[3]ESP32连接MQTT服务端

MQTT库：PubSubClient

连接MQTT服务端

#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

const char *ssid = "613专属";
const char *password = "613613613";
const char *mqttServer = "test.ranye-iot.net"; // MQTT服务器地址

WiFiClient wifiClient;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);

void connectMQTTServer()
{
  // 根据ESP32的MAC地址生成客户端ID（避免与其它esp32的客户端ID重名）
  String clientId = "esp32-" + WiFi.macAddress();

  // 连接MQTT服务器
  if (mqttClient.connect(clientId.c_str()))
  {
    Serial.println("MQTT Server Connected.");
    Serial.println("Server Address: ");
    Serial.println(mqttServer);
    Serial.println("ClientId:");
    Serial.println(clientId);
  }
  else
  {
    Serial.print("MQTT Server Connect Failed. Client State:");
    Serial.println(mqttClient.state());  // returnCode--连接返回码
    delay(3000);
  }
}

void connectWifi()
{

  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) // 等待WiFi连接,成功连接后输出成功信息
  {
    delay(1000);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi Connected!");
  Serial.println("");
}

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置ESP32工作模式

  connectWifi();

  mqttClient.setServer(mqttServer, 1883); // 设置MQTT服务器和端口号

  connectMQTTServer(); // 连接MQTT服务器
}

void loop()
{
  if (mqttClient.connected())
  {                    // 如果开发板成功连接服务器
    mqttClient.loop(); // 保持客户端心跳，在连接状态下不要使用delay()
  }
  else
  {                      // 如果开发板未能成功连接服务器
    connectMQTTServer(); // 则尝试连接服务器
  }
}

发布、订阅和取消订阅

MQTT报文：

PUBLISH--发布信息

SUBSCRIBE--订阅主题

SUBACK--订阅主题

UNSUBSCRIBE--取消订阅

PUBLISH--发布信息

MQTT客户端一旦连接到服务端，便可以发布信息，每条发布的MQTT消息必须包含一个主题，MQTT服务器可以通过主题确定将信息转发给那些服务器。

PUBLISH报文：

topicName--主题名：用于识别此信息应发布到哪一个主题
QoS(Quality of Service)--服务质量等级：QoS有三个级别：0、1和2。QoS决定MQTT通讯有什么样的服务保证。
packetId--报文标识符：报文标识符的内容与QoS级别有密不可分的关系。只有QoS级别大于0时，报文标识符才是非零数值。如果QoS等于0，报文标识符为0。
retainFlag--保留标志：在默认情况下，当客户端订阅了某一主题后，并不会马上接收到该主题的信息。只有在客户端订阅该主题后，服务端接收到该主题的新信息时，服务端才会将最新接收到的该主题信息推送给客户端。但是在有些情况下，我们需要客户端在订阅了某一主题后马上接收到一条该主题的信息。这时候就需要用到保留标志这一信息。
payload--有效载荷：有效載荷是我们希望通过MQTT所发送的实际内容。我们可以使用MQTT协议发送文本，图像等格式的内容。这些内容都是通过有效載荷所发送的。
dupFlag--重发标志：当MQTT报文的接收方没有及时确认收到报文时，发送方会重复发送MQTT报文。在重复发送MQTT报文时，发送方会将此“重发标志”设置为true。请注意，重发标志只在QoS级别大于0时使用。

SUBSCRIBE--订阅主题

当客户端连接到服务端后，除了可以发布信息，也可以接收信息，客户端要想订阅主题，首先要向服务端发送主题订阅请求。一个SUBSCRIBE报文可以用于订阅一个或者多个主题。

SUBACK--订阅确认

服务端接收到客户端的订阅报文后，会向客户端发送SUBACK报文确认订阅。SUBACK报文包含有“订阅返回码”和“报文标识符”这两个信息。

返回码	Return Code Response
0	订阅成功 – QoS 0
1	订阅成功- QoS 1
2	订阅成功- QoS 2
128	订阅失败

UNSUBSCRIBE--取消订阅

当客户端要取消订阅某主题时，可通过向服务端发送UNSUBSCRIBE – 取消订阅报文来实现。

ESP32发布MQTT消息

注意：

// 建立发布主题。主题名称以Taichi-Maker-为前缀，后面添加设备的MAC地址。
  // 这么做是为确保不同用户进行MQTT信息发布时，ESP8266客户端名称各不相同，
  String topicString = "Taichi-Maker-Pub-" + WiFi.macAddress(); // 订阅主题
  char publishTopic[topicString.length() + 1];                  // 把字符串变量转换为字符数组，因为publish只能接收字符数组类型的数据
                                                                // 字符串数组后面多了个结束符\0，所以长度要+1
  strcpy(publishTopic, topicString.c_str());// .c_str()的作用是把字符串转换为char类型

#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <Ticker.h>

const char *ssid = "613专属";
const char *password = "613613613";
const char *mqttServer = "test.ranye-iot.net"; // MQTT服务器地址

Ticker ticker;
WiFiClient wifiClient;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);
int count; // Ticker计数用变量

void connectMQTTServer()
{
  // 根据ESP32的MAC地址生成客户端ID（避免与其它esp32的客户端ID重名）
  String clientId = "esp32-" + WiFi.macAddress();

  // 连接MQTT服务器
  if (mqttClient.connect(clientId.c_str()))
  {
    Serial.println("MQTT Server Connected.");
    Serial.println("Server Address: ");
    Serial.println(mqttServer);
    Serial.println("ClientId:");
    Serial.println(clientId);
  }
  else
  {
    Serial.print("MQTT Server Connect Failed. Client State:");
    Serial.println(mqttClient.state()); // returnCode--连接返回码
    delay(3000);
  }
}

void connectWifi()
{

  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) // 等待WiFi连接,成功连接后输出成功信息
  {
    delay(1000);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi Connected!");
  Serial.println("");
}
void tickerCount()
{
  count++;
}

// 发布信息
void pubMQTTmsg()
{
  static int value; // 客户端发布信息用数字，静态变量的作用域相当于全局变量

  // 建立发布主题。主题名称以Taichi-Maker-为前缀，后面添加设备的MAC地址。
  // 这么做是为确保不同用户进行MQTT信息发布时，ESP8266客户端名称各不相同，
  String topicString = "Taichi-Maker-Pub-" + WiFi.macAddress(); // 订阅主题
  char publishTopic[topicString.length() + 1];                  // 把字符串变量转换为字符数组，因为publish只能接收字符数组类型的数据
                                                                // 字符串数组后面多了个结束符\0，所以长度要+1
  strcpy(publishTopic, topicString.c_str()); // .c_str()的作用是把字符串转换为char类型

  // 建立发布信息。信息内容以Hello World为起始，后面添加发布次数。
  String messageString = "Hello World " + String(value++);
  char publishMsg[messageString.length() + 1];
  strcpy(publishMsg, messageString.c_str());

  // 实现ESP8266向主题发布信息
  if (mqttClient.publish(publishTopic, publishMsg))
  {
    Serial.println("Publish Topic:");
    Serial.println(publishTopic);
    Serial.println("Publish message:");
    Serial.println(publishMsg);
  }
  else
  {
    Serial.println("Message Publish Failed.");
  }
}
void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置ESP32工作模式

  connectWifi();

  mqttClient.setServer(mqttServer, 1883); // 设置MQTT服务器和端口号

  connectMQTTServer(); // 连接MQTT服务器

  ticker.(1, tickerCount); // 每隔1s执行一次tickerCount函数
}

void loop()
{
  if (mqttClient.connected())
  { // 如果开发板成功连接服务器
    // 每隔3秒钟发布一次信息
    if (count >= 3)
    {
      pubMQTTmsg();
      count = 0;
    }
    // 保持心跳
    mqttClient.loop();
  }
  else
  {                      // 如果开发板未能成功连接服务器
    connectMQTTServer(); // 则尝试连接服务器
  }
}

MQTT主题进阶

1.主题基本形式；2.主题分级；3.主题通配符；4.主题应用注意事项

1.主题基本形式

主题基本形式：主题的最基本形式就是一个字符串，以下是几个主题示例：

myTopic
motorSpeed
MotorSpeed
current time

使用主题时需要注意以下几点：

主题是区分大小写的，比如motorSpeed和MotorSpeed是两个完全不同的主题
主题可以使用空格，例如current time
大部分MQTT服务端是不支持中文主题的，所以应使用英文字符串或ASCII字符来作为MQTT主题。

2.主题分级

为了更好的对主题进行管理和分类，我们可以对主题进行分级处理，MQTT主题各个级别之间可以使用"/"来分隔，例：Tyler-1/motor/1/speed

在以上示例中一共有四级主题，分别是第1级 Tyler-1、第2级motor、第三级1、第4级speed。主题的每一级至少需要一个字符。

我们再来看几个分级主题的示例：

home/sensor/kitchen/temperature
home/sensor/kitchen/brightness
home/sensor/bedroom/temperature
home/sensor/bedroom/brightness

3.主题通配符

当客户端订阅主题时，可以使用通配符同时订阅多个主题，通配符只能在订阅主题时使用，两种通配符：单级通配符和多级通配符

（1）单级通配符：+，单级通配符可以代替一个主题级别

例如：home/sensor/+/temperature

当客户端订阅了以上主题后，它将会收到以下主题的信息内容：

home/sensor/kitchen/temperature
home/sensor/bedroom/temperature

在home后面的级别中，由于客户端订阅的主题使用了+ 单级通配符，因此无论home级别后面的内容是什么，客户端都能收到这些主题的信息。

（2）多级通配符：#，可以涵盖任意数量的主题级别。如下示例所示，多级通配符必须是主题中的最后一个字符。

home/sensor/#

当客户端订阅了以上含有”#”的主题后，可以收到以下主题的信息。

home/sensor/kitchen/temperature
home/sensor/bedroom/brightness
home/sensor/data

多级通配符可以代替多级主题信息，因此无论”home/sensor”后面有一级还是多级主题，都可以被订阅了”home/sensor/#”的客户端接收到。

4.主题应用注意事项

– 以$开始的主题

以$开始的主题是MQTT服务端系统保留的特殊主题，我们不能随意订阅或者向其发布信息。例如：

– 不要用 “/” 作为主题开头

MQTT允许使用“/”作为主题的开头，例如/home/sensor/data。但是这将这么做毫无意义，而且会额外产生一个没有用处的主题级别。

– 主题中不要使用空格

MQTT协议允许我们在主题中使用空格，但是阅读和调试含有空格的主题会显得异常困难。

– 保持主题简洁明了

– 主题中尽量使用ASCII字符

-在主题中嵌入客户端ID

在主题中嵌入发布消息的客户端ID，这一操作可以为开发和管理MQTT信息提供便利。通过主题中的客户端ID内容，我们可以很容易的了解该主题信息是由哪一台设备所发布的。

ESP32订阅MQTT主题

学习内容：1.订阅单个主题；2.订阅多个主题；3.使用单级通配符订阅主题；4.使用多级通配符订阅主题

1.订阅单个主题

执行点灯操作

#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

#define LED1 1 // LED测试引脚

const char *ssid = "613专属";
const char *password = "613613613";
const char *mqttServer = "test.ranye-iot.net"; // MQTT服务器地址

WiFiClient wifiClient;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);

// 订阅指定主题
void subscribeTopic()
{
  String topicString = "Taichi-Maker-Sub-" + WiFi.macAddress();
  char subTopic[topicString.length() + 1];
  strcpy(subTopic, topicString.c_str());

  // 通过串口监视器输出是否成功订阅主题以及订阅的主题名称
  if (mqttClient.subscribe(subTopic))
  {
    Serial.println("Subscrib Topic:");
    Serial.println(subTopic);
  }
  else
  {
    Serial.print("Subscribe Fail...");
  }
}

void connectMQTTServer()
{
  // 根据ESP32的MAC地址生成客户端ID（避免与其它esp32的客户端ID重名）
  String clientId = "esp32-" + WiFi.macAddress();

  // 连接MQTT服务器
  if (mqttClient.connect(clientId.c_str()))
  {
    Serial.println("MQTT Server Connected.");
    Serial.println("Server Address: ");
    Serial.println(mqttServer);
    Serial.println("ClientId:");
    Serial.println(clientId);
    subscribeTopic(); // 订阅指定主题
  }
  else
  {
    Serial.print("MQTT Server Connect Failed. Client State:");
    Serial.println(mqttClient.state()); // returnCode--连接返回码
    delay(3000);
  }
}

void connectWifi()
{

  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) // 等待WiFi连接,成功连接后输出成功信息
  {
    delay(1000);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi Connected!");
  Serial.println("");
}



// 收到信息后的回调函数
// 参数1：主题；参数2：主题内容；信息长度
void receiveCallback(char *topic, byte *payload, unsigned int length)
{
  Serial.print("Message Received [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  for (int i = 0; i < length; i++)
  {
    Serial.print((char)payload[i]); // 接收到的信息内容，传递过来的数据格式为数组
  }
  Serial.println("");
  Serial.print("Message Length(Bytes) ");
  Serial.println(length);

  if ((char)payload[0] == '1')
  {                                 // 如果收到的信息以“1”为开始
    digitalWrite(LED1, HIGH); // 则点亮LED。
    Serial.println("LED ON");
  }
  else
  {
    digitalWrite(LED1, LOW); // 否则熄灭LED。
    Serial.println("LED OFF");
  }
}

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  pinMode(LED1, OUTPUT);

  WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置ESP32工作模式

  connectWifi();

  mqttClient.setServer(mqttServer, 1883); // 设置MQTT服务器和端口号

  mqttClient.setCallback(receiveCallback); // 设置MQTT订阅回调函数
  connectMQTTServer();                     // 连接MQTT服务器
}

void loop()
{
  if (mqttClient.connected())
  {
    mqttClient.loop();
  }
  else
    connectMQTTServer();
}

2.订阅多个主题

// 订阅指定主题
void subscribeTopic(){
 
  // 建立订阅主题1。主题名称以Taichi-Maker-Sub为前缀，后面添加设备的MAC地址。
  // 这么做是为确保不同设备使用同一个MQTT服务器测试消息订阅时，所订阅的主题名称不同
  String topicString = "Taichi-Maker-Sub-" + WiFi.macAddress();
  char subTopic[topicString.length() + 1];  
  strcpy(subTopic, topicString.c_str());
  
  // 建立订阅主题2
  String topicString2 = "Taichi-Maker-Sub2-" + WiFi.macAddress();
  char subTopic2[topicString2.length() + 1];  
  strcpy(subTopic2, topicString2.c_str());
  
  // 通过串口监视器输出是否成功订阅主题1以及订阅的主题1名称
  if(mqttClient.subscribe(subTopic)){
    Serial.println("Subscrib Topic:");
    Serial.println(subTopic);
  } else {
    Serial.print("Subscribe Fail...");
  }  
 
  // 通过串口监视器输出是否成功订阅主题2以及订阅的主题2名称
  if(mqttClient.subscribe(subTopic2)){
    Serial.println("Subscrib Topic:");
    Serial.println(subTopic2);
  } else {
    Serial.print("Subscribe Fail...");
  }    
}

3.使用单级通配符订阅主题

// 订阅指定主题
void subscribeTopic(){
 
  // 建立订阅主题。主题名称以Taichi-Maker-Sub为前缀，后面添加设备的MAC地址。
  // 这么做是为确保不同设备使用同一个MQTT服务器测试消息订阅时，所订阅的主题名称不同
  String topicString = "Taichi-Maker-Sub-" + WiFi.macAddress()+"/+/data";
  char subTopic[topicString.length() + 1];  
  strcpy(subTopic, topicString.c_str());
  
  // 通过串口监视器输出是否成功订阅主题以及订阅的主题名称
  if(mqttClient.subscribe(subTopic)){
    Serial.println("Subscrib Topic:");
    Serial.println(subTopic);
  } else {
    Serial.print("Subscribe Fail...");
  }  
}

4.使用多级通配符订阅主题

// 订阅指定主题
void subscribeTopic(){
 
  // 建立订阅主题。主题名称以Taichi-Maker-Sub为前缀，后面添加设备的MAC地址。
  // 这么做是为确保不同设备使用同一个MQTT服务器测试消息订阅时，所订阅的主题名称不同
  String topicString = "Taichi-Maker-Sub-" + WiFi.macAddress()+"/sensor/#";
  char subTopic[topicString.length() + 1];  
  strcpy(subTopic, topicString.c_str());
  
  // 通过串口监视器输出是否成功订阅主题以及订阅的主题名称
  if(mqttClient.subscribe(subTopic)){
    Serial.println("Subscrib Topic:");
    Serial.println(subTopic);
  } else {
    Serial.print("Subscribe Fail...");
  }  
}

【重要】ESP32同时订阅和发布MQTT信息

#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <Ticker.h>

#define LED1 1 // LED测试引脚
int count;     // Ticker计数用变量

const char *ssid = "613专属";
const char *password = "613613613";
const char *mqttServer = "test.ranye-iot.net"; // MQTT服务器地址

WiFiClient wifiClient;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);

// 订阅指定主题
void subscribeTopic()
{
  String topicString = "Taichi-Maker-Sub-" + WiFi.macAddress();
  char subTopic[topicString.length() + 1];
  strcpy(subTopic, topicString.c_str());

  // 通过串口监视器输出是否成功订阅主题以及订阅的主题名称
  if (mqttClient.subscribe(subTopic))
  {
    Serial.println("Subscrib Topic:");
    Serial.println(subTopic);
  }
  else
  {
    Serial.print("Subscribe Fail...");
  }
}

void connectMQTTServer()
{
  // 根据ESP32的MAC地址生成客户端ID（避免与其它esp32的客户端ID重名）
  String clientId = "esp32-" + WiFi.macAddress();

  // 连接MQTT服务器
  if (mqttClient.connect(clientId.c_str()))
  {
    Serial.println("MQTT Server Connected.");
    Serial.println("Server Address: ");
    Serial.println(mqttServer);
    Serial.println("ClientId:");
    Serial.println(clientId);
    subscribeTopic(); // 订阅指定主题
  }
  else
  {
    Serial.print("MQTT Server Connect Failed. Client State:");
    Serial.println(mqttClient.state()); // returnCode--连接返回码
    delay(3000);
  }
}

void connectWifi()
{

  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) // 等待WiFi连接,成功连接后输出成功信息
  {
    delay(1000);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi Connected!");
  Serial.println("");
}

// 收到信息后的回调函数
// 参数1：主题；参数2：主题内容；信息长度
void receiveCallback(char *topic, byte *payload, unsigned int length)
{
  Serial.print("Message Received [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  for (int i = 0; i < length; i++)
  {
    Serial.print((char)payload[i]); // 接收到的信息内容，传递过来的数据格式为数组
  }
  Serial.println("");
  Serial.print("Message Length(Bytes) ");
  Serial.println(length);

  if ((char)payload[0] == '1')
  {                           // 如果收到的信息以“1”为开始
    digitalWrite(LED1, HIGH); // 则点亮LED。
    Serial.println("LED ON");
  }
  else
  {
    digitalWrite(LED1, LOW); // 否则熄灭LED。
    Serial.println("LED OFF");
  }
}

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  pinMode(LED1, OUTPUT);
  // Ticker定时对象
  ticker.attach(1, tickerCount);

  WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置ESP32工作模式

  connectWifi();

  mqttClient.setServer(mqttServer, 1883); // 设置MQTT服务器和端口号

  mqttClient.setCallback(receiveCallback); // 设置MQTT订阅回调函数
  connectMQTTServer();                     // 连接MQTT服务器
}
void tickerCount()
{
  count++;
}
// 发布信息
void pubMQTTmsg()
{
  // 建立发布主题。主题名称以Taichi-Maker-为前缀，后面添加设备的MAC地址。
  // 这么做是为确保不同用户进行MQTT信息发布时，ESP8266客户端名称各不相同，
  String topicString = "Taichi-Maker-Pub-" + WiFi.macAddress();
  char publishTopic[topicString.length() + 1];
  strcpy(publishTopic, topicString.c_str());

  // 定时向服务器主题发布当前D3引脚状态
  String messageString;
  if (digitalRead(D3))
  {
    messageString = "on";
  }
  else
  {
    messageString = "off";
  }
  char publishMsg[messageString.length() + 1];
  strcpy(publishMsg, messageString.c_str());

  // 实现ESP8266向主题发布信息
  if (mqttClient.publish(publishTopic, publishMsg))
  {
    Serial.println("Publish Topic:");
    Serial.println(publishTopic);
    Serial.println("Publish message:");
    Serial.println(publishMsg);
  }
  else
  {
    Serial.println("Message Publish Failed.");
  }
}
void loop()
{
  if (mqttClient.connected())
  { // 每隔3秒钟发布一次信息
    if (count >= 3)
    {
      pubMQTTmsg();
      count = 0;
    }
    mqttClient.loop();
  }
  else
    connectMQTTServer();
}