物联网的实现:Arduino UNO R4 WIFI + MQTTX

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了物联网的实现:Arduino UNO R4 WIFI + MQTTX。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、写在前面

Arduino UNO R4 WIFI(简称“UNO R4”)是一款带有R7FA4M1芯片和ESP32芯片的开发板,在UNO R3的基础上,添加了联网和点阵屏的功能。

由于UNO R4的使用与UNO R3基本相同,最主要的区别是联网功能。在ESP32芯片的支持下,UNO R4可以更好地用于物联网教育。

二、物联网

1.物联网的概念

物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸,它利用感知技术与智能装备对物理世界进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物的信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。

2.物联网的技术特征

全面感知:利用无线射频识别、传感器、定位器和二维码等手段,随时随地对物体进行信息采集和获取。

可靠传递:通过各种网络,对接收到的物体信息进行实时且准确的远程传送,实现信息的交互和共享,并进行各种有效的处理。

智能处理:通过各种网络,对接收到的物体信息进行实时且准确的远程传送,实现信息的交互和共享,并进行各种有效的处理。

3.物联网的组成结构

感知层:感知层实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制,并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。

网络层:网络层主要实现信息的传递、路由和控制,包括延伸网、接入网和核心网,网络层可依托公众电信网和互联网,也可以依托行业专用通信网络。

应用层:应用层包括应用基础设施/中间件和各种物联网应用。应用基础设施/中间件为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施、能力及资源调用接口,以此为基础实现物联网在众多领域的各种应用。

三、Arduino UNO R4 WIFI

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Arduino UNO R4 WIFI VERSION

上图为本教程使用的Arduino UNO R4 WIFI(意大利原版),详见以下网址。

Arduino® UNO R4 WiFi — Arduino Online ShopThe Arduino UNO R4 WiFi combines the processing power and exciting new peripherals of the RA4M1 microcontroller from Renesas with the wireless connectivity power of the ESP32-S3 from Espressif. On top of this, the UNO R4 WiFi offers an on-board 12x8 LED matrix, Qwiic connector, VRTC, and OFF pin, covering all potentialhttps://store-usa.arduino.cc/products/uno-r4-wifi芯片的完整型号为R7FA4M1AB3CFM,ESP32模组的完整编号为ESP32-S3-MINI-1。

功能概况如下。

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Arduino UNO R4 WIFI FUNCTION

四、MQTTX

1.物联网平台分析

近年来,国内外物联网平台发展迅猛,常见的物联网平台包括Blynk、Blinker、HiveMQ、EMQX,Arduino力推Arduino Cloud,北京师范大学Mixly团队还针对中国创客教育开发了MixIO平台,上述平台很好地支持了物联网教育的开展。

然而,Blynk、HiveMQ和Arduino Cloud是国外产品,在网络方面和使用方面颇有不便;Blinker一直不温不火,在资源支持和APP设计方面比较落后;MixIO强烈依赖Mixly,在其它IDE中使用困难。

2.选择MQTTX的原因

考虑了种种因素,由EMQX开发的MQTTX成为中小学物联网教育的较佳选择,其功能和特点包括:具有图形化界面,对初学者友好;支持中文界面显示,对中国用户友好;本地部署,完全免费。

以下是MQTTX的下载地址,本教程以Windows客户端为例,即MQTTX在Windows系统上运行。

MQTTX:全功能 MQTT 客户端工具MQTTX 是一款强大的全功能 MQTT 5.0 客户端工具,适用于桌面、命令行和 WebSocket。它使得开发和测试 MQTT 应用更加简单高效。https://mqttx.app/zh

五、Arduino UNO R4 WIFI + MQTTX

1.方案设计

有了前面的介绍,我们已经了解了物联网、UNO R4和MQTTX是什么。在本教程中,由UNO R4和MQTTX组成的物联网系统将完成两个基本功能——Uno R4向MQTTX发送消息、MQTTX向UNO R4发送消息,见下图。

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物联网系统的两个基本功能

在MQTT协议的支持下,UNO R4和MQTTX形成了单工传输。当UNO R4向MQTTX发送消息时,MQTTX要订阅UNO R4指定的主题;当MQTTX向UNO R4发送消息时,UNO R4要订阅MQTTX指定的主题。

2.方案实现

(1)打开MQTTX,用户名和密码均输入test,点击“连接”。

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(2)点击“添加订阅”,命名为publish。

(3)下载压缩“UNOR4_MQTTX.zip”并解压缩。

(4)打开“arduino_secrets.h”,修改WIFI名称和密码。

//arduino_secrets.h header file
#define SECRET_SSID "WIFI_NAME"
#define SECRET_PASS "WIFI_PSWD"

(5)运行“recFromMQTTX.ino”,此时MQTTX客户端将收到Hello MQTTX的消息。

#include "WiFiS3.h"
#include <ArduinoMqttClient.h>
#include <ArduinoJson.h>

WiFiClient wifiClient;
MqttClient mqttClient(wifiClient);

// 设置WIFI
char ssid[] = "VICTUS";
char pass[] = "22228888";
// 设置MQTT(EMQX)
char mqtt_user[] = "test";
char mqtt_pass[] = "test";
const char broker[] = "broker.emqx.io";
int port = 1883;
// 指定订阅主题(Arduino为信息接收方)
const char subscribe_topic[] = "subscribe";

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ;
  }
  // 连接网络
  Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: ");
  Serial.println(ssid);
  while (WiFi.begin(ssid, pass) != WL_CONNECTED) {
    Serial.print(".");
    delay(5000);
  }
  Serial.println("You're connected to the network");
  Serial.println();
  // 连接MQTT
  mqttClient.setUsernamePassword(mqtt_user, mqtt_pass);
  Serial.print("Attempting to connect to the MQTT broker: ");
  if (!mqttClient.connect(broker, port)) {
    Serial.print("MQTT connection failed! Error code = ");
    Serial.println(mqttClient.connectError());
    while (1)
      ;
  }
  Serial.println("You're connected to the MQTT broker!");
  // 订阅主题
  mqttClient.onMessage(onMqttMessage);
  mqttClient.subscribe(subscribe_topic);
}

void loop() {
  mqttClient.poll(); // 定期检查新消息
}

void onMqttMessage(int messageSize) {
  // 读取消息内容
  String message;
  for (int i = 0; i < messageSize; i++) {
    message += (char)mqttClient.read();
  }
  // 解析 JSON 消息
  StaticJsonDocument<512> doc;
  DeserializationError error = deserializeJson(doc, message);
  // 检查解析是否成功
  if (error) {
    Serial.print("JSON parse failed: ");
    Serial.println(error.c_str());
    return;
  }
  // 打印 JSON 消息的内容
  Serial.println("Received JSON message:");
  serializeJsonPretty(doc, Serial);
}

(6)运行“sendToMQTTX.ino”,之后在MQTTX中指定subscribe主题,点击“发送”按钮,此时Arduino IDE的“串口监视器”将收到Hello Arduino的消息。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-769357.html

#include "WiFiS3.h"
#include <ArduinoMqttClient.h>
#include <ArduinoJson.h>

WiFiClient wifiClient;
MqttClient mqttClient(wifiClient);

//  设置WIFI
char ssid[] = "VICTUS";
char pass[] = "22228888";
//  设置MQTT(EMQX)
char mqtt_user[] = "test";
char mqtt_pass[] = "test";
const char broker[] = "broker.emqx.io";
int port = 1883;
//  指定发送主题(Arduino为信息发送方)
const char publish_topic[] = "publish";

void setup() {
  //  打开串口
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ;
  }
  //  连接网络
  Serial.print("Attempting to connect to WPA SSID: ");
  Serial.println(ssid);
  while (WiFi.begin(ssid, pass) != WL_CONNECTED) {
    Serial.print(".");
    delay(5000);
  }
  Serial.println("You're connected to the network");
  Serial.println();
  //  连接MQTT
  mqttClient.setUsernamePassword(mqtt_user, mqtt_pass);
  Serial.print("Attempting to connect to the MQTT broker: ");
  if (!mqttClient.connect(broker, port)) {
    Serial.print("MQTT connection failed! Error code = ");
    Serial.println(mqttClient.connectError());
    while (1)
      ;
  }
  Serial.println("You're connected to the MQTT broker!");
}

void loop() {
  mqttClient.poll();
  publishMessage();
}

void publishMessage() {
  // 创建一个 JSON 对象
  StaticJsonDocument<200> doc;
  doc["msg"] = "Hello MQTTX";
  // 将 JSON 对象序列化为字符串
  char jsonBuffer[512];
  serializeJson(doc, jsonBuffer);
  // 向指定的主题发送 JSON 字符串
  mqttClient.beginMessage(publish_topic);
  mqttClient.print(jsonBuffer);
  mqttClient.endMessage();
  // 每隔一段时间发送一次
  delay(5000);
}

到了这里,关于物联网的实现:Arduino UNO R4 WIFI + MQTTX的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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