基于MQTT协议的微信小程序与ESP32通信

00 前言

营期1月13日到1月28日，现在已经25号了，马上结束了，目前初代机已经完成制作啦。

我们组选定的主题是智慧锅铲😂，目的是让想要学做菜的人通过小程序选择菜式，然后语音交互进行教学，到达时间会震动提醒以及语音提醒进行下一步的制作。

成品制作从23号开始，截止到现在做了三天了，和北科小伙伴合作的非常nice，我负责的是微信小程序和通信这一部分，北科小伙伴负责画板子、焊接和控制部分。合作很开心。这篇博文主要记录一下通信部分。

01 关于MQTT协议

MQTT是一种基于 发布/订阅 模式的 轻量级 通信协议，由IBM于1999年发布。MQTT专门针对物联网设备开发，是一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议。该协议构建于 TCP/IP 协议上，旨在为低带宽和不稳定网络环境中的物联网设备，提供可靠的网络服务。它的设计思想是简单、开放、规范，易于实现，这些特点使其非常适合 机器间通信（M2M）、物联网（IoT）等场景。

02 本项目的通信原理图

03 阿里云物联网新建产品

04 在产品中新建设备

然后在该产品下新建两个设备，即你要通信的两个设备，比如我这里是需要对ESP32和微信小程序进行通信

选择刚刚新建的产品，然后点击管理设备

新建设备

05 ESP32连接阿里云

首先先让ESP32连接上阿里云物联网

首先需要安装四个第三方库，分别是ArduinoJson.zip、Crypto.zip、PubSubClient和VarSpeedServo-master.zip。

然后代码如下，主要部分是

#include <Arduino.h>
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEServer.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLE2902.h>

#include <ArduinoJson.h>
#include <aliyun_mqtt.h>
#include "PubSubClient.h"
#include "WiFi.h"
#include "Ticker.h"

std::string WIFI_SSID = "Public";   // wifi名
std::string WIFI_PASSWD = ""; // wifi密码

int count = 0;

BLEServer *pServer = NULL;
BLECharacteristic *pTxCharacteristic;
bool deviceConnected = false;
bool oldDeviceConnected = false;
uint8_t txValue = 0;

// See the following for generating UUIDs:
// https://www.uuidgenerator.net/

#define SERVICE_UUID "6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E" // UART service UUID
#define CHARACTERISTIC_UUID_RX "6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"
#define CHARACTERISTIC_UUID_TX "6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"

class MyServerCallbacks : public BLEServerCallbacks
{
    void onConnect(BLEServer *pServer)
    {
        deviceConnected = true;
    };

    void onDisconnect(BLEServer *pServer)
    {
        deviceConnected = false;
    }
};

class MyCallbacks : public BLECharacteristicCallbacks
{
    void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic)
    {
        std::string rxValue = pCharacteristic->getValue();

        if (rxValue.length() > 0)
        {
            Serial.println("*********");
            Serial.print("Received Value: ");

            count++;

            if (count == 1)
            {
                WIFI_SSID = rxValue;
            }
            else if (count == 2)
            {
                WIFI_PASSWD = rxValue;
            }

            Serial.printf("count:%d\r\n", count);
            Serial.printf("SSID:%s\r\n", WIFI_SSID.c_str());
            Serial.printf("PWD:%s\r\n", WIFI_PASSWD.c_str());

            Serial.println();
            Serial.println("*********");
        }
    }
};

void bleSetup(void)
{
    // Create the BLE Device
    BLEDevice::init("Kitchenware");

    // Create the BLE Server
    pServer = BLEDevice::createServer();
    pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks());

    // Create the BLE Service
    BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);

    // Create a BLE Characteristic
    pTxCharacteristic = pService->createCharacteristic(
        CHARACTERISTIC_UUID_TX,
        BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY);

    pTxCharacteristic->addDescriptor(new BLE2902());

    BLECharacteristic *pRxCharacteristic = pService->createCharacteristic(
        CHARACTERISTIC_UUID_RX,
        BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE);

    pRxCharacteristic->setCallbacks(new MyCallbacks());

    // Start the service
    pService->start();

    // Start advertising
    pServer->getAdvertising()->start();
    Serial.println("Waiting a client connection to notify...");
}

void bleLoop()
{
    if (deviceConnected)
    {
        pTxCharacteristic->setValue(&txValue, 1);
        pTxCharacteristic->notify();
        txValue++;
        delay(10); // bluetooth stack will go into congestion, if too many packets are sent
    }

    // disconnecting
    if (!deviceConnected && oldDeviceConnected)
    {
        delay(500);                  // give the bluetooth stack the chance to get things ready
        pServer->startAdvertising(); // restart advertising
        Serial.println("start advertising");
        oldDeviceConnected = deviceConnected;
    }
    // connecting
    if (deviceConnected && !oldDeviceConnected)
    {
        // do stuff here on connecting
        oldDeviceConnected = deviceConnected;
    }
}

/*-----------------------------------------------------------------*/
#define PRODUCT_KEY "gt8gunf1KKH"                        //产品ID
#define DEVICE_NAME "ESP8226Demo"                              //设备名
#define DEVICE_SECRET "1567aacbf0ffed738bdca96f92e3a385" //设备key

//设备下发命令的set主题
#define ALINK_TOPIC_PROP_SET "/sys/gt8gunf1KKH/ESP8226Demo/thing/service/property/set"
//设备上传数据的post主题
#define ALINK_TOPIC_PROP_POST "/gt8gunf1KKH/ESP8226Demo/user/ESP8226Demo"
//设备post上传数据要用到一个json字符串, 这个是拼接postJson用到的一个字符串
#define ALINK_METHOD_PROP_POST "thing.event.property.post"
//这是post上传数据使用的模板
#define ALINK_BODY_FORMAT "{\"id\":\"%u\",\"version\":\"1.0\",\"method\":\"%s\",\"params\":%s}"

#define LED_B 2 //定义LED灯的引脚

int postMsgId = 0; //记录已经post了多少条
Ticker tim1;       //这个定时器是为了每5秒上传一次数据

/*------------------------------------------------------------------------------------------*/

WiFiClient espClient;               //创建网络连接客户端
PubSubClient mqttClient(espClient); //通过网络客户端连接创建mqtt连接客户端

//连接WIFI相关函数
void setupWifi()
{
    delay(10);
    Serial.println("连接WIFI");
    WiFi.begin(WIFI_SSID.c_str(), WIFI_PASSWD.c_str());
    while (!WiFi.isConnected())
    {
        Serial.print(".");
        delay(500);
    }

    Serial.println("OK");
    Serial.println("Wifi连接成功");
}

//重连函数, 如果客户端断线,可以通过此函数重连
void clientReconnect()
{
    while (!mqttClient.connected()) //再重连客户端
    {
        Serial.println("reconnect MQTT...");
        if (connectAliyunMQTT(mqttClient, PRODUCT_KEY, DEVICE_NAME, DEVICE_SECRET))
        {
            Serial.println("connected");
        }
        else
        {
            Serial.println("failed");
            Serial.println(mqttClient.state());
            Serial.println("try again in 5 sec");
            delay(5000);
        }
    }
}
// mqtt发布post消息(上传数据)
void mqttPublish()
{
    if (mqttClient.connected())
    {
        //先拼接出json字符串
        char param[32];
        char jsonBuf[128];
        sprintf(param, "{\"LEDSwitch\":%d}", digitalRead(LED_B)); //我们把要上传的数据写在param里
        postMsgId += 1;
        sprintf(jsonBuf, ALINK_BODY_FORMAT, postMsgId, ALINK_METHOD_PROP_POST, param);
        //再从mqtt客户端中发布post消息
        if (mqttClient.publish(ALINK_TOPIC_PROP_POST, jsonBuf))
        {

        }
        else
        {
            Serial.println("Publish message to cloud failed!");
        }
    }
}
//收到set主题的命令下发时的回调函数,(接收命令)
void callback(char *topic, byte *payload, unsigned int length)
{
    if (strstr(topic, ALINK_TOPIC_PROP_SET))
    {
        Serial.print("下发的内容是:");
        payload[length] = '\0';
        Serial.println((char *)payload);
    }
}

void setup()
{
    pinMode(LED_B, OUTPUT);
    Serial.begin(115200);
    delay(2000);

    setupWifi();
    if (connectAliyunMQTT(mqttClient, PRODUCT_KEY, DEVICE_NAME, DEVICE_SECRET))
    {
        Serial.println("MQTT服务器连接成功!");
    };
    mqttClient.subscribe(ALINK_TOPIC_PROP_SET);
    Serial.println("订阅成功");
    mqttClient.setCallback(callback); //绑定收到set主题时的回调(命令下发回调)
    tim1.attach(5, mqttPublish);      //启动每5秒发布一次消息
}

void loop()
{
    //检测有没有断线
    if (!WiFi.isConnected()) //先看WIFI是否还在连接
    {
        Serial.println("WiFi not connected");
        setupWifi();
    }
    else //如果WIFI连接了,
    {
        if (!mqttClient.connected()) //再看mqtt连接了没
        {
            Serial.println("mqtt disconnected!Try reconnect now...");
            Serial.println(mqttClient.state());
            mqttClient.subscribe(ALINK_TOPIC_PROP_SET);
            Serial.println("订阅成功");
            char param[512];
            sprintf(param, "aaa");
            mqttClient.publish(ALINK_TOPIC_PROP_POST, param); //这个是上传数据的topic,jsonBuf这个是上传的数据
            // mqttClient.subscribe(ALINK_TOPIC_PROP_SET);//这个就是引用开始定义的topic 订阅topic
            clientReconnect();
        }
    }
    // mqtt客户端监听
    mqttClient.loop();
}

在

std::string WIFI_SSID = "";   // wifi名
std::string WIFI_PASSWD = ""; // wifi密码

#define PRODUCT_KEY ""                        //产品ID
#define DEVICE_NAME ""                              //设备名
#define DEVICE_SECRET "" //设备key

//设备下发命令的set主题
#define ALINK_TOPIC_PROP_SET ""
//设备上传数据的post主题
#define ALINK_TOPIC_PROP_POST ""
//设备post上传数据要用到一个json字符串, 这个是拼接postJson用到的一个字符串
#define ALINK_METHOD_PROP_POST "thing.event.property.post"
//这是post上传数据使用的模板
#define ALINK_BODY_FORMAT "{\"id\":\"%u\",\"version\":\"1.0\",\"method\":\"%s\",\"params\":%s}"

都修改成自己的数据，ALINK_BODY_FORMAT是需要发送的数据，发送的时候会转换成JSON格式。
然后在阿里云上查看这些信息，填上即可。

然后烧录代码就可以连上阿里云了，连接上后会显示设备在线

06 微信小程序连接阿里云

微信小程序端需要将hex_hmac_sha1.js和mqtt.min.js放入utils中。这两个文件直接联系我获取或者在网上找，基本上都是通用的。

var mqtt = require('../../utils/mqtt.min.js') //根据自己存放的路径修改
const crypto = require('../../utils/hex_hmac_sha1.js'); //根据自己存放的路径修改
const gb2312 = require('../../utils/Utf-8ToGb2312.js');
Page({
  data: {

  },
  /**
   * 生命周期函数--监听页面加载
   */
  onLoad: function (options) {
    this.doConnect();
  },

  doConnect() {
    const deviceConfig = {
      productKey: "",
      deviceName: "",
      deviceSecret: "",
      pubTopic: '',
      subTopic: '',
      regionId: "cn-shanghai"//根据自己的区域替换
    }
    const options = this.initMqttOptions(deviceConfig);
    const client = mqtt.connect('wxs://productKey.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com',options)
    // 链接服务器
    client.on('connect', function () {
      console.log('连接服务器成功')
      //注意：订阅主题，替换productKey和deviceName(这里的主题可能会不一样，具体请查看控制台-产品详情-Topic 类列表下的可订阅主题)，并且确保改主题的权限设置为可订阅
      client.subscribe(deviceConfig.subTopic, function (err) {
        if (!err) {
          console.log('订阅成功！');
        }
      })
    })
    // 接收消息监听
    client.on('message', function (topic, message) {
      // message is Buffer
      let msg = message.toString();

      console.log('收到消息：'+msg);

    // 需要发送的信息
      let sendData = {

      };

      client.publish(deviceConfig.pubTopic, JSON.stringify(sendData));
     //关闭连接 client.end()
    })
  },

    //IoT平台mqtt连接参数初始化
  initMqttOptions(deviceConfig) {
    const params = {
      productKey: deviceConfig.productKey,
      deviceName: deviceConfig.deviceName,
      timestamp: Date.now(),
      clientId: Math.random().toString(36).substr(2),
    }
    //CONNECT参数
    const options = {
      keepalive: 60, //60s
      clean: true, //cleanSession不保持持久会话
      protocolVersion: 4 //MQTT v3.1.1
    }
    //1.生成clientId，username，password
    options.password = this.signHmacSha1(params, deviceConfig.deviceSecret);
    options.clientId = `${params.clientId}|securemode=2,signmethod=hmacsha1,timestamp=${params.timestamp}|`;
    options.username = `${params.deviceName}&${params.productKey}`;
    return options;
  },

  /*
  生成基于HmacSha1的password
  参考文档：https://help.aliyun.com/document_detail/73742.html?#h2-url-1
  */
  signHmacSha1(params, deviceSecret) {
    let keys = Object.keys(params).sort();
    // 按字典序排序
    keys = keys.sort();
    const list = [];
    keys.map((key) => {
      list.push(`${key}${params[key]}`);
    });
    const contentStr = list.join('');
    return crypto.hex_hmac_sha1(deviceSecret, contentStr);
  },
})

按照上一步一样填写然后编辑即可。

07 规则引擎进行Topic间交换

编写SQL和添加操作，上面的是要从哪里获取，下面是发送到哪里。

添加完就行了。

08 相互通信示例