocy będziemy sterować diodą, która potwierdzi poprawne przejście przez instalację.
Node-Red
Do instalacji potrzebujemy następującej komendy:
sudo apt-get install nodered -y
Po skończeniu instalacji możemy dodać automatyczne uruchamianie przy starcie:
sudo systemctl enable nodered.service
Aby wyłączyć automatyczny start wpisujemy:
sudo systemctl disable nodered.service
Uruchamiamy działanie serwisu poprzez komendę:
sudo node-red-start
Potrzebujemy teraz poznać IP maliny (jeśli pracujemy lokalnie). Wykonujemy to poprzez:
ifconfig
Jeśli przechodzisz przez ten artykuł tylko “dla zajawki” to możesz poprzestać na tej komendzie. Jeśli jednak stawiasz to “na stałe” to musisz zrobić jeszcze jedną rzecz, z którą nie bardzo mogę pomóc. Należy ustawić statyczne IP dla maliny. Robi się to na routerze, w panelu administracyjnym. Ze względu na mnogość rozwiązań różnych producentów routerów musisz poszukać odpowiedni poradnik w internecie. Jak wspomniałem, jest to tylko dla osób, które stawiają serwer na stałe.
Po instalacji Node-Red przechodzimy do przeglądarki. W pasku na adres url wpisujemy adres IP z portem 1880. Czyli pracując lokalnie na Raspberry wpiszemy: 127.0.0.1:1880 natomiast pracując zdalnie wpiszemy ip:1880. W moim przypadku jest to 192.168.100.194:1880. Powinniśmy dostać taki obraz:
Klikamy na trzy paski w prawym górnym rogu i wybieramy opcję “Manage palette”:
W oknie dialogowym przechodzimy do zakładki install i wpisujemy dashboard. Wybieramy drugą opcję z góry:
Po zatwierdzeniu instalacji czekamy, aż proces się skończy. Ta wtyczka umożliwia nam utworzenie graficznego interfejsu użytkownika. Po zakończeniu instalacji zamykamy okno dialogowe i z listy po lewej stronie wybieramy opcje oraz je łączymy. Wybieramy opcje MQTT (obie) z sekcji network oraz z sekcji dashboard wybieramy switch oraz show notification. Łączymy ze sobą te punkty wg następującego schematu:
Następnie dwa razy klikamy w pierwszy obiekt mqtt. Klikamy w ikonkę z ołówkiem która otworzy nam dodatkowy panel. W otrzymanym polu edycji wpisujemy tylko localhost, klikamy Add. Dalej, w polu Topic wpisujemy esp32/message i ustawiamy QoS jako 1.
Podobne kroki wykonujemy dla drugiego punktu z mqtt przy czym serwer powinien zostać uzupełniony automatycznie, w polu Topic wpisujemy esp32/gpio, ustawiamy QoS jako 1 i retain jako false.
Ostatni punkt w konfiguracji Node-Red to ustawienie przełącznika. Wchodzimy w jego okno dialogowe, dodajemy nową grupę (Klikamy w ołówek koło pola “Group”) znowu klikamy ołówek dalej Add i znowu Add. W ustawieniach schodzimy trochę niżej i ustawiamy On Payload jako typ number (pierwsza rozwijana ikonka) i wpisujemy 1 oraz ustawiamy Off Payload jako number i wpisujemy 0. Klikamy Deploy w prawym górnym rogu i trzymamy kciuki. Po zapisaniu zmian otwieramy nowe okno przeglądarki i wpisujemy ip:1880/ui. Pozostała część adresu zostanie uzupełniona automatycznie.
Mając tak przygotowane środowisko przechodzimy do ostatniego punktu czyli modułu ESP32.
ESP32
Programować będziemy w Arduino IDE. Aby jednak móc to zrobić musimy przygotować środowisko. Nie będę się zagłębiał w ten temat bo jest wiele dobrych poradników o tym w internecie (np.: tutaj) Dodatkowo w managerze bibliotek instalujemy bibliotekę PubSubClient oraz ESPMQTTClient. W fizycznym podłączeniu warto jest sprawdzić najpierw pinout naszej płytki w internecie oraz ewentualnie zmienić numer pinu w kodzie. Następnie wybieramy odpowiednią płytkę, wgrywamy przykładowy szkic i… nie działa. Po pierwsze dlatego, że należy zmienić ssid (czyli nazwy sieci, do której jest podłączone też raspberry pi), hasło oraz adres IP serwera na adres maliny. Po drugie dlatego, że często są problemy z tymi płytkami (o tym w kolejnym akapicie). Jeśli jednak udało się wszystko wgrać powinniśmy dostać wiadomość w panelu sterowania oraz możemy sterować diodą przez przełącznik.
Kod testowy prezentuje się następująco:
#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
const char* ssid = "Nazwa wifi"; //ZMIENIC na swoje
const char* password = "haslo do wifi"; //ZMIENIC na swoje
const char* mqtt_server = "IP Raspberry Pi"; //ZMIENIC na swoje
const char* deviceName = "ESP32"; //poki co nie trzeba zmieniac
//ale przy wiekszej ilosci urzaden kazde musi miec swoja nazwe
const char* startMessageTopic = "esp32/message"; //temat do wyslania wiadomosci
const char* pinTopic = "esp32/gpio"; //temat do odbioru wiadomosci
const int ledPin = 27; //numer pinu diody, ZMIENIC JESLI TRZEBA
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
void reconnect()
{
bool ctd = false;
//funkcja jest wywolywana jesli utracono polaczenie z serwerem
Serial.println("Rozlaczono!");
while(!ctd)
{
Serial.print("Laczenie z serwerem...");
if(client.connect(deviceName))
{
ctd = true;
Serial.println("Polaczono!");
}
else
{
Serial.print(".");
delay(1000);
}
}
}
void odbiorWiadomosci(String temat, byte* zawartosc, unsigned int dlugosc)
{
String pomoc;
Serial.println("Odebrano wiadomosc:");
Serial.print("\tTemat: ");
Serial.println(temat);
Serial.print("\tTresc: \"");
for(int i=0; i<dlugosc; i++)
{
Serial.print((char)zawartosc[i]);
pomoc += (char)zawartosc[i];
}
Serial.println("\"");
if(temat == pinTopic)
{
if(pomoc == "1")
{
digitalWrite(ledPin, HIGH);
Serial.println("LED1: ON");
}
else if(pomoc == "0")
{
digitalWrite(ledPin, LOW);
Serial.println("LED1: OFF");
}
else
Serial.println("Nieznana komenda, nie wiem co mam z tym zrobic");
}
}
void ustawienieWifi()
{
delay(10);
Serial.println();
Serial.print("Laczenie z ");
Serial.println(ssid);
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(500);
Serial.print(".");
}
Serial.println("");
Serial.print("Polaczona z wifi.\nESP otrzymalo adres IP: ");
Serial.println(WiFi.localIP());
}
void setup() {
Serial.begin(115200);
pinMode(ledPin,OUTPUT);
ustawienieWifi(); //polaczenie z wifi
delay(1000);
client.setServer(mqtt_server, 1883); //ustawienie serwera mqtt
client.connect(deviceName); //polaczenie z podana nazwa
client.subscribe(pinTopic); //ustawienie nasluchiwania w podanym temacie
client.setCallback(odbiorWiadomosci); //ustawienie funkcji do odbioru wiadomosci
client.publish(startMessageTopic, "Hello from ESP32"); //wyslanie pierwszej wiadomosci
}
void loop() {
if (!client.connected()) //jesli klient zostal rozlaczony
{
reconnect(); //polacz ponownie
client.publish(startMessageTopic, "Hello from ESP32"); //wysliij wiadomoc powitalna
}
if(!client.loop())
client.connect(deviceName); //upewnienie sie, ze klient jest stale podlaczony
}
Jako, że jest to pierwszy kontakt z tym protokołem i programem pozwolę sobie nie zagłębiać się w szczegóły. Starałem się wszystko opisać w komentarzach kodu. Dodatkowo dużo rzeczy jest wyświetlanych w konsoli, więc warto tam zajrzeć.
Problemy, problemy, problemy
Często zdarza się tak, że płytki z rodziny ESP nie współpracują ze wszystkimi komputerami. W moim przypadku na 4 komputery bez problemu mogę podłączyć się z dwóch. Z jednego muszę używać programatora FTDI a jeden (najnowszy) działa trochę jak ślepy koń: nie widzi przeszkód (a w zasadzie nie widzi płytek). Jeśli natomiast są problemy przy wygrywaniu można spróbować wybrać inną płytkę w ustawieniach IDE lub pomajstrować z ustawieniami wybranej płytki (znowu odsyłam do internetu, źródeł trochę jest). Osobiście pracowałem na płytce Esp32 Wroom, a wgrywanie działało przy ustawieniach dla płytki LOLIN D32.
