【家用智能仪表盘】MQTT 通信、PC 端上位机设计

pomin · 发表于2022-10-16 20:45

【家用智能仪表盘】MQTT 通信、PC 端上位机设计 [复制链接]

<i class="pstatus"> 本帖最后由 pomin 于 2022-10-16 20:46 编辑 </i>

> ESP32-S2-Kaluga-1 开发板与 MQTT 服务器通信

## 比赛历史帖子

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- [【家用智能仪表盘】esp32 s2 LED、按键驱动](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1216640-1-1.html)
- [【家用智能仪表盘】使用ESP-WHO实现人脸检测](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1220098-1-1.html)

## ✨ 踩坑

我 PC 端是采用的 C++ 来进行开发，MQTT通信开始准备使用 eclipse 官方开源的 [paho.mqtt.cpp](https://github.com/eclipse/paho.mqtt.cpp) 来完成，结果 `paho.mqtt.cpp` 这个库用起来十分的不顺手！！！后来换成了 `paho.mqtt.c`来完成 MQTT 通信的适配，界面采用游戏开发者尽人皆知的 IMGUI 库来完成，用开源的 IMPLOT 来完成波形的绘制。

## 🎫 搭建 MQTT 服务器

这部分省略了，可以去[我的博客](https://pomin.top/2022/03/07/server/mqtt-server/?highlight=mqtt)查看，使用 EMQ 的傻瓜式安装来部属一个 MQTT 服务器，我是部属在了腾讯云的服务器上面，我的渣渣服务器的配置还是勉强能用。

## 🎈 ESP32 节点端代码

ESP32在同时进行 lvgl 的显示、MQTT 运行过程中会使用到大量的 RAM 空间，我遇到的 IRAM 不足的情况，在 51CTO 上面找了篇相关的解决方案：[https://blog.51cto.com/u_15284525/4746959](https://blog.51cto.com/u_15284525/4746959)，是可行的，不过本打算的人脸检测实现靠近唤醒功能也需要很大的 RAM 空间来存放摄像头的数据、DL 运行时的数据，同时背光管脚在 v1.2版本中已经禁用了，所以不再继续人脸检测的功能。

关于 MQTT，乐鑫官方有提供：[https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/protocols/mqtt.html?highlight=mqtt](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/protocols/mqtt.html?highlight=mqtt)，乐鑫提供了 tcp、ws、wss、ssl 等多种连接策略，我这里采用 ws 来连接到服务器.

```cpp
/**
 * @author: Pomin
 * @date: 2022-10-15 08:51:11
 * @github: https://github.com/POMIN-163
 * @lastedit: 2022-10-16 13:07:59
 * @description:
 **/
#include "app_init.h"

#include "esp_wifi.h"
#include "esp_event.h"
#include "freertos/event_groups.h"

#include "lwip/dns.h"
#include "lwip/netdb.h"
#include "lwip/sockets.h"
#include "mqtt_client.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "esp_netif.h"
#include "esp_event.h"
#include "freertos/event_groups.h"

static const char *TAG = "mqtt";

// wifi连上事件
static EventGroupHandle_t wifi_event_group;
// mqtt连上事件
static EventGroupHandle_t mqtt_event_group;
const static int CONNECTED_BIT = BIT0;

static void mqtt_event_handler(void *handler_args, esp_event_base_t base, int32_t event_id, void *event_data) {
  esp_mqtt_event_handle_t event = (esp_mqtt_event_handle_t) event_data;
  esp_mqtt_client_handle_t client = (esp_mqtt_client_handle_t) event->client;
  int msg_id;
  switch ((esp_mqtt_event_id_t) event_id) {
  case MQTT_EVENT_CONNECTED:
  ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_CONNECTED");
  msg_id = esp_mqtt_client_subscribe(client, "/pomin/mqtt/toMcu", 1);
  xEventGroupSetBits(mqtt_event_group, CONNECTED_BIT);
  break;
  case MQTT_EVENT_DISCONNECTED:
  ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_DISCONNECTED");
  xEventGroupClearBits(mqtt_event_group, CONNECTED_BIT);
  break;
  case MQTT_EVENT_SUBSCRIBED:
  ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_SUBSCRIBED, msg_id=%d", event->msg_id);
  break;
  case MQTT_EVENT_UNSUBSCRIBED:
  ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_UNSUBSCRIBED, msg_id=%d", event->msg_id);
  break;
  case MQTT_EVENT_PUBLISHED:
  ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_PUBLISHED, msg_id=%d", event->msg_id);
  break;
  case MQTT_EVENT_DATA:
  ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_DATA");
  printf("TOPIC=%.*s\r\n", event->topic_len, event->topic);
  printf("DATA=%.*s\r\n", event->data_len, event->data);
  break;
  case MQTT_EVENT_ERROR:
  ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_ERROR");
  break;
  default:
  ESP_LOGI(TAG, "Other event id:%d", event->event_id);
  xEventGroupClearBits(mqtt_event_group, CONNECTED_BIT);
  break;
  }
}

esp_mqtt_client_handle_t mqtt_client;

static void mqtt_app_start(void) {
  const esp_mqtt_client_config_t mqtt_cfg = {
  .uri = CONFIG_ESP_MQTT_ADRESS,
  };
  mqtt_event_group = xEventGroupCreate();

mqtt_client = esp_mqtt_client_init(&mqtt_cfg);
  esp_mqtt_client_register_event(mqtt_client, ESP_EVENT_ANY_ID, mqtt_event_handler, NULL);
  esp_mqtt_client_start(mqtt_client);
  xEventGroupWaitBits(mqtt_event_group, CONNECTED_BIT, false, true, portMAX_DELAY);
}

// wifi状态机
static esp_err_t wifi_event_handler(void *ctx, system_event_t *event) {
  switch (event->event_id) {
  case SYSTEM_EVENT_STA_START:
  esp_wifi_connect();
  break;
  case SYSTEM_EVENT_STA_GOT_IP:
  xEventGroupSetBits(wifi_event_group, CONNECTED_BIT);

break;
  case SYSTEM_EVENT_STA_DISCONNECTED:
  esp_wifi_connect();
  xEventGroupClearBits(wifi_event_group, CONNECTED_BIT);
  break;
  default:
  break;
  }
  return ESP_OK;
}

// wifi初始化
static void wifi_init(void) {
  wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
  wifi_config_t wifi_config = {
  .sta =
    {
      .ssid = CONFIG_ESP_WIFI_SSID,
      .password = CONFIG_ESP_WIFI_PASSWORD,
    },
  };

wifi_event_group = xEventGroupCreate();
  esp_event_loop_init(wifi_event_handler, NULL);
  esp_wifi_init(&cfg);
  esp_wifi_set_storage(WIFI_STORAGE_RAM);
  esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA);
  esp_wifi_set_config(ESP_IF_WIFI_STA, &wifi_config);
  ESP_LOGI(TAG, "start the WIFI SSID:[%s]", wifi_config.sta.ssid);
  esp_wifi_start();
  ESP_LOGI(TAG, "Waiting for wifi");
  //等待wifi连上
  xEventGroupWaitBits(wifi_event_group, CONNECTED_BIT, false, true, portMAX_DELAY);
}

/**
 * <a href="https://bbs.eeworld.com.cn/home.php?mod=space&uid=159083" target="_blank">@brief</a> mqtt 初始化
 *
 **/
void mqtt_init(void) {

nvs_flash_init();
  esp_netif_init();
  tcpip_adapter_init();
  esp_event_loop_create_default();

wifi_init();
  mqtt_app_start();
}

```

首先初始化 nvs flash 与 tcpip 协议栈，然后通过 menuconfig 配置的 WiFi 的 SSID 和密码来连接 WiFi，之后启动 esp_event，实现异步的事件响应，之后连接到 MQTT 服务器，在 handle 中完成各种事件（连接成功、自动重连等）的响应。

## 💎 PC 客户端

用到的库：

- Dear ImGui：[https://github.com/ocornut/imgui](https://github.com/ocornut/imgui)

- ImPlot：[https://github.com/epezent/implot](https://github.com/epezent/implot)
- Toggle Button：[https://github.com/ocornut/imgui/issues/1537](https://github.com/ocornut/imgui/issues/1537)
- paho.mqtt.c：[https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c](https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c)
- paho.mqtt.cpp：[https://github.com/eclipse/paho.mqtt.cpp](https://github.com/eclipse/paho.mqtt.cpp)
- json：[https://github.com/nlohmann/json](https://github.com/nlohmann/json)

然后拼装、组合一下

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_648311" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=648311&handlekey=savephoto_648311">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

IMGUI 自带的 ColorEdit 控件来调节波形颜色

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_648308" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=648308&handlekey=savephoto_648308">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

因为不是纯窗口的应用，适配网络是在命令行内完成的，给订阅主题发一个 `Hello World` 试试：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_648310" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=648310&handlekey=savephoto_648310">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

ESP32 端插上 DHT11 上报温湿度信息，读取一下，代码如下：

```c
struct dht11_reading res = DHT11_read();
cJSON *root, *hum, *tem;
root = cJSON_CreateObject();
hum = cJSON_CreateNumber((double) res.humidity);
tem = cJSON_CreateNumber((double) res.temperature);
cJSON_AddItemToObject(root, "hum", hum);
cJSON_AddItemToObject(root, "tem", tem);

esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, "/pomin/mqtt", cJSON_Print(root), 0, 0, 0);

cJSON_Delete(root);
```

显示波形：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_648309" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=648309&handlekey=savephoto_648309">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

秦天qintian0303 · 发表于2022-10-17 10:52

腾讯云的服务器收费吗？

pomin · 发表于2022-10-17 14:38

秦天qintian0303 发表于 2022-10-17 10:52 腾讯云的服务器收费吗？

收费，我买的学生机还挺便宜的

秦天qintian0303 · 发表于2022-10-17 15:33

pomin 发表于 2022-10-17 14:38 收费，我买的学生机还挺便宜的

我长期在维持个自己的网址呢，基本也不发布东西，也不上，就每年交钱维护网址和虚拟服务器

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