Smart之MQTT控制LED灯

1. 说明

  范例采用MQTT通讯协议，控制驳接在Arduino上的LED灯。MQTT是由IBM开发的通讯协议，为传感器提供一个轻量可靠的二进制通信设定，使得开发MQTT与物联网，机器之间的通信变得非常简单。

  TARS中也提供了MQTT服务，使用TARS中的该服务可以实现设备之间的相互连接。范例中的LED灯连正极(长脚)处连接电阻再连接到Ethernet W5100扩展板的D8针脚，LED灯负极连接到扩展板的GND针脚，以下介绍如何利用MQTT通信协议，达到控制的目的。

  通过范例学习，可以掌握MQTTClient控件的基本使用，并结合arduino开发板通过MQTT进行LED的控制功能。

2. 零件连接图

3. 使用零件

序	零件名称	数量
1	Arduino UNO R3 开发板	1
2	Arduino Ethernet W5100 网络扩展板	1
3	USB数据线	1
4	面包板	1
5	杜邦线	若干
6	LED灯	1
7	220欧姆电阻	1
8	网线	1

4. Arduino流程图

5. Arduino程序

  使用Arduino IDE 编译并上传以下Arduino程序。

// pubsubclient MQTT 程序库  https://github.com/knolleary/pubsubclient
 
#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
// MQTT 宣告 ========================================================
#include <PubSubClient.h>
EthernetClient ethClient;
PubSubClient client(ethClient);
 
#define LED_PIN 8                                         //定义LED针脚为8
#define STRING_LEN 128
 
// 设置网络IP地址 (网络扩展卡的 MAC 可自行修改 +1 以避免冲突)
byte mac[] = {0x90, 0xA2, 0xDA, 0x0E, 0x94, 0xB7 };     
IPAddress ip(192, 168, 0, 163);
IPAddress gateway(192, 168, 0, 1);
IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);
 
void setup() {
   Serial.begin(9600);
   Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet);               // 启动网络
   Serial.println("网络已启动"); 
  //設置 MQTT ========================================================
  client.setServer("192.168.0.176", 1883);                 // 连接MQTT Broker
  client.setCallback(callback);                            // 设置从 MQTT Broker读取主题之后，运行子程序。
  if (client.connected()) {                                // 如果已经连接 MQTT Broker
    client.subscribe("#");                                 // 自动接收来自 192.168.1.13 MQTT Broker 所有主题信息
  }
   delay(1500);
   pinMode(LED_PIN, OUTPUT);                               //设定针脚8为输出模式
}
 
void loop() {
  // MQTT 开始运行接收主题
  if (!client.connected()) {                               // 如果MQTT Broker不通,将重新连接
     reconnect();
  }
  client.loop();
 }
 
// 接收MQTT主题后调用运行程序
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  String mapre01;                                       // 预定接收的主题1     /LED
  String mapres;                                        // 实际从 MQTT Broker 接收到的主题
  String information;                                   // 实际从 MQTT Broker 接收到的主题内容
  String LEDOpen="1"; 
  //将 char[] 转为 String charToStringL(需转换的 Char阵列, 转换后的 String)
 
  mapre01 = "LED";                                      //LED 的主題 
  charToStringL(topic, mapres);                         //实际从 MQTT Broker 接收到的主题
  for (int i = 0; i < length; i++) {                    //转换 MQTT Broker 接收到的主题内容为字串
    information = information + (char)payload[i];
  }
  if (mapres != mappu01) {                              // 不显示发布的主题
     Serial.print("接收讯息 " + mapres + " [");
     Serial.print(information);
     Serial.print("] ");
  }
 
  if (mapres == mapre01) {
    if (information == LEDOpen) {                
      Serial.println("打开 LED");
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH);                      //PIN 8输出高电平,LED点亮
    }
    else {
      Serial.println("关闭 LED");
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);                       //PIN 8输出低电平,LED熄灭
    }
  }
  delay(500);                                           //延时500ms
  Serial.println();
}
 
void reconnect() {
  // 一直循环直到连接上 MQTT Broker
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("正在连接 MQTT Broker...");
    if (client.connect("arduinoClient")) {
      Serial.println("MQTT Broker 已经连接上");
      client.subscribe("#");
    } else {
      Serial.print("连接失败, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println("五秒之后再进行连线");
      delay(5000);
    }
  }
}
 
//将 char[] 转为 String 自定函数
void charToStringL(const char S[], String & D)
{
  byte at = 0;
  const char *p = S;
  D = "";
 
  while (*p++) {
    D.concat(S[at++]);
  }
}

6. 设计明细

  开启Smart智慧控制平台，分别加入下插图之控件。或者通过点击菜单栏[文件]-[打开项目]选择范例项目文件来打开该范例。

  ①：TLabel组件，控件名称为Label1。

  ②：TImage组件，控件名称为Image1。

  ③：TImage组件，控件名称为Image4。

  ④：TMQTTClient组件，控件名称为MQTTClientLED。

  ⑤：TImage组件，控件名称为Image3。

  ⑥：TImage组件，控件名称为Image2。

  ⑦：TMemo组件，控件名称为MemoMsg。

  ⑧：TImage组件，控件名称为Image5。

• Main窗体属性设置

  • ClientHeight：窗体客户区高度=624。
  • ClientWidth：窗体客户区宽度=918。

• ①Label1属性设置

  • AutoSize：是否根据字体调整控件大小，设置为True。
  • Caption：标签内容，设置为ModbusRTU之LED智能照明。

• ②Image1属性设置

  • Align：设置控件占满=alClient。
  • Stretch：设置图片是否按照控件大小拉伸=Yes。
  • Picture：设置图片（背景）。点击Picture属性右侧的[...]按钮，打开文件上传界面，点击[Load...]从文件浏览器中选择对应的图片文件上传，返回该界面下，待显示出图片后点击[OK]加载图片。

  

• ③Image4属性设置

  • Height：设置控件高度=109。
  • Width：设置控件宽度=109。
  • Picture：设置图片（背景）。点击Picture属性右侧的[...]按钮，打开文件上传界面，点击[Load...]从文件浏览器中选择对应的图片文件上传，返回该界面下，待显示出图片后点击[OK]加载图片。

  

• ④MQTTClientLED属性设置

  • BrokerHostName：MQTT中间件所在设备的IP地址，例如192.168.1.162。
  • BrokerPort：MQTT中间件所使用的端口，默认为1883。
  • Name：控件名称，设置为MQTTClientLED。
  • Topic：MQTT的订阅主题，此处设置为LED。

• ⑤Image3属性设置

  • Height：设置控件高度=367。
  • Width：设置控件宽度=909。
  • Picture：设置图片（灯亮）。点击Picture属性右侧的[...]按钮，打开文件上传界面，点击[Load...]从文件浏览器中选择对应的图片文件上传，返回该界面下，待显示出图片后点击[OK]加载图片。

  

• ⑥Image2属性设置

  • Height：设置控件高度=366。
  • Width：设置控件宽度=909。
  • Picture：设置图片（灯灭）。点击Picture属性右侧的[...]按钮，打开文件上传界面，点击[Load...]从文件浏览器中选择对应的图片文件上传，返回该界面下，待显示出图片后点击[OK]加载图片。

  

• ⑦MemoMsg属性设置

  • Height：控件高度=236。
  • Width：控件宽度=317。
  • Name：控件名称，设置为MemoMsg。

• ⑧Image5属性设置

  • Height：控件高度=64。
  • Width：控件宽度=64。
  • Picture：设置图片。点击Picture属性右侧的[...]按钮，打开文件上传界面，点击[Load...]从文件浏览器中选择对应的图片文件上传，返回该界面下，待显示出图片后点击[OK]加载图片。

  

7. 程序设计

7.1. 程序初始化设置

  在程序运行时，启动与MQTT Broker的连接。

constructor TMyHandler.Create(AOwner: TComponent);
begin
  FThis :=TBaseForm(AOwner);
  //启动MQTT连接
  FThis.MQTTClientLED.Enabled := True;
end;

7.2. 事件设置

• ③Image4-OnClick事件

  点击Image4时，根据程序中的LED灯显示状态，向MQTT Broker发送开关的指令。

procedure TMyHandler.Image4Click;
begin
   if FThis.Image3.Visible then
   begin
     //关灯
     FThis.MQTTClientLED.PublishStr('LED','0');
     FThis.Image3.Visible := False;
   end
   else
   begin
     //开灯
     FThis.MQTTClientLED.PublishStr('LED','1');
     FThis.Image3.Visible := True;
   end;
end;

• ⑧Image5-OnClick事件

  点击Image5时，切换MemoMsg（日志）的显示状态。

procedure TMyHandler.Image5Click;
//开启关闭日志
begin
  FThis.MemoMsg.Visible := not FThis.MemoMsg.Visible;
end;

• ④MQTTClientLED-OnPublishReceived事件

MQTTClientLED接收到消息时将内容显示在MemoMsg中。

//MQTTClientLED 控件 OnPublishReceived事件（发布收到的内容）
procedure TMyHandler.MQTTClientLEDPublishReceived;
begin
  if APayload='1' Then
    FThis.MemoMsg.Lines.Add(ATopic+'->开')
  else
    FThis.MemoMsg.Lines.Add(ATopic+'->关');
end;

8. 运行结果

  通过工具栏保存，将程序保存为 sdb 项目文件。

  使用鼠标点击工具栏运行（Run），测试运行结果。当点击右侧开关按钮图像时，如果底下照明灯显示为熄灭的状态，则会更新状态为点亮，同时连接到NodeMCU的LED灯也会点亮；如果照明灯显示为点亮的状态，则会更新状态为熄灭，同时连接到NodeMCU的LED灯会熄灭。