樹莓派通信協議——MQTT的安裝及使用

MQTT是一種基於TCP/IP協議棧構建的異步通信協議，是一種輕量級的發佈/訂閱信息傳輸協議，基於topic訂閱關係的發佈和推送；在實踐中可空間上，將消息發送者和接受者分離，可以再不可靠的網絡環境中進行擴展，適用於設備硬件存儲空間有限或網絡帶寬有限的場景。

上面是比較官方的解釋，那麼我們用我們聽得懂的話來解釋，現在的抖音很火，那我們就用抖音舉個栗子：
抖音是一個短視頻平臺，任何人都可以發佈自己拍的視頻，也可以看別人的視頻，那麼我們假設有用戶A和用戶B；
用戶A  ------關注------> 用戶B
用戶B  ---沒有關注---> 用戶A
那麼就會出現下面的情況：
用戶A發送視頻  ----不會推送---->  用戶B
用戶B發送視頻  -------推送------->  用戶A

也就是說，用戶B沒有關注用戶A，所以當用戶A發佈視頻後，用戶B是不會接收到用戶A的視頻的；
反之，用戶B發佈視頻後，用戶A會第一時間接收到；

那麼，用戶A爲什麼會第一時間接受到呢？
這是因爲有抖音的服務器作爲中間人，當存在訂閱（關注）關係後，當用戶B發送數據後，服務器會將數據推送給所有訂閱（關注）的用戶；MQTT就是這樣基於topic訂閱關係進行發佈和推送的！

一、MQTT協議的元素

1. MQTT協議的角色：在MQTT中，就有三個角色，發佈者、服務器和訂閱者；

2. MQTT協議的主題：在MQTT中，主題可以理解成是發佈者，即一個主題我可以發送多條信息，所有訂閱了這個主題的用戶，都可以接收到該主題信息；

3. MQTT協議的消息：在MQTT中，就可以理解成發佈者發佈的內容，當訂閱者接收到信息後，就可以對信息進行處理；

4. 那麼服務器在哪裏體現呢？
   首先，每臺主機都可以當做服務端和客戶端，即都可以發佈信息和接受信息；
   其次，一臺主機可以發佈或訂閱多個主題的信息；

二、樹莓派上安裝Mosquitto

# 安裝mosquitto服務
apt-get install mosquitto

# 安裝mosquitto工具
apt-get install mosquitto-clients

三、啓動Mosquitto服務

mosquitto -v

出現上面的信息，那就證明mosquitto服務已經安裝成功，並且服務已經啓動了，端口爲1883；

四、訂閱消息

mosquitto_sub -v -t test -h 10.168.1.193
# mosquitto_sub -v -t 主題 -h 地址

五、發佈消息

mosquitto_pub -t test -h 10.168.1.193 -m "hello"
# mosquitto_pub -t 主題 -h 地址 -m 消息內容

六、使用Python來接受並處理數據

1. 安裝Python MQTT庫

   pip install paho-mqtt

2. 框架代碼解釋

   # -*- coding: utf-8 -*-  
   import paho.mqtt.client as mqtt    # 導入mqtt庫
           
   # 連接成功回調函數
   def on_connect(client, userdata, flags, rc):
       print("Connected with result code " + str(rc))
       client.subscribe("mqtt_ttt")    # 這裏即爲訂閱的主題
       # client.subscribe("mqtt_ttt")    這裏可以訂閱多個主題
    
   # 消息推送回調函數
   def on_message(client, userdata, msg):
       print(str(msg.topic),str(msg.payload))
       # 這裏需要注意的是，如果想要對接收到的數據進行處理，那麼要轉換成str類型
       # msg.topic    主題名
       # msg.payload  接收的信息
    
   if __name__ == '__main__':
       client = mqtt.Client()            # 創建mqtt對象
       client.on_connect = on_connect    # 設置連接成功的回調函數
       client.on_message = on_message    # 設置接收到信息後的回調函數
       
       try:
           client.connect("10.168.1.193", 1883, 60)    # 創建連接
           client.loop_forever()    # 保持監測狀態
       except KeyboardInterrupt:
           client.disconnect()    # 斷開連接
   
   

3. 使用MQTT控制樹莓派GPIO

   # -*- coding: utf-8 -*-  
   import paho.mqtt.client as mqtt
   import json
   import RPi.GPIO as GPIO
   
   GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
   GPIO.setup(16,GPIO.OUT)
           
   def on_connect(client, userdata, flags, rc):
       print("Connected with result code " + str(rc))
       client.subscribe("mqtt_ttt")
    
   # 消息推送回調函數
   def on_message(client, userdata, msg):
       st = json.loads(msg.payload)    # 這裏用json對數據進行處理，方便後面對數據的解析
                                       # 還有一個原因是，我直接對數據進行判斷，會出現問題，至今沒有解決
       print(st)    # 輸出解析後的數據
       # 對數據進行判斷和處理
       if st['dt'] == 1:
           GPIO.output(16,GPIO.HIGH)
       elif st['dt'] == 0:
           GPIO.output(16,GPIO.LOW)
       else:
           print('err')
    
   if __name__ == '__main__':
       client = mqtt.Client()
       client.on_connect = on_connect
       client.on_message = on_message
       
       try:
           client.connect("10.168.1.193", 1883, 60)
           client.loop_forever()
       except KeyboardInterrupt:
           client.disconnect()
           GPIO.output(16,GPIO.LOW)
           GPIO.cleanup()