物联网开发笔记（55）- 使用Micropython开发ESP32开发板之MQTT(消息队列遥测传输)实战_micropython mqtt_micropython 连接mqtt

一、目的

这一节我们学习如何使用我们的ESP32开发板来学习MQTT。

二、环境

ESP32客户端 + MQTT服务器 + Thonny IDE + 电脑 + 手机

三、MQTT服务器的安装

MQTT具体是啥？大家自行百度，此处不再赘述。我找到一个介绍的网站，大家也可以去这里看一下：

1-1 MQTT是什么 – 太极创客

这里我和大家介绍下安装方法，首先下载（此处使用的版本是V5.0.11）：

下载 EMQX

下载完成后，解压，然后打开CMD命令行，输入如下命令"emqx start"，就可以启动：

具体的使用方法，可参考官方的使用指南：

快速开始 | EMQX 5.0 文档

我们接着往下讲，上面资料你后面再看。打开浏览器，输入http://localhost:18083/

输入默认用户名admin和密码public，登录进去：

登录进去会强制让你更改密码，你设置好新密码后，就可以操作了。

四、ESP32客户端程序

我们在电脑上安装了MQTT的服务器，下面我们在ESP32开发板上建立客户端。大概步骤如下：

1. esp32链接上wifi（注意与当前电脑链接到同一个局域网下，即同一个wifi路由器）
2. esp32上需要下载一个mqtt的库
3. 我们自己编写一个.py文件调用上面第2步的mqtt库，从而使用mqtt实现客户端的功能

第2步骤的mqtt库文件，名字叫做umqttsimple.py，内容如下，不要做任何修改复制到esp32保存即可。

import usocket as socket
import ustruct as struct
from ubinascii import hexlify


class MQTTException(Exception):
    pass


class MQTTClient:
    def __init__(
        self,
        client_id,
        server,
        port=0,
        user=None,
        password=None,
        keepalive=0,
        ssl=False,
        ssl_params={},
    ):
        if port == 0:
            port = 8883 if ssl else 1883
        self.client_id = client_id
        self.sock = None
        self.server = server
        self.port = port
        self.ssl = ssl
        self.ssl_params = ssl_params
        self.pid = 0
        self.cb = None
        self.user = user
        self.pswd = password
        self.keepalive = keepalive
        self.lw_topic = None
        self.lw_msg = None
        self.lw_qos = 0
        self.lw_retain = False

    def _send_str(self, s):
        self.sock.write(struct.pack("!H", len(s)))
        self.sock.write(s)

    def _recv_len(self):
        n = 0
        sh = 0
        while 1:
            b = self.sock.read(1)[0]
            n |= (b & 0x7F) << sh
            if not b & 0x80:
                return n
            sh += 7

    def set_callback(self, f):
        self.cb = f

    def set_last_will(self, topic, msg, retain=False, qos=0):
        assert 0 <= qos <= 2
        assert topic
        self.lw_topic = topic
        self.lw_msg = msg
        self.lw_qos = qos
        self.lw_retain = retain

    def connect(self, clean_session=True):
        self.sock = socket.socket()
        addr = socket.getaddrinfo(self.server, self.port)[0][-1]
        self.sock.connect(addr)
        if self.ssl:
            import ussl

            self.sock = ussl.wrap_socket(self.sock, **self.ssl_params)
        premsg = bytearray(b"\x10\0\0\0\0\0")
        msg = bytearray(b"\x04MQTT\x04\x02\0\0")

        sz = 10 + 2 + len(self.client_id)
        msg[6] = clean_session << 1
        if self.user is not None:
            sz += 2 + len(self.user) + 2 + len(self.pswd)
            msg[6] |= 0xC0
        if self.keepalive:
            assert self.keepalive < 65536
            msg[7] |= self.keepalive >> 8
            msg[8] |= self.keepalive & 0x00FF
        if self.lw_topic:
            sz += 2 + len(self.lw_topic) + 2 + len(self.lw_msg)
            msg[6] |= 0x4 | (self.lw_qos & 0x1) << 3 | (self.lw_qos & 0x2) << 3
            msg[6] |= self.lw_retain << 5

        i = 1
        while sz > 0x7F:
            premsg[i] = (sz & 0x7F) | 0x80
            sz >>= 7
            i += 1
        premsg[i] = sz

        self.sock.write(premsg, i + 2)
        self.sock.write(msg)
        # print(hex(len(msg)), hexlify(msg, ":"))
        self._send_str(self.client_id)
        if self.lw_topic:
            self._send_str(self.lw_topic)
            self._send_str(self.lw_msg)
        if self.user is not None:
            self._send_str(self.user)
            self._send_str(self.pswd)
        resp = self.sock.read(4)
        assert resp[0] == 0x20 and resp[1] == 0x02
        if resp[3] != 0:
            raise MQTTException(resp[3])
        return resp[2] & 1

    def disconnect(self):
        self.sock.write(b"\xe0\0")
        self.sock.close()

    def ping(self):
        self.sock.write(b"\xc0\0")

    def publish(self, topic, msg, retain=False, qos=0):
        pkt = bytearray(b"\x30\0\0\0")
        pkt[0] |= qos << 1 | retain
        sz = 2 + len(topic) + len(msg)
        if qos > 0:
            sz += 2
        assert sz < 2097152
        i = 1
        while sz > 0x7F:
            pkt[i] = (sz & 0x7F) | 0x80
            sz >>= 7
            i += 1
        pkt[i] = sz
        # print(hex(len(pkt)), hexlify(pkt, ":"))
        self.sock.write(pkt, i + 1)
        self._send_str(topic)
        if qos > 0:
            self.pid += 1
            pid = self.pid
            struct.pack_into("!H", pkt, 0, pid)
            self.sock.write(pkt, 2)
        self.sock.write(msg)
        if qos == 1:
            while 1:
                op = self.wait_msg()
                if op == 0x40:
                    sz = self.sock.read(1)
                    assert sz == b"\x02"
                    rcv_pid = self.sock.read(2)
                    rcv_pid = rcv_pid[0] << 8 | rcv_pid[1]
                    if pid == rcv_pid:
                        return
        elif qos == 2:
            assert 0

    def subscribe(self, topic, qos=0):
        assert self.cb is not None, "Subscribe callback is not set"
        pkt = bytearray(b"\x82\0\0\0")
        self.pid += 1
        struct.pack_into("!BH", pkt, 1, 2 + 2 + len(topic) + 1, self.pid)
        # print(hex(len(pkt)), hexlify(pkt, ":"))
        self.sock.write(pkt)
        self._send_str(topic)
        self.sock.write(qos.to_bytes(1, "little"))
        while 1:
            op = self.wait_msg()
            if op == 0x90:
                resp = self.sock.read(4)
                # print(resp)
                assert resp[1] == pkt[2] and resp[2] == pkt[3]
                if resp[3] == 0x80:
                    raise MQTTException(resp[3])
                return

    # Wait for a single incoming MQTT message and process it.
    # Subscribed messages are delivered to a callback previously
    # set by .set_callback() method. Other (internal) MQTT
    # messages processed internally.
    def wait_msg(self):
        res = self.sock.read(1)
        self.sock.setblocking(True)
        if res is None:
            return None
        if res == b"":
            raise OSError(-1)
        if res == b"\xd0":  # PINGRESP
            sz = self.sock.read(1)[0]
            assert sz == 0
            return None
        op = res[0]
        if op & 0xF0 != 0x30:
            return op
        sz = self._recv_len()
        topic_len = self.sock.read(2)
        topic_len = (topic_len[0] << 8) | topic_len[1]
        topic = self.sock.read(topic_len)
        sz -= topic_len + 2
        if op & 6:
            pid = self.sock.read(2)
            pid = pid[0] << 8 | pid[1]
            sz -= 2
        msg = self.sock.read(sz)
        self.cb(topic, msg)
        if op & 6 == 2:
            pkt = bytearray(b"\x40\x02\0\0")
            struct.pack_into("!H", pkt, 2, pid)
            self.sock.write(pkt)
        elif op & 6 == 4:
            assert 0

    # Checks whether a pending message from server is available.
    # If not, returns immediately with None. Otherwise, does
    # the same processing as wait_msg.
    def check_msg(self):
        self.sock.setblocking(False)
        return self.wait_msg()

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第1和第3步要编写的自己的代码，文件名字MQTT_Test.py，内容如下

import time
import network
from umqttsimple import MQTTClient

# ESP32连接无线网
def do_connect():
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():
        print('connecting to network...')
        wlan.connect('TP-LINK_33E4', '2019AP3029')  # WIFI名字和密码
        i = 1
        while not wlan.isconnected():
            print("正在链接中...{}".format(i))
            i += 1
            time.sleep(1)
    print('network config:', wlan.ifconfig())


def sub_cb(topic, msg): # 回调函数，收到服务器消息后会调用这个函数
    print(topic, msg)


# 1. 联网
do_connect()
# 2. 创建mqtt
c = MQTTClient("umqtt_client", "192.168.0.102")  # 建立一个MQTT客户端，这个IP是电脑的IP地址
c.set_callback(sub_cb)  # 设置回调函数
c.connect()  # 建立连接
c.subscribe(b"ledctl")  # 监控ledctl这个通道，接收控制命令

while True:
    c.check_msg()
    time.sleep(1)

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运行程序：

一、Python所有方向的学习路线

Python所有方向路线就是把Python常用的技术点做整理，形成各个领域的知识点汇总，它的用处就在于，你可以按照上面的知识点去找对应的学习资源，保证自己学得较为全面。

二、学习软件

工欲善其事必先利其器。学习Python常用的开发软件都在这里了，给大家节省了很多时间。

三、入门学习视频

我们在看视频学习的时候，不能光动眼动脑不动手，比较科学的学习方法是在理解之后运用它们，这时候练手项目就很适合了。

网上学习资料一大堆，但如果学到的知识不成体系，遇到问题时只是浅尝辄止，不再深入研究，那么很难做到真正的技术提升。

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