Smart之MQTT控制LED燈

1. 說明

  範例採用MQTT通訊協議，控制駁接在Arduino上的LED燈。MQTT是由IBM開發的通訊協議，為感測器提供一個輕量可靠的二進制通訊設定，使得開發MQTT與物聯網，機器之間的通訊變得非常簡單。

  TARS中也提供了MQTT服務，使用TARS中的該服務可以實現設備之間的相互連線。範例中的LED燈連正極(長腳)處連線電阻再連線到Ethernet W5100擴充套件板的D8針腳，LED燈負極連線到擴充套件板的GND針腳，以下介紹如何利用MQTT通訊協議，達到控制的目的。

  通過範例學習，可以掌握MQTTClient控制元件的基本使用，並結合arduino開發板通過MQTT進行LED的控制功能。

2. 零件連線圖

3. 使用零件

序	零件名稱	數量
1	Arduino UNO R3 開發板	1
2	Arduino Ethernet W5100 網路擴充套件板	1
3	USB數據線	1
4	麵包板	1
5	杜邦線	若干
6	LED燈	1
7	220歐姆電阻	1
8	網線	1

4. Arduino流程圖

5. Arduino程式

  使用Arduino IDE 編譯並上傳以下Arduino程式。

// pubsubclient MQTT 程式庫  https://github.com/knolleary/pubsubclient
 
#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
// MQTT 宣告 ========================================================
#include <PubSubClient.h>
EthernetClient ethClient;
PubSubClient client(ethClient);
 
#define LED_PIN 8                                         //定義LED針腳為8
#define STRING_LEN 128
 
// 設定網路IP地址 (網路擴充套件卡的 MAC 可自行修改 +1 以避免衝突)
byte mac[] = {0x90, 0xA2, 0xDA, 0x0E, 0x94, 0xB7 };     
IPAddress ip(192, 168, 0, 163);
IPAddress gateway(192, 168, 0, 1);
IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);
 
void setup() {
   Serial.begin(9600);
   Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet);               // 啟動網路
   Serial.println("網路已啟動"); 
  //設置 MQTT ========================================================
  client.setServer("192.168.0.176", 1883);                 // 連線MQTT Broker
  client.setCallback(callback);                            // 設定從 MQTT Broker讀取主題之後，運行子程式。
  if (client.connected()) {                                // 如果已經連線 MQTT Broker
    client.subscribe("#");                                 // 自動接收來自 192.168.1.13 MQTT Broker 所有主題資訊
  }
   delay(1500);
   pinMode(LED_PIN, OUTPUT);                               //設定針腳8為輸出模式
}
 
void loop() {
  // MQTT 開始運行接收主題
  if (!client.connected()) {                               // 如果MQTT Broker不通,將重新連線
     reconnect();
  }
  client.loop();
 }
 
// 接收MQTT主題后呼叫運行程式
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  String mapre01;                                       // 預定接收的主題1     /LED
  String mapres;                                        // 實際從 MQTT Broker 接收到的主題
  String information;                                   // 實際從 MQTT Broker 接收到的主題內容
  String LEDOpen="1"; 
  //將 char[] 轉為 String charToStringL(需轉換的 Char陣列, 轉換后的 String)
 
  mapre01 = "LED";                                      //LED 的主題 
  charToStringL(topic, mapres);                         //實際從 MQTT Broker 接收到的主題
  for (int i = 0; i < length; i++) {                    //轉換 MQTT Broker 接收到的主題內容為字串
    information = information + (char)payload[i];
  }
  if (mapres != mappu01) {                              // 不顯示發佈的主題
     Serial.print("接收訊息 " + mapres + " [");
     Serial.print(information);
     Serial.print("] ");
  }
 
  if (mapres == mapre01) {
    if (information == LEDOpen) {                
      Serial.println("打開 LED");
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH);                      //PIN 8輸出高電平,LED點亮
    }
    else {
      Serial.println("關閉 LED");
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);                       //PIN 8輸出低電平,LED熄滅
    }
  }
  delay(500);                                           //延時500ms
  Serial.println();
}
 
void reconnect() {
  // 一直循環直到連線上 MQTT Broker
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("正在連線 MQTT Broker...");
    if (client.connect("arduinoClient")) {
      Serial.println("MQTT Broker 已經連線上");
      client.subscribe("#");
    } else {
      Serial.print("連線失敗, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println("五秒之後再進行連線");
      delay(5000);
    }
  }
}
 
//將 char[] 轉為 String 自定函式
void charToStringL(const char S[], String & D)
{
  byte at = 0;
  const char *p = S;
  D = "";
 
  while (*p++) {
    D.concat(S[at++]);
  }
}

6. 設計明細

  開啟Smart智慧控制平臺，分別加入下插圖之控制元件。或者通過點選功能表欄[檔案]-[打開專案]選擇範例專案檔案來打開該範例。

  ①：TLabel元件，控制元件名稱為Label1。

  ②：TImage元件，控制元件名稱為Image1。

  ③：TImage元件，控制元件名稱為Image4。

  ④：TMQTTClient元件，控制元件名稱為MQTTClientLED。

  ⑤：TImage元件，控制元件名稱為Image3。

  ⑥：TImage元件，控制元件名稱為Image2。

  ⑦：TMemo元件，控制元件名稱為MemoMsg。

  ⑧：TImage元件，控制元件名稱為Image5。

• Main窗體屬性設定

  • ClientHeight：窗體客戶區高度=624。
  • ClientWidth：窗體客戶區寬度=918。

• ①Label1屬性設定

  • AutoSize：是否根據字型調整控制元件大小，設定為True。
  • Caption：標籤內容，設定為ModbusRTU之LED智能照明。

• ②Image1屬性設定

  • Align：設定控制元件佔滿=alClient。
  • Stretch：設定圖片是否按照控制元件大小拉伸=Yes。
  • Picture：設定圖片（背景）。點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。

  

• ③Image4屬性設定

  • Height：設定控制元件高度=109。
  • Width：設定控制元件寬度=109。
  • Picture：設定圖片（背景）。點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。

  

• ④MQTTClientLED屬性設定

  • BrokerHostName：MQTT中介軟體所在設備的IP地址，例如192.168.1.162。
  • BrokerPort：MQTT中介軟體所使用的埠，預設為1883。
  • Name：控制元件名稱，設定為MQTTClientLED。
  • Topic：MQTT的訂閱主題，此處設定為LED。

• ⑤Image3屬性設定

  • Height：設定控制元件高度=367。
  • Width：設定控制元件寬度=909。
  • Picture：設定圖片（燈亮）。點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。

  

• ⑥Image2屬性設定

  • Height：設定控制元件高度=366。
  • Width：設定控制元件寬度=909。
  • Picture：設定圖片（燈滅）。點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。

  

• ⑦MemoMsg屬性設定

  • Height：控制元件高度=236。
  • Width：控制元件寬度=317。
  • Name：控制元件名稱，設定為MemoMsg。

• ⑧Image5屬性設定

  • Height：控制元件高度=64。
  • Width：控制元件寬度=64。
  • Picture：設定圖片。點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。

  

7. 程式設計

7.1. 程式初始化設定

  在程式運行時，啟動與MQTT Broker的連線。

constructor TMyHandler.Create(AOwner: TComponent);
begin
  FThis :=TBaseForm(AOwner);
  //啟動MQTT連線
  FThis.MQTTClientLED.Enabled := True;
end;

7.2. 事件設定

• ③Image4-OnClick事件

  點選Image4時，根據程式中的LED燈顯示狀態，向MQTT Broker發送開關的指令。

procedure TMyHandler.Image4Click;
begin
   if FThis.Image3.Visible then
   begin
     //關燈
     FThis.MQTTClientLED.PublishStr('LED','0');
     FThis.Image3.Visible := False;
   end
   else
   begin
     //開燈
     FThis.MQTTClientLED.PublishStr('LED','1');
     FThis.Image3.Visible := True;
   end;
end;

• ⑧Image5-OnClick事件

  點選Image5時，切換MemoMsg（日誌）的顯示狀態。

procedure TMyHandler.Image5Click;
//開啟關閉日誌
begin
  FThis.MemoMsg.Visible := not FThis.MemoMsg.Visible;
end;

• ④MQTTClientLED-OnPublishReceived事件

MQTTClientLED接收到訊息時將內容顯示在MemoMsg中。

//MQTTClientLED 控制元件 OnPublishReceived事件（發佈收到的內容）
procedure TMyHandler.MQTTClientLEDPublishReceived;
begin
  if APayload='1' Then
    FThis.MemoMsg.Lines.Add(ATopic+'->開')
  else
    FThis.MemoMsg.Lines.Add(ATopic+'->關');
end;

8. 運行結果

  通過工具欄儲存，將程式儲存為 sdb 專案檔案。

  使用滑鼠點選工具欄運行（Run），測試運行結果。當點選右側開關按鈕影象時，如果底下照明燈顯示為熄滅的狀態，則會更新狀態為點亮，同時連線到NodeMCU的LED燈也會點亮；如果照明燈顯示為點亮的狀態，則會更新狀態為熄滅，同時連線到NodeMCU的LED燈會熄滅。