使用 Arduino Uno 与MQTT，echarts，java自己手动撸一个IOT平台

引言：如果你也跟我一样，需要实时监控发酵箱，花盆。。。之类的东西的温度湿度什么的。又被各种物联网平台的标准及网络搞到头大的话，可以考虑自己搭建一个物联网平台。

好在互联网发展到今天程序世界拥有巨大的资源，感谢程序猿们的奉献，不用造太多轮子，废话少说，撸起袖子直接干：

项目结构：
Arduino 主板（连接到一个温度传感器）通过 MTTQ 协议定期将温度和湿度信息发送到自建iot平台，并使用 echarts中的将收集到的数据描绘成图表。

至于为什么选择MQTT作为传输协议，因为我一开始就用了IBM的IOT平台。MQTT是IBM专为了物联网设计的传输协议，但是不知为何IBM的IOT平台我家的网老连不上。

项目安全：
鉴于去年美国发生了一起物联网攻击大戏，因此我们也得考虑项目安全因素。
1、设备层安全： MQTT 协议在 CONNECT 消息中提供了 username 和 password 字段来执行设备身份验证。我们可以要求设备在连接 MQTT 代理时必须发送用户名和密码。
2、传输层安全：可以使用SSL加密传输。
3、应用层安全：MQTT都是明文传输信息，考虑用AES加密所有信息。

本人是物联网新手，手头只有一个arduino 板跟一张网卡，暂时没有办法解决在Arduino 主板使用SSL，如果要使用SSL的小伙伴可以考虑使用草莓派。这样系统存在安全缺陷就是存在被钓鱼网站冒充身份的可能。

构建Arduion:

1、把网卡叠插上去之后，DHT11 的接地引脚（在网格面向前面时，最右侧的一个引脚）通过黑线连接到 Arduino 上的 GND 引脚。DHT11 上的 VDD 引脚（最左侧的引脚）通过红线连接到 Arduino 上的 5V 电源引脚。最后，DTA 引脚（左起第二个）连接到 Arduino 上的数字引脚 3。

2、下载 Arduino 的客户端MQTT 库http://pubsubclient.knolleary...
3、下载 Arduino 的客户端AES库 https://github.com/DavyLandma...
4、把下载的库导入 Arduino IDE 目录的 libraries 子目录，然后新建一个项目，下面是示例项目。

程序初始化自定义信息列表：
1、网卡MAC地址：mac
 2、 IP:ip
3、服务器地址:localserver
4、AES密钥：uint8_t key
5、MQTT验证用户名：username
6、MQTT验证密码：password
 
系统变量：
1、DHT11感应器：DHT11
2、获取DHT11感应器 的实时数据函数：getData()
3、将获取的数据拼接成json字符串函数：buildJson()

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <dht11.h>
#include <AESLib.h>
 
// MAC address
byte mac[]    = {0xDE, 0xED, 0xBA, 0xFE, 0xFE, 0x4D };
char macstr[] = "deedbafefeed";
// local MQTT server
byte localserver[] = {192, 168, 1, 5 };
//  IP
byte ip[]     = {192, 168, 1, 22 };
 
String clientName = String("Arduino:") + macstr;
uint8_t key[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,1,2,3,4,5};
char username[]="test";
char password[]="test";
 
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length);
dht11 DHT11;
float tempF = 0.0;
float tempC = 0.0;
float humidity = 0.0;
 
unsigned long time = 0;
 
EthernetClient ethClient;
 
PubSubClient client(localserver, 8088, 0, ethClient);
 
void setup()
{
 
  // Start the ethernet client, open up serial port for debugging, and attach the DHT11 sensor
  Ethernet.begin(mac, ip);
  Serial.begin(9600);
  DHT11.attach(3);
 
}
void getData() {
  int chk = DHT11.read();
  switch (chk)
  {
  case 0:
    Serial.println("Read OK");
    humidity = (float)DHT11.humidity;
    tempF = DHT11.fahrenheit();
    tempC = DHT11.temperature;
    break;
  case -1:
    Serial.println("Checksum error");
    break;
  case -2:
    Serial.println("Time out error");
    break;
  default:
    Serial.println("Unknown error");
    break;
  }
}
 
String buildJson() {
  String data = "{";
  data+="\n";
  data+="\"temperatureF\": ";
  data+=(int)tempF;
  data+= ",";
  data+="\n";
  data+="\"temperatureC\": ";
  data+=(int)tempC;
  data+= ",";
  data+="\n";
  data+="\"humidity\": ";
  data+=(int)humidity;
  data+="\n";
  data+="}";
  //data+="\n";
  //data+="}";
  return data;
}
 
void loop()
{
  char clientStr[29];
  clientName.toCharArray(clientStr,29);
  char topicStr[26];
  getData();
  if (!client.connected()) {
    Serial.print("Trying to connect to: ");
    Serial.println(clientStr);
 
    aes128_enc_single(key,username);
    aes128_enc_single(key, password);
    client.connect(clientStr,username,password);
 
  }
  if (client.connected()) {
     client.subscribe ("test", 0);
     String json = buildJson();
    char jsonStr[200];
    json.toCharArray(jsonStr,200);
   boolean pubresult = client.publish("test",jsonStr);
    Serial.print("attempt to send ");
    Serial.println(jsonStr);
    Serial.print("to ");
    Serial.println(topicStr);
    if(pubresult)
     Serial.println("successfully sent");
     else
      Serial.println("unsuccessfully sent");
 
  }
  delay(20000);
}

构建IOT数据接收服务：

1、下载国人开源的MQTT服务器：https://github.com/zer0Black/...
2、修改一下主程序，com.syxy.protocol.mqttImp.process.ProtocolProcess.java,将校验用户名与密码标识的判断语句注释掉，要求所有CONNECT 消息中必须提供 username 和 password 字段，if (connectMessage.getVariableHeader().isHasUsername() &&connectMessage.getVariableHeader().isHasPassword())
3、自己写一个AES类，并提供对应的密钥字段 key。用户名与密码进行解密并校验。
4、由于 netty框架中ByteBuf在创建时需要指定一个maxCapacity（最大容量），由于我们使用了AES加密，原代码中设置内存太小，存在内存溢出问题，需要修改
com.syxy.util.BufferPool.java 中maxBufferPoolSize 定义值。
5、通讯成功后将publish消息Payload写入数据库保存即可。

构建部署数据图表：
百度的echarts做的不错，将数据导出，按文件配置好即可产出了。http://echarts.baidu.com/