使用 MQTT 協議進行消息發布和訂閱

在這節課中，我們將學習如何使用 MakePico 開發板通過 MQTT 協議進行消息的發布和訂閱。這是一種常用於物聯網（IoT）應用中的通信方法，允許設備之間通過消息隊列進行數據傳輸。我們將介紹如何設置 MQTT 客戶端、訂閱和發布消息，以及確保持續的 MQTT 連接。

步驟 1：引入 PubSubClient 函數庫並設置 MQTT 參數

首先，我們需要引入 PubSubClient 函數庫，這個庫為我們提供了處理 MQTT 通信所需的所有功能。接著，設置 MQTT 服務器的地址、用戶端 ID，以及發布和訂閱的主題名稱。

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

// 創建 WiFi 和 MQTT 客戶端實例
WiFiClient espClient;
PubSubClient mclient(espClient);

// 設置 MQTT 伺服器地址和用戶端 ID
const char* mqttServer = "broker.emqx.io"; // MQTT伺服器地址
String clientID = "HK20231125"; // 用戶端 ID

// 設置 MQTT 主題名稱
String pubtopic = "YuanDevice/HK/respone/1"; // 發布的主題
String subtopic = "YuanDevice/HK/request/1"; // 訂閱的主題

解釋：

• mqttServer 是 MQTT 伺服器的地址，這裡使用的是公共 MQTT 伺服器 broker.emqx.io。
• clientID 是 MQTT 客戶端的唯一標識符，用於識別不同的客戶端。
• pubtopic 和 subtopic 分別是用於消息發布和訂閱的主題名稱，這些名稱將用於消息的傳輸和接收。

步驟 2：創建 MQTT 回調函數並管理 MQTT 連接

我們需要創建一個回調函數 callback 來處理接收到的 MQTT 消息。接著，設置一個名為 connect_mqtt 的自定義函數來管理 MQTT 的連接，確保客戶端能夠成功連接到 MQTT 伺服器並訂閱指定的主題。

// MQTT 回調函數，處理接收到的消息
void callback(char* topic, byte* message, unsigned int length) {
  String messageTemp;
  
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    messageTemp += (char)message[i];
  }
  Serial.print("Received message: ");
  Serial.println(messageTemp);  // 打印接收到的消息
}

// 連接到 MQTT 伺服器的函數
void connect_mqtt() {
  while (!mclient.connected()) {
    mclient.setServer(mqttServer, 1883);   // 設置 MQTT 伺服器地址和端口
    mclient.setCallback(callback);         // 設置回調函數處理訂閱的消息
    if (mclient.connect(clientID.c_str())) {  // 嘗試連接
      Serial.println("Connected to MQTT Server");
      mclient.subscribe(subtopic.c_str());   // 訂閱主題
      Serial.print("Subscribed to topic: ");
      Serial.println(subtopic);
    } else {
      Serial.print("Failed to connect, retrying in 1 second...");
      delay(1000);  // 連接失敗後等待 1 秒再重試
    }
  }
}

解釋：

• callback 函數負責處理接收到的 MQTT 消息，這裡將消息內容轉換為字符串並輸出到串行監視器。
• connect_mqtt 函數用於連接到 MQTT 伺服器，並在成功連接後訂閱指定的主題。如果連接失敗，函數將等待 1 秒後重試，直到成功連接。

步驟 3：在主迴圈中檢查並維持 Wi-Fi 和 MQTT 連接

最後，我們需要在 loop 主迴圈中檢查 Wi-Fi 和 MQTT 的連接狀態，確保設備始終處於聯機狀態，並能夠正常進行消息的發布和訂閱。

void loop() {
  // 檢查 Wi-Fi 連接狀態
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && espflag == 0x01) {
    espflag = 0x00;
  }
  
  // 如果 Wi-Fi 未連接，重新連接
  if (espflag == 0x00) {
    connetrouter();
  }
  // 如果 Wi-Fi 已連接，檢查 MQTT 連接
  else if (espflag == 0x01) {
    if (!mclient.connected()) {
      connect_mqtt();  // 如果 MQTT 斷開，重新連接
    }
    mclient.loop();  // 維持 MQTT 連接，處理傳入的消息
  }
}

解釋：

• loop 函數不斷檢查 Wi-Fi 和 MQTT 的連接狀態，並根據狀態做出相應處理，確保設備始終在線並能夠接收和發布 MQTT 消息。
• mclient.loop() 方法用於處理所有傳入的 MQTT 消息，並確保持續的 MQTT 連接。

步驟 4：上傳代碼並測試 MQTT 通信

1. 上傳代碼：
   • 將代碼上傳到 MakePico 開發板，並打開串行監視器以查看調試信息。
2. 測試 MQTT 通信：
   • 使用 MQTT 客戶端工具（如 MQTTX 或 MQTT Explorer）向 YuanDevice/HK/request/1 主題發布消息。
   • 觀察串行監視器，檢查設備是否成功接收並處理了消息。