MQTT#

MQTT 是一种基于发布/订阅（Publish/Subscribe）模式的轻量级通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上。一些 WiFi 模块已经集成了 TCP 协议栈，所以只需要通过发送 AT 指令即可建立 TCP 连接。建立 TCP 连接后，发送数据包需要配合 MQTT 协议做一些处理，再通过 AT 指令让数据包通过 TCP 协议发送，即可实现 MQTT 通信，接收数据同理。除此之外，一些模块内部也直接支持MQTT AT指令，相比于只支持TCP AT的模块，可以免去写一些配合MQTT协议的代码这个步骤。开发板上的WiFi模块默认的固件版本支持通过AT指令配置TCP，UDP，UDP Lite，TCP-SSL，MQTT，详细的AT指令官方文档：:link:ISM43362

现在大部分的WiFi模块都支持MQTT AT指令（一些模块的默认固件可能不支持，需要去模块的官网下载相应固件烧录），本章节讲述如何通过MQTT AT指令来进行MQTT通信。

实验目的#

了解 MQTT 协议，感兴趣的同学可进一步了解如何实现 MQTT 协议
实现 MQTT 的 publish 和 subscribe 模式

准备工作#

已经搭建好的 MQTT 服务器（也可以使用mqtt或者emqx提供的公共服务器进行测试）
提前了解该wifi模块的AT指令（主要看与mqtt和wifi基本配置相关的AT指令）

硬件#

物联网实验箱
USB 数据线

软件#

CLion
STM32CubeMX

引脚定义与相关API#

引脚定义跟wifi的tcp，http章节是一样的。

实验步骤#

STM32CubeMX创建工程#

在前面的章节，我们都是用Star My project from ST Board来生成工程的，但在平时使用的时候，我们一般不用ST的开发板（太贵啦）或者使用自己绘制的开发板，这就需要我们根据自己的硬件来生成工程，本章节就演示如何用零开始新建一个工程。

选择Star My project from MCU，以特定的芯片来生成工程
我们的开发板使用的芯片是STM32L475VGT6，搜索该芯片，选择并Start Project
选择Debug方式为Serial Wire
修改时钟配置，如图，由于开发板上的外部晶振是8MHz的，因此Input frequency选择为8MHz，该芯片的最大运行频率为80MHz，设置为最大频率。
配置SPI3接口，如图，由于开发板上的wifi模块与stm32芯片的spi3引脚相连接，因此使用spi3接口。
配置USART1串口，用于调试，异步模式，其余配置保持默认即可。由于开发板上的USB调试口用的是PB6和PB7，在这里需要设置为相应的引脚。
配置wifi的EXTI、CS、RST引脚（鼠标左键设置）。

同时，为了方便辨识，为引脚设置特定的标识WIFI_CMD_DATA_READY和WIFI_NSS（鼠标右键设置）。

最后是这样子的，红色箭头上使能EXTI，也就是wifi模块需要用的EXTI。
最后在Project Manager中的配置上跟之前的章节是一样的，配置好生成工程即可。

代码编写及运行结果#

新建wifi.c和wifi.h文件，这里会提示无法洞察。。。，需要重置缓存并重新加载项目这两个文件主要是wifi模块和mqtt的相关代码
新建helper_functions.c和helper_functions.h文件这两个文件可有可无，串口调试的功能

修改main.c中wifi信息和mqtt主题，id，ip地址

// 以下根据实际修改
char ssid[] = "luobo";   // wifi名称
char passphrase[] = "88888888";  // wifi密码
char subscribe_topic[] = "topic_s"; // mqtt订阅主题
char publish_topic[] = "topic_p";   // mqtt发布主题
char clientId[] = "STM32";  // 客户端ID

sprintf(hwifi.remoteIpAddress, "test.mosquitto.org");   // mqtt服务器ip地址，根据实际修改

编译下载代码后，等待开发板连接上wifi，就可以通过订阅/发布主题来互相通信。

这里使用MQTT X进行测试，首先需要安装MQTT X。
sudo snap install mqttx
这里先使用由 EMQ X Cloud 提供的公共 MQTT 服务进行快速测试：

Broker 地址: broker.emqx.io Broker TCP 端口: 1883 Broker SSL 端口: 8883

新建连接

按照图中说明修改发布/订阅主题，即可通过客户端看到stm32发送过来的数据，stm32串口打印出客户端发送给stm32的数据。
因为一般是以json格式发送或者接收，因此需要解析，比如发布者发送开灯命令“ON”，订阅者会接收到：
{
  "msg": "ON"
}
然后就需要解析json格式，从中提取“ON”字符，用于控制LED灯的亮灭。有关json格式及其解析，使用C语言的有一个比较轻量的开源库名为cjson，详情请自行了解。

可以看到，通过支持MQTT AT的wifi模块使用MQTT是非常容易的。如果以后工作了，公司为了降低成本，用一些比较便宜的、不支持MQTT AT的wifi模块，就需要在TCP的基础上，按照MQTT的协议作一些包装，这就需要熟悉MQTT的报文格式了，详情请参考链接:link:MQTT协议中文版。又或者为了更进一步降低成本，公司直接使用wifi芯片，这就需要根据wifi芯片的数据手册来进行配置而不是通过AT指令，这种就可能需要自己实现TCP协议栈，更为复杂一些，但这样可以直接省下一个mcu及其外围电路。

MQTT

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